Apropiación de la educación STEM/STEAM en Colombia: una revisión a la producción de trabajos de grado

Comprensiones acerca de la Educación STEM/STEAM

Denominaciones

Una primera aclaración sobre el término es que las siglas por sí solas se refieren al estudio y la práctica de cuatro campos: ciencias, tecnología, ingeniería y matemáticas (Escobar and Runceria, 2017). Para su uso en este sentido se suelen utilizar expresiones como carreras STEM (Andrade, 2019) o profesionales en áreas STEM (Losada and Chala, 2020). Algunos autores rescatan la recomendación de utilizar educación STEM para referirse a la búsqueda de la integración interdisciplinar (Penagos et al., 2019; Cárdenas, 2020). Respecto a los acrónimos, solo en la cuarta parte de los documentos se utiliza STEAM con la intención de integrar las artes, y en los demás prevalece STEM. No se utilizan los acrónimos extendidos por algunas instituciones en Colombia, como STEM+ o STEM+H.

Sobre la educación STEM/STEAM se encontraron múltiples denominaciones: modelo (educativo, pedagógico, de enseñanza), metodología, estrategia, método, corriente educativa y enfoque. Se asume como la agrupación de las áreas del acrónimo (Hernández and Calderón, 2019) o, más específicamente, como su integración (Acevedo, 2020; Arguello et al., 2020; Losada and Chala, 2020; Ramírez, 2020). Considerando lo anterior, debido a la multiplicidad de definiciones encontradas en los documentos, se ratifica que su concepción aún no es clara ni mucho menos uniforme. Sin embargo, sí se encuentra como tendencia el uso de la expresión enfoque interdisciplinario (en seis de los documentos), mientras que el uso de las demás denominaciones se hace de manera nominal o muy superficial, no se explican en detalle sus implicaciones e incluso se combinan varias de ellas.

Tabla 2: Categorías y subcategorías para el análisis.

Finalidades

En relación con las finalidades de implementar la educación STEM se destacan el desarrollo económico nacional, el desarrollo científico, el desarrollo social (alfabetización, inclusión y sostenibilidad) y la calidad educativa.

En primer lugar, se considera que las cuatro materias del acrónimo resultan esenciales para favorecer la economía nacional (Hernández and Calderón, 2019); de ahí que los países en vía de desarrollo deban priorizar su fortalecimiento (Yepes, 2020). Uno de los problemas por resolver es que, ante la alta demanda de profesionales con competencias en STEM (Vargas, 2015), hay una disminución en el interés de los jóvenes por este tipo de estudios (León, 2020; Gutiérrez, 2020). Además, muchos de los empleos que existen actualmente se están transformando, exigiendo habilidades creativas (Rodríguez, 2018), tecnológicas (Yepes, 2020) y de trabajo colaborativo en equipos interdisciplinares para favorecer la innovación (Zapata et al., 2019). En este sentido, las propuestas de educación formal y no formal pueden contribuir con este propósito desde la orientación vocacional hacia carreras científico-tecnológicas (Acevedo, 2020; Losada and Chala, 2020).

La finalidad de progreso científico, al lado de la innovación, toma fuerza toda vez que se supone que la investigación puede contribuir a mejorar la calidad de vida de las personas, es decir, se encuentra en ella una utilidad práctica (Gutiérrez, 2020). Se considera que la investigación científica y la innovación tecnológica se nutren de la interdisciplina y de otras habilidades que también se requieren para desenvolverse en el mundo actual (Yepes, 2020). En definitiva, se propone motivar la formación de futuros científicos que transformarán el mundo (Díaz and Rojas, 2020).

Por otro lado, desde el desarrollo social, la literatura internacional retomada por los autores colombianos hace énfasis en que todas las personas necesitan una formación científica que les posibilite el uso de procesos sistemáticos para encontrar respuestas a las preguntas que surgen en diversos ámbitos (Díaz and Rojas, 2020). En general, la alfabetización STEM promueve la formación conceptual, procedimental y actitudinal en cada una de las cuatro disciplinas, pero también la capacidad de reconocer sus conexiones y de “identificar y aplicar los contenidos de cada disciplina en la búsqueda de soluciones frente aquellas problemáticas que no pueden ser resueltas desde un solo enfoque” (Gutiérrez, 2020, p. 72).

