El International Journal of STEM Education publica en el mes de marzo ‘The cognitive principles of learning underlying the 5E Model of Instruction’, un artículo elaborado por Héctor Ruiz Martín, director de la International Science Teaching Foundation, y Rodger W. Bybee, director del equipo que desarrolló el Modelo de las 5E. En él, los autores exponen los principios de las ciencias cognitivas sobre cómo aprenden las personas que subyacen al Modelo y que podrían explicar teóricamente su eficacia como secuencia de aprendizaje.
El Modelo 5E es una propuesta para estructurar las unidades didácticas en las materias científico-tecnológicas, que fue desarrollado por el Biological Sciences Curriculum Study (BSCS) en 1987, inspirado en otros modelos de enseñanza como el Ciclo de Aprendizaje de Atkin y Karplus, o el Ciclo de Aprendizaje del Science Curriculum Improvement Study (SCIS).
En las últimas décadas, múltiples estudios han aportado evidencias de mejoras significativas en los aprendizajes conceptuales, el desarrollo de las competencias científicas y el interés por la ciencia por parte de los estudiantes, como consecuencia de la introducción de esta propuesta en las aulas.
Las fases
El Modelo 5E consta de cinco fases: engage, explore, explain, elaborate y evaluate. La disertación de Ruiz Martín y Bybee establece posibles vínculos entre cada una de estas etapas y la literatura científica en el ámbito de cómo aprenden las personas (psicología cognitiva, psicología del desarrollo y neurociencia, principalmente):
1. Engage (Empezamos)
En esta etapa, el profesor introduce un problema o un acontecimiento en un contexto familiar que los estudiantes no son capaces de explicar porque no encaja con sus conocimientos previos. Esta situación promueve dos tipos de motivación: contextual (extrínseca) y cognitiva (intrínseca). La primera se basa en que los alumnos aprecian las implicaciones de la situación planteada en la vida real, es decir, reconocen su valor instrumental. La segunda se fundamenta en la curiosidad que surge cuando las personas se percatan de que sus conocimientos no pueden explicar satisfactoriamente una observación que les desconcierta. Este conflicto cognitivo desempeña un papel motivador fundamental, porque, como se apunta en el modelo clásico de cambio conceptual, crea en el estudiante la necesidad de adquirir un modelo explicativo más adecuado.
Por otro lado, esta etapa proporciona una oportunidad para activar los conocimientos previos del alumnado. La literatura científica pone de manifiesto que movilizar las ideas que los estudiantes poseen relacionadas con lo que aprenden facilita la integración del nuevo material, porque aprender consiste precisamente en crear conexiones entre lo que se sabe y la información que aportan las nuevas experiencias. Esto es así porque la memoria humana no almacena información redundante, sino que utiliza la información ya consolidada para construir nuevos recuerdos que compartan esas características.
Pero el aprendizaje no es solo un proceso de asimilación, en el que se incorpora nueva información a las estructuras de conocimiento existentes, sino que también suele requerir un proceso de acomodación, en el que las estructuras conceptuales previas del alumno deben ser reestructuradas para permitir el encaje de los nuevos conocimientos.
En esta fase el papel de los docentes consiste en guiar el pensamiento de los estudiantes hacia aquellos aspectos relevantes para la tarea de aprendizaje. Aunque algunos estudiantes pueden activar espontáneamente sus conocimientos previos mientras aprenden, otros necesitan apoyo y orientación, y el docente puede ayudar en este cometido ofreciendo oportunidades explícitas para hacerlo. En ese sentido, las dinámicas que se generan en el aula en esta fase ofrecen interesantes oportunidades para las discusiones en grupo y el aprendizaje cooperativo, dos estrategias de base sociocognitiva que pueden conducir a entornos de enseñanza y aprendizaje más fructíferos.
2. Explore (Exploramos)
La etapa de exploración consiste en una actividad de investigación guiada por el docente. Los estudiantes tienen la oportunidad aquí de resolver el conflicto cognitivo que se les presenta en la primera fase y construir nuevas explicaciones que tengan sentido para ellos.
Por lo tanto, esta etapa busca promover las conexiones entre los conocimientos previos de los alumnos y las nuevas ideas a aprender. Para ello, las actividades de esta etapa siguen un enfoque basado en la indagación guiada que fomenta el razonamiento y la construcción de significado por parte de los estudiantes. Este enfoque está respaldado por uno de los hallazgos más básicos de la psicología cognitiva: las personas aprenden y recuerdan mejor cuando procesan lo que están aprendiendo en términos de significado, es decir, cuando tratan de comprenderlo. En este sentido, la forma en que se organizan las actividades de aprendizaje en esta fase emplaza a los estudiantes a pensar sobre lo que aprenden para poder avanzar.
