Conocimiento del contenido
dado que sólo se puede evaluar una muestra del contenido del campo de la ciencia en la evaluación de la competencia científica de pisa 2015, se utilizan criterios claros para guiar la selección de los conocimientos que se evalúan. los criterios se aplican a los conocimientos de los principales campos de física, química, biología, ciencias de la tierra y ciencias del espacio, y requieren que el conocimiento:
• tenga relevancia en situaciones de la vida real;
• represente un importante concepto científico o teoría explicativa importante que tenga utilidad duradera;
• sea apropiado al nivel de desarrollo del alumnado de 15 años.
por lo tanto, se supone que el alumnado tiene un conocimiento y una comprensión de las principales ideas y teorías explicativas de la ciencia, incluida una comprensión de la historia y la escala del universo, el modelo de partículas de la materia, y la teoría de la evolución por selección natural. estos ejemplos de ideas explicativas importantes se proporcionan con fines ilustrativos; no ha habido ningún intento de enumeración exhaustiva de todas las ideas y teorías que podrían considerarse fundamentales para una persona con conocimientos científicos.
figura 2.5 • Conocimiento de los contenidos de la ciencia
Sistemas físicos que requieren conocimientos de:
• estructura de la materia (por ejemplo, modelo de partículas, vínculos)
• propiedades de la materia (por ejemplo, cambios de estado, conductividad eléctrica y térmica)
• los cambios químicos de la materia (por ejemplo, reacciones químicas, transferencia de energía, ácidos/bases)
• el movimiento y las fuerzas (por ejemplo, la velocidad, la fricción) y la acción a distancia (por ejemplo, fuerzas magnéticas, gravitacionales y electrostáticas)
• energía y su transformación (por ejemplo, conservación, disipación, reacciones químicas)
• las interacciones entre la energía y la materia (por ejemplo, ondas de luz y de radio, ondas sísmicas y de sonido)
Sistemas vivos que requieren conocimientos de:
• las células (por ejemplo, estructuras y funciones, adn, plantas y animales)
• el concepto de un organismo (por ejemplo, unicelular y multicelular)
• los seres humanos (por ejemplo, salud, nutrición, subsistemas como la digestión, respiración, circulación, excreción, reproducción y su relación)
• poblaciones (por ejemplo, las especies, la evolución, la biodiversidad, la variación genética)
• ecosistemas (por ejemplo, cadenas alimentarias, materia y flujo de energía)
• biosfera (por ejemplo servicios de los ecosistemas, sostenibilidad)
Sistemas terrestres y espaciales que requieren conocimientos de:
• las estructuras de los sistemas de la tierra (por ejemplo, litosfera, atmósfera, hidrosfera)
• la energía en los sistemas de la tierra (por ejemplo, las fuentes, el clima global)
• cambio en los sistemas de la tierra (por ejemplo, la tectónica de placas, los ciclos geoquímicos, las fuerzas constructivas y destructivas)
• Historia de la tierra (por ejemplo, los fósiles, origen y evolución)
• la tierra en el espacio (por ejemplo, la gravedad, los sistemas solares, las galaxias)
la figura 2.5 muestra las categorías de conocimiento de contenidos y los ejemplos seleccionados mediante la aplicación de estos criterios. se requiere tal conocimiento para la comprensión del mundo natural y para dar sentido a las experiencias en contextos personales, locales/nacionales y globales. el marco utiliza el término “sistemas” en lugar de “ciencias” en los descriptores de conocimiento del contenido. la intención es transmitir la idea de que los ciudadanos tienen que entender los conceptos de las ciencias físicas y biológicas y las ciencias de la tierra y del espacio, y cómo se aplican en contextos en los que los elementos de conocimiento son interdependientes o interdisciplinarios. elementos vistos como subsistemas en una escala podrían ser vistos como sistemas completos en una escala menor. por ejemplo, el sistema circulatorio puede ser visto como una entidad en sí mismo o como un subsistema del cuerpo humano; una molécula puede ser estudiada como una configuración estable de los átomos, pero también como un subsistema de una célula o un gas. por lo tanto, la aplicación de los conocimientos científicos y la exhibición de competencias científicas requieren una determinación de qué sistema y qué límites se aplican en cualquier contexto particular.
la tabla 2.2 muestra la distribución deseada de preguntas, por contenido científico.