La inclusión desde el enfoque está relacionada con garantizar la formación para todos, pero específicamente con corregir el sesgo de género y de estrato socioeconómico (Sánchez and Casallas, 2020; Cardona and Rodríguez, 2021). La brecha de acceso a carreras STEM entre mujeres y hombres representa una disminución en las oportunidades de desarrollo individual y social, por lo que resulta ineludible la participación universal en procesos relacionados con las ciencias, la tecnología, la ingeniería y las matemáticas (Gutiérrez, 2020). Por esta razón, se plantea que la educación STEM puede facilitar el proceso de aprendizaje de todos los estudiantes, no solo de aquellos que muestran afinidad con este tipo de materias (Rodríguez, 2018). Se insiste en que esto suceda desde la infancia y que las niñas se acerquen a ejemplos de científicas reconocidas en el país (Andrade, 2019).

En la lógica de poner el conocimiento al servicio del ser humano, en algunos trabajos se hace alusión al aporte de la educación STEM a la sostenibilidad ambiental y social de los seres humanos en el planeta. Se manifiesta que algunos de los problemas que deben ser abordados en la actualidad son complejos y sistémicos, tales como el calentamiento global, la producción de energía (Losada and Chala, 2020), la contaminación, la violencia y la desigualdad social. Su tratamiento se presenta como una posibilidad de ampliar la formación eminentemente técnica a una más integral (Acevedo, 2020). No obstante, este es un tema que no aparece de manera explícita ni frecuente en los trabajos de grado analizados.

Por último, relacionada con las finalidades anteriores, se encuentra la calidad educativa. La relevancia y pertinencia educativas están relacionadas con las decisiones didácticas que toma el profesor para hacer que las experiencias de aprendizaje tengan sentido y significado para los estudiantes y les sean de utilidad en múltiples ámbitos de la vida. Esto se logra a través de la contextualización y experimentación en el mundo real de las temáticas estudiadas, así como de la interdisciplinariedad como recreación didáctica alternativa para la congregación de disciplinas (Yepes, 2020) con el fin de desarrollar competencias.

La preocupación por mejorar los resultados académicos es un asunto recurrente. En particular, se destacan las bajas puntuaciones que tiene el país en ciencias y matemáticas en las pruebas internacionales (Acevedo, 2020; Penagos et al., 2020). En este sentido, el enfoque podría aportar estrategias innovadoras que promuevan la motivación en los estudiantes hacia las disciplinas STEM (Díaz and Rojas, 2020), bien sea en ámbitos formales o no formales (Acevedo, 2020), al entender cómo aplicarlas en su cotidianidad (Avendaño, 2014) y fomentar su curiosidad y creatividad (Yepes, 2020; Cardona and Rodríguez, 2021). Se espera que la transformación de la enseñanza aumente la confianza de los estudiantes en estas materias (Acevedo, 2020) y les permita apreciarlas de manera distinta, y que las habilidades promovidas repercutan favorablemente en los resultados de aprendizaje (Cárdenas, 2020).

Objetivos de aprendizaje

Teniendo en cuenta que el enfoque STEM se suele oponer a la enseñanza tradicional, y que uno de los aspectos que caracterizan a esta última es el énfasis en contenidos temáticos, se puede entender el bajo número de documentos que se atreven a ubicar el aprendizaje de conceptos como un asunto central. Como excepción, se encuentran algunas ideas de Yepes (2020) para enfatizar la enseñanza como un proceso articulado alrededor de un tema específico, pero presentado desde una problemática real. Este autor explica que no solo se trata de enseñar conceptos, sino también prácticas disciplinares.