El papel del profesor resulta fundamental para proporcionar un andamiaje cognitivo, que permita a los estudiantes avanzar en sus razonamientos y conclusiones, y para promover que los alumnos se ayuden mutuamente a resolver los problemas a partir de los conocimientos del grupo. El docente plantea problemas, formula preguntas para aclarar las explicaciones, y sugiere vías que hacen avanzar al grupo hacia su objetivo, dejando que sea el propio estudiante el que infiera sus explicaciones a partir de las observaciones. La investigación refleja que tanto la cooperación en las actividades de resolución de problemas como la argumentación mejoran el desarrollo cognitivo de los estudiantes.
3. Explain (Explicamos)
En la etapa de explicación, los docentes introducen de manera directa y formal los conceptos desarrollados en la etapa de exploración, y ayudan a los alumnos a organizar sus nuevos conocimientos de tal manera que se facilite la adquisición y la posterior capacidad de aplicación.
Las investigaciones han puesto de manifiesto que cuando los estudiantes reciben una estructura organizativa en la que encajar los nuevos conocimientos, aprenden más eficazmente que cuando se les deja deducir esta estructura conceptual por sí mismos.
Por supuesto, igual que en las fases anteriores, las definiciones y explicaciones formales de los modelos y conceptos también pueden ser construidas de forma cooperativa por los alumnos con la estrecha orientación de su profesor.
4. Elaborate (Elaboramos)
La etapa de elaboración desafía al alumnado a aplicar lo aprendido en la resolución de problemas en nuevos contextos. Aquí los conocimientos adquiridos se demuestran “productivos”, esto es, útiles para entender y resolver situaciones distintas a las que se emplearon para construir los conceptos y procedimientos.
Las investigaciones sugieren que exponer a los alumnos a múltiples contextos fomenta una comprensión más profunda. Es probable que la descontextualización empuje al estudiante a abstraer las características relevantes de los conceptos trabajados y desarrolle así una representación flexible del conocimiento. Esta propiedad es la que permite que lo aprendido acontezca transferible a nuevas situaciones.
5. Evaluate (Evaluamos)
Por último, en la etapa de Evaluación, se valoran los conocimientos y habilidades adquiridos por cada alumno mediante una actividad que desafía su comprensión. A pesar de que el modelo tradicional ubica la evaluación al final del proceso de aprendizaje, los diseñadores del Modelo 5E recomiendan integrar la etapa de evaluación a lo largo de toda la secuencia.
Desde una perspectiva cognitiva, la evaluación no sólo es útil para valorar el aprendizaje y proporcionar un feedback sobre la adquisición de conocimientos del estudiante. Los psicólogos cognitivos han demostrado que recuperar información de la memoria a largo plazo es una de las acciones más eficaces para reforzar el aprendizaje, incluso más que volver a estudiar.
Por lo tanto, la fase de evaluación de las 5E es también una fase de aprendizaje, especialmente si se aplica no sólo al final, sino a lo largo de toda la secuencia de aprendizaje.
Los procesos cognitivos del aprendizaje
Antes de empezar procede recordar la definición de los procesos cognitivos del aprendizaje: mecanismos implicados en el procesamiento de la información que llega al cerebro a través de los sentidos y que es codificada, almacenada y recuperada posteriormente.
La transferencia del aprendizaje
La transferencia del aprendizaje ocurre cuando el estudiante puede apoyarse en los conocimientos y habilidades que adquirió en un contexto concreto o mediante unas actividades específicas, para alcanzar NUEVOS propósitos, ya sea resolver nuevos problemas, responder a nuevas preguntas o aprender nuevos conceptos o habilidades.
La doctrina de la disciplina formal afirma que determinados aprendizajes o materias permiten desarrollar habilidades cognitivas generales que repercuten positivamente en el aprendizaje de otras materias o aprendizajes (por ejemplo: las matemáticas, pueden contribuir positivamente en el aprendizaje de ciertos conceptos de física). Los estudios reflejan que nuestro cerebro tiene una marcada tendencia a aprender de lo concreto y a asociar los aprendizajes a los contextos específicos en que se aprendieron. Por este motivo es tan difícil la transferencia del aprendizaje. La capacidad de transferir un conocimiento a un nuevo contexto dependerá de que los esquemas a los que hemos vinculado dicho conocimiento durante el aprendizaje se activen cuando resulte oportuno aplicarlos.
Facilitar ejemplos en contextos distintos favorece la transferencia del aprendizaje.
¿Y qué factores facilitan la transferencia?
- Los conceptos se hacen más transferibles cuanto a más contextos vinculemos el aprendizaje.