Tabla 2.2 Distribución deseada de preguntas, por contenido
Sistema Porcentaje de preguntas
físico 36%
vivo 36%
terrestre y espacial 28%
Total 100%
Conocimiento procedimental
un objetivo fundamental de la ciencia es generar informes explicativos del mundo material. los informes explicativos conjeturales se desarrollan primero y después son probados mediante la investigación empírica. la investigación empírica se basa en ciertos conceptos bien establecidos, tales como la noción de variables dependientes e independientes, el control de variables, los tipos de medición, las formas de error, los métodos de minimizar el error, los patrones comunes observados en los datos, y los métodos de presentación de datos.
estos conocimientos de los conceptos y procedimientos esenciales para la investigación científica forman la base para la recolección, el análisis y la interpretación de datos científicos. estas ideas forman un cuerpo de conocimientos procedimentales que también se ha denominado “conceptos de pruebas” (Gott, duggan y roberts, 2008; Millar et al., 1995). uno puede pensar en el conocimiento procedimental como en el conocimiento de los procedimientos estándar que usan los científicos para obtener datos fiables y válidos. se necesita ese conocimiento para llevar a cabo la investigación científica y para participar en la revisión crítica de las pruebas que podrían utilizarse para apoyar demandas particulares. se espera, por ejemplo, que el alumnado sepa que el conocimiento científico tiene diferentes grados de certeza asociados a él, por lo que puede explicar por qué hay una diferencia entre la confianza asociada con las mediciones de la velocidad de la luz (que hayan sido medidas en muchas ocasiones con instrumentos cada vez más precisos) y las mediciones de las poblaciones de peces en el atlántico norte o la población de leones de montaña en california. los ejemplos que se enumeran en la figura 2.6 transmiten las características generales del conocimiento de los procedimientos que pueden ser probados.
figura 2.6 • Conocimientos procedimentales PISA 2015
Conocimientos procedimentales
• el concepto de variables, incluyendo las variables dependientes e independientes y las de control.
• los conceptos de medición, por ejemplo, cuantitativo (mediciones), cualitativo (observaciones), el uso de una escala, las variables categóricas y continuas.
• formas de evaluación y minimización de la incertidumbre, tales como la repetición y un promedio de las mediciones.
• los mecanismos para asegurar la replicabilidad (grado de concordancia entre mediciones repetidas de la misma cantidad) y exactitud de los datos (el grado de coincidencia entre una cantidad medida y un verdadero valor de la medida).
• las formas más comunes de la abstracción y la representación de los datos usando tablas y gráficos, y usarlas de manera apropiada.
• la estrategia de control de variables y su papel en el diseño experimental o el uso de ensayos controlados aleatorios para evitar resultados enmascarados e identificar posibles mecanismos causales.
• la naturaleza de un diseño apropiado para una cuestión científica dada, por ejemplo experimental, basado en el campo o el patrón de búsqueda.
Conocimientos epistémicos
el conocimiento epistémico se refiere a la comprensión de la función de los constructos específicos y la definición de características esenciales para el proceso de construcción del conocimiento en la ciencia (duschl, 2007). los que tienen tal conocimiento pueden explicar, con ejemplos, la distinción entre una teoría científica y una hipótesis o un hecho científico y una observación. ellos saben que los modelos, ya sean representativos, abstractos o matemáticos, son una característica clave de la ciencia, y que tales modelos son como mapas en lugar de imágenes precisas del mundo material. estos estudiantes pueden reconocer que cualquier modelo de partículas de la materia es una representación idealizada de la materia y pueden explicar cómo el modelo de bohr es un modelo limitado de lo que sabemos sobre el átomo y sus partes constituyentes. reconocen que el concepto de una “teoría” como se usa en la ciencia no es lo mismo que la noción de una “teoría” en el lenguaje cotidiano, donde se utiliza como sinónimo de una “conjetura” o una “corazonada”. se requieren conocimientos procedimentales para explicar lo que significa la estrategia del control de variables; se requieren conocimientos epistémicos para explicar por qué el uso de la estrategia de control de variables o la replicación de las mediciones es fundamental para el establecimiento de los conocimientos en la ciencia.