Mayoritariamente se reconoce el desarrollo de competencias y/o habilidades de tipo cognitivo y emocional como objetivo central del enfoque. Las más comunes son pensamiento crítico, comunicación, creatividad, colaboración e investigación (Cárdenas, 2020; Penagos et al., 2020; Yepes, 2020); resolución de problemas, autonomía, inteligencia emocional, emprendimiento y liderazgo (Gutiérrez, 2020); innovación (Avendaño, 2014; Ramírez, 2020); tolerancia al fracaso y administración del tiempo (Guerrero, 2021); planificación de estrategias (Losada and Chala, 2020); y pensamiento computacional y sistémico (Sánchez and Casallas, 2020).

Estrategias

Las estrategias se asocian con metodologías activas de la corriente constructivista (Yepes, 2020), tales como el aprendizaje basado en problemas (APB) (Ramírez, 2020; Sánchez and Casallas, 2020; Cardona and Rodríguez, 2021) y el aprendizaje basado en proyectos (APBy) (Escobar and Runceria, 2017; Guerrero, 2021). El trabajo o aprendizaje cooperativo (Hernández and Calderón, 2017), el uso de juegos (Losada and Chala, 2020) y el diseño ingenieril (Vargas, 2015) son reconocidos y usados en algunos trabajos. Con menos frecuencia, se mencionan el aprendizaje basado en indagación (Gutiérrez, 2020), el aprendizaje basado en retos y el pensamiento computacional (Acevedo, 2020), mientras que el thinkering y el movimiento maker solo se nombran en dos de las revisiones. Otra forma de viabilizar el enfoque STEM se encuentra en la robótica educativa (RE) (Avendaño, 2014; Vargas, 2015; Escobar and Runceria, 2017; Sánchez and Casallas, 2020) y, por lo general, las estrategias son combinadas (e.g., ABPy, RE y trabajo cooperativo).

Integración de disciplinas

En la integración de disciplinas se observa no solo el nivel de integración recomendado para el enfoque STEM/STEAM, sino también el papel que juega cada disciplina y la forma en que estas logran conectarse para posibilitar un hilo conductor en las propuestas de aula. La integración STEM se da desde la convergencia de al menos dos de las asignaturas del acrónimo (Gutiérrez, 2020) hasta un trabajo articulado de las cuatro áreas, incluso involucrando otras materias escolares (Avendaño, 2014). Esto se justifica con el hecho de que los problemas reales se presentan como un todo integrado (Vargas, 2015).

Las ciencias se entienden como un conjunto de conocimientos acumulados por la humanidad, verificables desde la observación y la experimentación (Ramírez, 2020), que brindan un método para estudiar el entorno natural (Yepes, 2020) y movilizan preguntas orientadas a la comprensión de las leyes de funcionamiento del mundo (Vargas, 2015), la observación de propiedades, la indagación y la explicación de fenómenos (Arguello et al., 2020; Ramírez, 2020). No obstante, a estos elementos se le puede añadir su carácter social, en tanto abordan temas de interés para la ciudadanía (Gutiérrez, 2020). Así, las ciencias ofrecen conocimiento que sustenta el progreso y puede contribuir a la resolución de problemas (Hernández and Calderón, 2019). Sin embargo, la priorización del carácter utilitario de la ciencia podría relegar otras cuestiones como el disfrute del conocer o la reflexión sobre el ser humano en convivencia con otras especies en el planeta (Gutiérrez, 2020).

La tecnología es un conjunto de herramientas humanas creadas para satisfacer necesidades cambiantes (Cardona and Rodríguez, 2021). Puede observarse su inclusión en el currículo de dos maneras: como una asignatura independiente o como una herramienta para la enseñanza de otras asignaturas (Yepes, 2020). En la primera se consideran componentes como su naturaleza, su relación con la sociedad, las habilidades para su manejo y el diseño y rediseño del entorno (Vargas, 2015), así como los elementos culturales, económicos, políticos y ambientales del comportamiento humano al interactuar con tecnología y al ejercer nuevos controles sobre el medio natural y artificial (Gutiérrez, 2020). Respecto a la segunda manera, la tecnología se puede asumir como punto de convergencia y apoyo para otras áreas desde la pregunta por el origen, la composición, el funcionamiento, la utilidad, la reparación y el rediseño de distintos artefactos (Arguello et al., 2020).