- La transferencia lejana es más probable cuando el aprendizaje es profundo: cuando se conecta a múltiples esquemas y, en consecuencia, conlleva cierta abstracción (aprendizaje por comprensión). La manera en que el alumno se aproxima al aprendizaje (y la manera en que el docente lo promueve) determina el grado en que este irá acompañado de comprensión, lo que a su vez, repercutirá en su potencialidad para ser transferido.
Aprendizaje con comprensión. Mientras que el aprendizaje de tipo reproductivo (mira al pasado) solo permite recordar lo que fue aprendido previamente, el aprendizaje con comprensión (mira al futuro) hace posible emplearlo en nuevas situaciones. El aprendizaje comprensivo (aprendizaje significativo) permite llevar a cabo toda una serie de actividades que van más allá de la mera evocación literal de lo aprendido.
Una posible estrategia para conseguir el aprendizaje con comprensión es la taxonomía de Bloom, la cual propone una clasificación jerárquica de los supuestos niveles de profundidad que puede adquirir el aprendizaje en función de las actividades cognitivas que somos capaces de llevar a cabo con lo aprendido:
- Recordar: recuperar información relevante de la memoria a largo plazo (reconocer, identificar, rememorar, reproducir).
- Comprender: dar significado a la información que tratamos (interpretar, ejemplificar, clasificar, resumir, inferir, comparar, explicar).
- Aplicar: emplear un procedimiento en una situación dada (ejecutar, implementar, utilizar).
- Analizar: desintegrar el objeto de aprendizaje en sus partes y determinar cómo estas se relacionan entre ellas y con el todo (diferenciar, organizar, atribuir/deconstruir).
- Evaluar: emitir juicios basados en criterios o estándares (comprobar, criticar/juzgar).
- Crear: unir elementos para formar un todo coherente o funcional; reorganizar elementos para formar un nuevo patrón o estructura (generar, planificar/diseñar, producir/construir).
Dos actividades de aprendizaje pueden resultar igual de efectivas cuando evaluamos la capacidad de reproducir conocimientos o habilidades, pero pueden revelarse bien distintas si evaluamos la capacidad de transferencia.
El acto de aprender implica la activación de conocimientos previos que resultan trascendentes para lo que se está aprendiendo, con vistas a conectarlos con ello. Aprender requiere aplicar lo que ya sabemos a la nueva situación que plantea la actividad de aprendizaje, por tanto:
¡Aprender es transferir!
La memoria de aprendizaje.
La memoria de trabajo (memoria a corto plazo o memoria operativa), es capaz de procesar dos tipos de información (visual y auditiva) a la vez sin que se produzcan interferencias (codificación dual), en cambio, tratar de realizar a la vez dos o más tareas mentales con el mismo tipo de información colapsa rápidamente la capacidad (por ejemplo: leer y escuchar). Es por esta causa por la que las diapositivas con mucho texto no suelen ser muy eficientes en las exposiciones.
La teoría de la carga cognitiva afirma que para aprender es importante no saturar la memoria de trabajo, de forma que es importante equilibrar los tipos de carga cognitiva que pueden producirse simultáneamente:
- Carga intrínseca (el propio objeto de aprendizaje). Cuanto más complejo sea y cuantos más componentes tenga el aprendizaje, mayor carga cognitiva. La solución radica en secuenciar el aprendizaje reduciendo la cantidad de componentes nuevos.
- Carga ajena. La intrusión de elementos que resultan superfluos para alcanzar el objetivo de aprendizaje. Es recomendable diseñar las actividades para que el alumnado dedique la mayor parte del tiempo al objetivo u objetivos de aprendizaje que se pretenden conseguir.
- Carga cognitiva relevante. Esta es la carga generada por el proceso de relacionar la nueva información con nuestros conocimientos previos e identificar relaciones entre los nuevos conocimientos.
La capacidad de la memoria de trabajo varia de una persona a otra y se incrementa significativamente con la edad, hasta que llega a declinarse lentamente a lo largo de la etapa adulta. Por otro lado, es obvio que no todas las tareas de aprendizaje requieren de los mismos recursos cognitivos, de forma que aquellas que imponen cargas considerables en la memoria de trabajo afectan negativamente al alumnado con poca memoria de trabajo, siendo su reacción inmediata la de abandonar la tarea. El alumnado con memoria de trabajo reducida presentará dificultades de aprendizaje, pero las dificultades pueden deberse a otros factores, como por ejemplo factores emocionales y del comportamiento.
Es posible medir la memoria de trabajo a través de pruebas en que se trate de almacenar y manipular en la mente tanta información como pueda durante breves periodos de tiempo. Por ejemplo a través de secuencias de números, letras y objetos cada vez más largas.