las personas con conocimientos científicos básicos también entienden que los científicos se basan en los datos para hacer avanzar las demandas de conocimiento, y ese argumento es una característica común de la ciencia. en concreto, saben que algunos argumentos de la ciencia son hipotético-deductivos (por ejemplo, el argumento de copérnico para el sistema heliocéntrico), algunos son inductivos (la conservación de la energía), y algunos son una inferencia a la mejor explicación (la teoría de la evolución de darwin o el argumento de Wegener de los continentes en movimiento). también entienden el papel y la importancia de la revisión por pares como el mecanismo que la comunidad científica ha establecido para probar las demandas de nuevos conocimientos. como tal, el conocimiento epistémico proporciona una base para los procedimientos y prácticas a los que los científicos se dedican, un conocimiento de las estructuras y rasgos definitorios que guían la investigación científica, y los cimientos para la base de la creencia en las demandas que la ciencia hace sobre el mundo natural.
la figura 2.7 representa las que se consideran las principales características del conocimiento epistémico necesarias para la formación científica.
figura 2.7 • Conocimiento epistémico PISA 2015
Conocimiento epistémico
los constructos y las características definitorias de la ciencia. es decir:
• la naturaleza de las observaciones científicas, hechos, hipótesis, modelos y teorías;
• la finalidad y objetivos de la ciencia (producir explicaciones del mundo natural) como diferenciados de la tecnología (producir una solución óptima a las necesidades humanas), y lo que constituye una cuestión científica o tecnológica y los datos apropiados;
• los valores de la ciencia, por ejemplo, un compromiso con la publicación, la objetividad y la eliminación del sesgo; y
• la naturaleza del razonamiento utilizado en la ciencia, por ejemplo, deductivo, inductivo, la inferencia a la mejor explicación (abducción), analógico, y basado en modelos.
el papel de estos constructos y características para justificar el conocimiento producido por la ciencia. es decir:
• cómo las demandas científicas se apoyan en los datos y el razonamiento en la ciencia;
• la función de las diferentes formas de investigación empírica en el conocimiento que se establece, su objetivo (poner a prueba hipótesis explicativas o identificar patrones) y su diseño (observación, experimentos controlados, estudios de correlación);
• cómo afecta el error de medición al grado de confianza en el conocimiento científico;
• el uso y el papel de la física, el sistema y los modelos abstractos y sus límites;
• el papel de la colaboración y la crítica, y cómo la revisión por pares ayuda a establecer la confianza en las afirmaciones científicas; y
• el papel de los conocimientos científicos, junto con otras formas de conocimiento, para identificar y abordar los problemas sociales y tecnológicos.
el conocimiento epistémico tiene más probabilidades de ser probado de manera pragmática en un contexto en el que se requiere que un estudiante interprete y responda a una pregunta que requiere un poco de este tipo de conocimiento en lugar de evaluar directamente si entienden las características que se detallan en la figura 2.7. por ejemplo, puede que se pida al alumnado que identifique si las conclusiones están justificadas por los datos, o qué parte de las pruebas apoya mejor la hipótesis avanzada en un elemento y explique por qué.
la tabla 2.3 describe la distribución deseada de preguntas por tipo de conocimiento.
Tabla 2.3 Distribución deseada de preguntas, por tipo de conocimiento Conocimiento Porcentaje de elementos totales
contenido 54-66%
procedimental 19-31%
epistémico 10-22%
el equilibrio deseado, en función del porcentaje de elementos, entre los tres componentes de conocimiento —del contenido, procedimental y epistémico— se muestra en la tabla 2.4. estos coeficientes son ampliamente consistentes con el marco anterior y reflejan una visión de consenso entre los expertos consultados durante la redacción de este marco de referencia.
Tabla 2.4 Distribución deseada de preguntas por conocimiento Tipos de conocimiento
Sistemas
Físico Vivo Terrestre y espacial Total sobre los sistemas
contenido 20-24 20-24 14-18 54-66
procedimental 7-11 7-11 5-9 19- 31
epistémico 4-8 4-8 2-6 10-22
Total sobre los tipos de conocimiento 36 36 28 100