La ingeniería se asocia al diseño y creación de productos acordes con las necesidades contextuales (Gutiérrez, 2020), considerando restricciones como las leyes de la naturaleza (Vargas, 2015) y requerimientos de precisión, estabilidad y funcionalidad (Cardona and Rodríguez, 2021), con el fin de proporcionar alternativas cada vez mejores para las actividades humanas (Arguello et al., 2020). La competencia en ingeniería implica creatividad e iniciativa (Ramírez, 2020) y está estrechamente relacionada con el diseño tecnológico (Yepes, 2020; Losada and Chala, 2020; Cardona and Rodríguez, 2021). De esta manera, la ingeniería se presenta como una vía efectiva y novedosa para la integración (Gutiérrez, 2020) y el desarrollo de habilidades para el siglo XXI (Arguello et al., 2020).

Las matemáticas se conciben como un saber fundamental y necesario para el desarrollo de los demás conocimientos (Gutiérrez, 2020) a través del pensamiento lógico (León, 2020) y la abstracción (Ramírez, 2020). Además de ofrecer un lenguaje universal (Cardona and Rodríguez, 2021) que aporta formas de representación (Yepes, 2020), es evidente su utilidad en la solución de problemas cotidianos (Losada and Chala, 2020), profesionales (Cárdenas, 2020) y de cualquier otra índole. De acuerdo con Acevedo (2020), para la educación no formal en Iberoamérica, se ha asumido que las matemáticas pueden aprenderse desde la aplicación de la ciencia y la ingeniería.

El arte como un medio para la expresión de ideas y sentimientos está vinculado a la creatividad (Ramírez, 2020), pero también a diferentes habilidades corporales y cognitivas que favorecen la transformación personal, así como a la sensibilidad, la reflexión, la iniciativa y la espontaneidad (Cardona and Rodríguez, 2021). Aunque frecuentemente se le asocia con las artes plásticas y manuales, también puede encontrarse en la literatura y la música. Ninguno de los trabajos hace alusión a las artes en el sentido de artes liberales o humanidades. De manera análoga al hallazgo de Acevedo (2020), el arte no se evidencia de manera amplia en las propuestas. En su vinculación con las otras áreas del acrónimo, particularmente con la ingeniería, se ha limitado su acción a la creación de obras y herramientas con una función específica (Cardona and Rodríguez, 2021; Rodríguez, 2018), lo que ha dado lugar a cuestionamientos respecto a la exclusión de otras formas de comprender el arte (Gutiérrez, 2020).

Para implementar el enfoque STEAM, es necesario aprovechar los puntos en común entre todas las áreas, los cuales se han identificado en las relaciones entre habilidades (Arguello et al., 2020), en temas transversales (Cardona and Rodríguez, 2021), en contextos problematizados (Gutiérrez, 2020) e incluso en competencias disciplinares o temáticas específicas de otras áreas, como es el caso de la educación física (Hernández and Calderón, 2019). En los trabajos se encuentran conexiones explícitas como la posibilidad de resolver problemas y el desarrollo de habilidades como la creatividad.

Ahora bien, para su puesta en funcionamiento, el enfoque es flexible y mantiene un espectro desde lo disciplinar hasta lo interdisciplinar (Vargas, 2015). Algunos reconocen la dificultad que implica enseñar ciertos contenidos en relación con otras áreas, o concuerdan con que en algunos casos debe existir primero una comprensión conceptual desde la disciplina para luego entablar diálogos interdisciplinares (Cardona and Rodríguez, 2021). Otros recomiendan una aproximación multidisciplinar para mostrar a los estudiantes que es posible el estudio de un objeto desde perspectivas complementarias (Hernández and Calderón, 2019). Mientras que un acercamiento interdisciplinar es favorecido por problemas reales que requieren de diferentes áreas de estudio para su solución (Díaz and Rojas, 2020).

