La integración de competencias matemática, científica y tecnológica

La organización de los currículos educativos en torno a unas cuantas competencias clave no es un proceso sencillo ni unívoco. La definición de competencias es contingente, y puede hacerse de varios modos distintos. Garagorri [2] recoge diferentes propuestas de definición de competencias, que se han plasmado en distintos modelos curriculares, que él sintetiza en tres grupos:

• Modelos curriculares en los que se diferencian (y se integran) las competencias generales o transversales y las competencias específicas de las áreas curriculares.
• Modelos curriculares mixtos en los que se mezclan como competencias clave las competencias transversales y las áreas disciplinares.
• Modelos curriculares en los que las competencias básicas no se diferencian de las áreas disciplinares.

 La definición de una competencia común relacionada con las matemáticas, la ciencia y la tecnología corresponde al segundo de esos modelos. En nuestro entorno fue el diseño propuesto por la Comisión Europea que, finalmente, desbancó al primer modelo competencial español [2].

En todo caso, la formulación de una competencia que, a primera vista, resulta tan extraña como esta no es una ocurrencia de la Comisión. Rastreando la literatura pedagógica anglosajona se encuentra habitualmente la referencia a la educación en STEM (acrónimo de Science, Technology, Engineering and Mathematics), que recuerda intensamente a la competencia de la que hablamos.

El término STEM fue introducido por la National Science Foundation en la década de los 90's del siglo XX [5], simplemente para referirse conjuntamente a esas cuatro áreas de conocimiento. Sin embargo, con el paso del tiempo ha pasado a utilizarse para describir un enfoque educativo, una aproximación que trata de eliminar las barreras que tradicionalmente separan esas disciplinas y que las integra en experiencias de aprendizaje rigurosas, imbricadas con el mundo real y relevantes para los alumnos [5].

El desarrollo de proyectos STEM integrados en Estados Unidos responde a una necesidad percibida ya hace tiempo, hacia el final de la segunda guerra mundial: la de encontrar soluciones a la falta de talento científico y competir adecuadamente con el reto que suponían Alemania y Japón. Desde entonces, se ha elaborado un gran número de informes y programas que han tratado de resolver

• Las necesidades de la sociedad de conseguir avances científicos y tecnológicos.
• Las necesidades económicas del país
• Las necesidades personales de ser un ciudadano productivo, culto y satisfecho [6].

¿Por qué una competencia única en ciencias, matemáticas y tecnología?

El concepto de competencia ha ido variando a lo largo del tiempo. Tradicionalmente, lo que ahora denominamos competencia se relacionaba con la "alfabetización", que consistía en ser capaz de leer y escribir (y, como se decía aquí en España, "las cuatro reglas"). Sin embargo, las exigencias de una sociedad cada vez más compleja han ido haciendo que los requisitos necesarios para que un ciudadano sea competente sean cada vez más complejos.

Históricamente se han definido competencias separadas para las cuatro disciplinas recogidas en el concepto STEM:

• La competencia científica ha sido definida como la capacidad para usar conocimientos y procedimientos científicos (en Física, Química, Ciencias Biológicas y Ciencias de la Tierra o del Espacio) para comprender y, adicionalmente, participar en decisiones que afecten a la ciencia en la vida y la salud, la tierra, el medio ambiente y la tecnología (OCDE, 2003).
• La competencia tecnológica es la capacidad para usar, comprender y evaluar la tecnología, así  omo para comprender los principios y las estrategias tecnológicas para desarrollar soluciones y conseguir objetivos (National Assessment Governing Board, 2010). 
• La competencia en ingeniería consiste en el conocimiento de las matemáticas y de las ciencias naturales obtnido mediante estudio, experiencia y práctica, que se aplica a desarrollar modos de utilizar económicamente los materiales y las fuerzas de la naturaleza para el beneficio de la humanidad (Accreditation Board for Engineering and Technology, 2010).
• Finalmente, la competencia matemática puede entenderse como la capacidad para identificar, comprender y dedicarse a las matemáticas, y de formular juicios bien fundamentados sobre el papel que las matemáticas desempeñan en la vida presente y futura de un individuo en sus aspectos personales, ocupacionales, en la relación con sus parientes y amigos y en su vida como un ciudadano constructivo, preocupado y reflexivo (PISA, 2006) [6].

En un análisis de estas definiciones se aprecia que hay numerosos campos de contacto y de sobreposición entre ellas. Esto, de por sí, ya justificaría una combinación de todos esos aspectos comunes en una competencia más genérica. Pero, además, se puede considerar que la combinación y coordinación de estas competencias podría dar lugar a un resultado sinérgico, como sugiere Leon Lederman al definir la competencia en STEM como la capacidad para adaptar y aceptar los cambios generados por el nuevo trabajo tecnológico, para anticipar los impactos en múltiples niveles de sus acciones, para comunicar ideas complejas de manera efectiva a una variedad de audiencias y, quizás más importante, para encontrar soluciones medidas aunque creativas a problemas que hoy por hoy son inimaginables [6].