Algunas recomendaciones que nos ofrece en el libro para reducir los problemas derivados de memorias de trabajo reducidas son las siguientes:
El aprendizaje profundo
Los talentos innatos no conducen a nada sin una fuerte dosis de práctica y entrenamiento. La ventaja que proporciona el talento solo es un punto de partida, algo más adelantado que el de los demás, pero la meta siempre está más allá y para alcanzarla es necesario valerse de la capacidad de aprender (práctica intensiva en edades tempranas).
El trabajo gana al talento cuando el talento no trabaja lo suficiente. KEVIN DURANT
Los expertos no se diferencian de los principiantes por poseer dones innatos extraordinarios. La diferencia se encuentra en el conocimiento extenso y profundo, es decir, el experto cuenta con una enorme cantidad de conocimientos sobre unas disciplinas que están bien estructuradas y organizadas alrededor de grandes principios que les dan sentido, coherencia y flexibilidad.
Percepción y razonamiento. A la hora de aprender algo nuevo, aquello que ya sepamos sobre ese algo (conocimientos previos), y que deba ponerse en juego para avanzar en el aprendizaje, ya no ocupará lugar en nuestra memoria de trabajo, y por tanto no influirá sobre la potencial sobrecarga de este tipo de memoria. Por tanto:
La mejor forma de optimizar la capacidad de memoria de trabajo cuando la empleamos en una tarea concreta es obteniendo conocimientos significativos relacionados con dicha tarea.
Los expertos, al tener mayor capacidad para transferir sus conocimientos a situaciones nuevas, son capaces de substraer los principios subyacentes a una situación problema (resolución de problemas). Es decir:
El conocimiento de los expertos incluye conocimientos sobre sus condiciones de aplicabilidad (aprendizaje con significado y totalmente comprendido).
¿Qué hay de la creatividad? ¿Los expertos son más creativos que los principiantes?
La creatividad es la habilidad de generar soluciones que son nuevas para las personas que las desarrolla a partir de combinar conocimientos que posee de una forma distinta. La capacidad de identificar problemas y oportunidades es uno de los pasos más importantes en el proceso creativo. Por tanto, parece que el experto tendrá más facilidad para aportar soluciones creativas a situaciones problemáticas complejas.
Pero, ¿cómo se alcanza la condición de experto? El desarrollo de la expertez en una disciplina pasa por la obtención de conocimientos significativos.
La habilidad que uno obtiene en una disciplina tiene más que ver con la manera en que se practica que con la simple ejecución deliberada de dicha habilidad (práctica deliberada: desglose de actividades e incremento progresivo de la dificultad). Es decir, la práctica hace al maestro.
Para optimizar el aprendizaje podemos desintegrar el objeto del propio aprendizaje en sus componentes, para después aprenderlos uno a uno. Es decir, consolidar los aprendizajes en la memoria a largo plazo de forma progresiva (descomponer e integrar). Lo que está aprendido ya no ocupa espacio en la memoria de trabajo, deja espacio para lo nuevo, y además apoya su aprendizaje si la secuencia es coherente. Tras alcanzar el dominio de los componentes, estos deben integrase de forma paulatina y, para acabar, deben proporcionarse múltiples oportunidades para ponerlos en juego de manera integrada.
Es importante tener en cuenta el punto ciego del experto para poder mejorar la efectividad de quien enseña (experto). ¿Qué es el punto ciego? La consciencia inconsciente de sus conocimientos.
Dosificar y secuenciar adecuadamente el aprendizaje es una manera de reducir la carga cognitiva de tipo intrínseco, lo cual reduce la complejidad del objeto de aprendizaje.
La práctica busca mejorar la fluidez con la que usamos nuestros conocimientos (conceptuales o procedimentales), de forma que permita usarlos sin esfuerzo consciente (automaticidad). Las tareas automatizadas no ocupan memoria de trabajo, lo cual permite al aprendiz atender a otros aspectos de la tarea (incrementa la capacidad de atención).
Conclusiones
El Modelo de Instrucción 5E fue diseñado a finales de la década de 1980 con la idea de traducir décadas de investigación en didáctica de las ciencias en un ciclo de aprendizaje que los docentes pudieran utilizar eficazmente en sus aulas. La investigación en ciencias cognitivas, por su lado, puede fundamentar los beneficios para el aprendizaje de este modelo, cuyas fases encajan con aquello que sabemos sobre cómo aprenden las personas.
De hecho, se podría argumentar que el Modelo 5E es eficaz porque los alumnos disponen de tiempo, orientaciones y varias oportunidades para involucrarse cognitivamente con el objeto de aprendizaje, de un modo que lo conduce a establecer conexiones entre lo que sabe y lo que se le propone aprender.
Este contenido ha sido publicado originalmente por International Science Teaching Foundation en la siguiente dirección: science-teaching.org