Apropiaciones de la educación STEM/STEAM desde las propuestas de aula

Las propuestas de aula diseñadas en 15 de los trabajos de grado se podrían clasificar en las siguientes categorías: aquellos que abordan una temática que pertenece a STEM pero no al currículo tradicional, como la robótica (Avendaño, 2014; Vargas, 2015; Escobar and Runceria, 2017; Penagos et al., 2020; Sánchez and Casallas, 2020); los que se enfocan en un contenido o competencia de un área del currículo (Hernández and Calderón, 2019; Zapata et al., 2019; Rodríguez, 2018) o en el desarrollo de competencias del siglo XXI (Arguello et al., 2020; Ramírez, 2020; Guerrero, 2021); los que se centran en el uso de la literatura y/o los experimentos en todas las áreas STEM para fomentar las vocaciones científicas (Andrade, 2019; Losada and Chala, 2020); y los que se ocupan de los ambientes de aprendizaje, así como de los espacios (Cárdenas, 2020) y los recursos (León, 2020).

En particular, en los trabajos de robótica desarrollados por futuros ingenieros, el acrónimo STEM es utilizado como una plataforma en la que se inscriben las áreas. Esto permite un encuadre y un enlace con la educación, que en este caso da cabida a estudios que promueven áreas o temáticas innovadoras. La conexión entre las áreas se supone como evidente y queda implícita. En el caso de las matemáticas, se pueden observar conceptos utilizados en la programación y en procesos de medición. También se evidencia el uso de conceptos físicos, el diseño en ingeniería y las habilidades del siglo XXI. De cierta manera, se podría asumir la robótica como un campo integrador de las disciplinas, pues las necesita para su desarrollo, y uno de los principales argumentos para su inclusión en la escuela es la falta de profesionales en las áreas de tecnología.

Las propuestas que se podrían ubicar en un nivel interdisciplinar parecen mantener las relaciones implícitas entre las asignaturas, todas ellas necesarias para aportar al contexto o problema de estudio. Tal es el caso de Zapata et al. (2019) y Arguello et al. (2020), que toman como punto de partida una temática específica en biología; así como el de Cárdenas (2020) y Guerrero (2021), con proyectos que integran todas las áreas STEM a través del diseño y las ciencias (en este caso la física), que en definitiva juegan un papel protagónico. Una de las diferencias entre estos trabajos se encuentra en qué tipo de aprendizajes se analizan o evalúan. En el primero es conceptual, en el segundo una habilidad transversal y en los dos últimos no queda explícito, pero el diseño contempla cualquiera de estas opciones.

En el marco de los proyectos integrados, las matemáticas se usan recurrentemente para la medición (longitudes, áreas y volúmenes), el reconocimiento de figuras geométricas y el análisis de datos estadísticos. En la educación inicial, se refieren al conteo y la clasificación. En las ciencias naturales, se hace referencia a sistemas biológicos humanos, ecosistemas y, en la secundaria, con respecto a la física, se trabajan conceptos de mecánica y electricidad. La tecnología se menciona desde el conocimiento de las estructuras, la construcción de objetos y el uso de medios virtuales para la comunicación. La ingeniería suele asemejarse con la tecnología o el arte a través de los procesos de diseño y, en muchas ocasiones, no se explicita su papel en las propuestas.

Para concluir, en el contraste realizado entre la fundamentación teórica planteada en cada trabajo de grado en correspondencia con el diseño e implementación de los proyectos de aula, se encontró que no se desarrolla plenamente la estrategia, el nivel de integración y los objetivos de aprendizaje en varios casos. Por ejemplo, en uno de los trabajos (Losada and Chala, 2020) se plantea en el diseño el uso de la gamificación, y en la práctica no se logra reconocer la implementación de dicha estrategia en las diversas actividades planificadas. Por otro lado, tampoco se evidenció claridad en el nivel de integración que se pretendió utilizar en algunos proyectos. Respecto a los objetivos de aprendizaje, aunque se hace mención del desarrollo de habilidades o competencias que favorecen la capacidad de trabajar desde este enfoque, en algunos trabajos (Vargas, 2015; Hernández and Calderón, 2019; Losada and Chala, 2020) no es posible dilucidar el desarrollo de dichas habilidades; estas quedan en un plano enunciativo, pero no demostrable.