Implicaciones de una competencia integrada

Desarrollar una competencia de este tipo supone, según la mayoría de los autores, la necesidad de implementar una enseñanza integrada de estas áreas. En este sentido, English [1] recoge de Vásquez et al. (2013) cuatro diferentes niveles de integración posibles:

1. Disciplinariedad: los conceptos y las habilidades son aprendidos separadamente en cada disciplina.
2. Multidisciplinariedad: los conceptos y las habilidades son aprendidos separadamente en cada disciplina, pero desarrollando un tema común.
3. Interdisciplinariedad: los conceptos y las habilidades estrechamente relacionados son aprendidos en dos o más disciplinas, con el propósito de profundizar el conocimiento y la habilidad.
4. Transdisciplinariedad: los conocimientos y las  habilidades aprendidos en dos o más disciplinas son aplicados a proyectos y problemas del mundo real, lo que contribuye a moldear la experiencia de aprendizaje.

Sin embargo, desarrollar estas conexiones en el aula es una tarea difícil. Como Moore y sus colaboradores señalan (citado en [1]), precisamente porque esas relaciones deben ser enfatizadas en un currículo, no hay garantía de que los alumnos puedan identificarlas o establecer esas conexiones por sí mismos.

Para Vásquez [5] planificar experiencias auténticamente STEM debe empezar por establecer los resultados que deseamos obtener de los estudiantes. Las cuestiones clave la enseñanza según este modelo serían:

• ¿Qué deberían saber y saber hacer los alumnos? ¿Cuáles son los conocimientos permanentes que conseguirán a través de estas experiencias?
• ¿Cómo sabré si mis alumnos han desarrollado esos aprendizajes? ¿Qué evidencia de su conocimiento necesitaré?
• ¿Qué habilidades y conocimientos previos necesitarán los alumnos para poder alcanzar los resultados deseados?
• ¿Qué nivel de integración será el más adecuado para cumplir con los objetivos de aprendizaje?
• ¿Cómo deberían ser secuenciados los contenidos? ¿Qué recursos y materiales necesitarán los alumnos para alcanzar los objetivos del aprendizaje?

Todo ello requiere, además, desarrollado en un proceso no lineal que requiere colaboración y preparación, rompiendo los "silos" disciplinares y pensando en cada materia específica en el contexto de otras áreas de conocimiento.

Los beneficios del modelo

Para los partidarios del modelo STEM sus beneficios son claros y evidentes. Vásquez, por ejemplo, dice que todos los aprendizajes STEM tienen una cosa en común: proporcionan a los alumnos la oportunidad de aplicar las habilidades y el conocimiento que han aprendido o están aprendiendo. La aplicación está en el corazón de la educación STEM. Cuando los alumnos preguntan "¿Por qué tengo que estudiar esto?" una experiencia STEM les proporciona una respuesta [5].

Sin embargo, otros autores se muestran un tanto menos optimistas respecto a estas ventajas, señalando la falta de estudios suficientemente fiables como para demostrar estos supuestos beneficios. Así, Honey et al [3] afirman que programas de este tipo podrían incrementar la implicación de los estudiantes en temas relacionados con este ámbito, especialmente en poblaciones históricamente "reñidas" con este tipo de estudios. Sin embargo, los estudios que analizan estos aspectos son escasos y poco significativos [3].

La integración de los aprendizajes también puede resultar beneficiosa para los procesos cognitivos de los alumnos, porque el aprendizaje de conceptos interrelacionados favorece su recuperación y la atribución de significados a los mismos. Las estructuras de conceptos interrelacionados pueden mejorar la capacidad de transferir esos conocimientos y capacidades a contextos nuevos o poco familiares. La investigación pedagógica también muestra que la capacidad de representar el mismo concepto en diferentes áreas y de distintos modos puede facilitar el aprendizaje. Sin embargo, la integración también puede dificultar el aprendizaje porque puede imponer exigencias excesivas en procesos cognitivos de recursos limitados, como atención y memoria [3].

Finalmente, la integración y el desarrollo de este tipo de proyectos supone un aprendizaje social que requiere la colaboración intensa entre los alumnos y su implicación en las discusiones y en procesos de toma de decisiones y de resolución colaborativa de problemas. Algunos procesos de aprendizaje social como los que supone la integración de los aprendizajes en el enfoque STEM pueden ayudar a los alumnos a superar tareas de alta exigencia y a avanzar en su nivel de conocimientos  [3].

En una perspectiva más crítica, algunos autores muestran su preocupación por el hecho de que un enfoque integrado pueda suponer una infrarrepresentación educativa de algunas disciplinas como las Matemáticas o la Tecnología   [1].

Discusión

 El enfoque STEM responde a la tendencia actual a integrar conocimientos para permitir el desarrollo de competencias y capacidades complejas, que parecen necesarias para el desenvolvimiento de los alumnos en un mundo complejo como el nuestro. Utilizar ese enfoque puede suponer beneficios para el aprendizaje de los alumnos, especialmente para que dicho aprendizaje resulte significativo y transferible a contextos y situaciones diferentes a las del entorno escolar, y facilitar

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Referencias:

1. English, L. D. (2016). STEM education K-12: perspectives on integration. International Journal of STEM Education, 3(1), 3.
2. Garagorri, X. (2007). Propuestas curriculares basadas en competencias en el ámbito europeo. Aula de innovación educativa, 161, 56-59.
3. Honey, M., Pearson, G., & Schweingruber, H. (Eds.). (2014). STEM integration in K-12 education: Status, prospects, and an agenda for research. Washington, DC: National Academies Press.
4. Sanders, M. E. (2008). Stem, stem education, stemmania.
5. Vasquez, J. A. (2015). STEM--Beyond the Acronym. Educational Leadership, 72(4), 10-15.
6. Zollman, A. (2012). Learning for STEM literacy: STEM literacy for learning. School Science and Mathematics, 112(1), 12-19.