¿Qué son las ideas centrales disciplinares? | NGSS

Los NGSS o Estándares de Ciencias de la Próxima Generación se enfocan en desarrollar los hábitos y habilidades que los científicos e ingenieros usan en su vida diaria, fomentando el cuestionamiento, la investigación y la elaboración de conclusiones basadas en evidencias. Están formulados para ayudar a los alumnos a aprender cómo pensar, más que decirles qué pensar, mientras los docentes guían a los alumnos a generar sus propias conclusiones a través de pruebas y razonamiento. Mediante los NGSS, estamos preparando a las futuras generaciones a ser independientes, responsables y proactivas ante los retos actuales del mundo.

Las ideas centraless disciplinares, o DCIs (del inglés Disciplinary Core Ideas), son una de las tres dimensiones que forman los Estándares de Ciencias de la Próxima Generación (NGSS). Las DCIs son componentes clave de la educación de ciencias e incluyen ideas que son importantes a través de una o múltiples disciplinas de ingeniería. De forma sencilla, son grandes ideas que los alumnos necesitan conocer para ser capaces de entender el mundo a su alrededor. Las DCIs forman un marco conceptual a través del cual los alumnos pueden entender las disciplinas científicas. (1)

La NSTA enumera cuatro criterios de los cuales un DCI debe cumplir por lo menos dos, pero idealmente cuatro: 

  • Tener una amplia importancia a través de múltiple ciencias o disciplinas de ingeniería o ser un concepto clave de una sola disciplina.
  • Brindar una herramienta clave para comprender o investigar más ideas complejas y resolver problemas.
  • Relacionar a los intereses y vida de los alumnos o estar conectado con intereses sociales o personales que requieren conocimiento científico o tecnológico.
  • Poder enseñarlo o aprenderlo a través de múltiples grados en mayores niveles de profundidad y sofisticación (2)

Las DCIs están divididas entre cuatro campos: Ciencias de la vida, ciencias de la Tierra y el espacio, ciencias físicas, ingeniería, tecnología y la aplicación de ciencias. A través de estos cuatro campos hay diferentes grupos de ideas que generan complejidad a través del proceso de los alumnos en sus años escolares:

Ciencias de la vida

  • LS1: De moléculas a organismos: estructuras y procesos.
  • LS2: Ecosistemas: Interacciones, energía, y dinámicas.
  • LS3: Herencia: Heredad y variación de rasgos.
  • LS4: Evolución Biológica: Unidad y diversidad.

Ciencias de la Tierra y el espacio

  • ESS1: El lugar de la Tierra en el universo.
  • ESS2: Sistemas terrestres.
  • ESS3: Actividad humana y de la Tierra.

Ciencias físicas

  • PS1: La materia y sus interacciones.
  • PS2: Movimiento y estabilidad: Fuerzas e Interacciones
  • PS3: Energía
  • PS4: Ondas y sus aplicaciones en tecnologías para transferencia de información

Ingeniería, Tecnología y la aplicación de ciencias

  • ETS1: Diseño de ingeniería

Los DCIs no sólo generan complejidad en si mismas, sino que también extienden la complejidad sobre ellos en conjunto a lo largo del trayecto de la educación de ciencias del alumno, permitiendo a los alumnos formar una comprensión más profunda del mundo y comprender los fenómenos. Las DCIs están entrelazadas con las SEPs y los CCCs, ofreciendo oportunidades a los alumnos de aplicar estas prácticas y conceptos a diferentes ideas de base.

¿Cómo nos aseguramos de cubrir los DCIs? 

Twig Science es un programa basado en fenómenos para edades de Preescolar a Secundaria creado específicamente para asegurar que todos los alumnos tienen un entendimiento interno de los conceptos transversales, las prácticas de ciencia e ingeniería y las ideas centrales interdisciplinares. En Twig Science, los alumnos descubren docenas de diferentes roles STEM a la vez que se vuelven más creativos en resolver problemas, entendiendo la ciencia de fenómenos del mundo real.

Aprende más sobre Twig Science.

  1. https://www.nsta.org/blog/whats-so-special-about-disciplinary-core-ideas-part-1
  2. ttps://ngss.nsta.org/DisciplinaryCoreIdeasTop.aspx

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¿Qué son los conceptos transversales? | NGSS

Los NGSS o Estándares de Ciencias de la Próxima Generación se enfocan en desarrollar los hábitos y habilidades que los científicos e ingenieros usan en su vida diaria, fomentando el cuestionamiento, la investigación y la elaboración de conclusiones basadas en evidencias. Están formulados para ayudar a los alumnos a aprender cómo pensar, más que decirles qué pensar, mientras los docentes guían a los alumnos a generar sus propias conclusiones a través de pruebas y razonamiento. Mediante los NGSS, estamos preparando a las futuras generaciones a ser independientes, responsables y proactivas ante los retos actuales del mundo.

Los conceptos transversales, o CCCs, son una de las tres dimensiones de los NGSS. Son temas que aparecen una y otra vez a través de temas STEM. En los NRC’s “A Framework for K–12 Science Education,” los CCCs son definidos como “conceptos que hacen de puente entre los límites de disciplinas básicas, teniendo un valor explicativo a través de mucha de la ciencia y la ingeniería. Estos conceptos ayudan a proveer a los alumnos con un marco organizativo para conectar conocimientos de varias disciplinas en una visión coherente y científica.” (1)

Aunque puede que se vean ligeramente abstractos, los CCCs son cruciales para construir conocimientos de contenido y una comprensión de los procesos científicos. Mientras los alumnos progresan en su educación científica, estos conceptos aparecerán en múltiples disciplinas, una y otra vez, volviéndose cada vez más familiares. Funcionan como referentes a los que los alumnos vuelven mientras descubren nuevos fenómenos y entienden el sentido del mundo. (2)

Estos son los siete CCCs definidos en el NRC Framework y los NGSS: 

1. Patrones

Los patrones aparecen una y otra vez en la naturaleza y la ciencia, como en la simetría de las flores, el ciclo lunar, las estaciones y la estructura del ADN. Ser capaz de reconocer los patrones es importante para muchas tareas científicas, como la clasificación o analizar e interpretar datos. Los alumnos necesitas ser capaces no sólo de reconocer patrones, pero también hacer preguntas sobre por qué y cómo se dan los patrones . 

2. Causa y efecto: Mecanismo y explicación

Causa y efecto puede ser visto como el siguiente paso después de identificar patrones. Esta CCC trae consigo el descubrimiento de la causa subyacente de fenómenos, comprender conexiones y causas, y, finalmente averiguar por qué un suceso lleva a otro. Este concepto también ayudará a los alumnos cuando planifiquen y lleven a cabo investigaciones, o diseñen y testen soluciones.

3. Escala, proporción y cantidad

Una gran parte de investigar fenómenos implica compararlos usando escalas relativas (ej: más grande y más pequeño, más rápido y más lento) y describirlos usando unidades de, por ejemplo, peso, tiempo, temperatura, y volumen. Muchos de los fenómenos que los alumnos estudian están a una escala muy grande o muy pequeña para observarlas, y los modelos pueden ser usados para comprenderlos, como comparar los planetas del sistema solar a frutas de diferentes tamaños.  

4. Sistemas y modelos de sistemas

Para volver el mundo más fácil de investigar, los científicos suelen estudiar pequeñas unidades de investigaciones o “sistemas.” Un sistema contiene objetos que están relacionados y forman una unidad. Esto puede ser tan grande como una galaxia completa y tan pequeño como el sistema circulatorio humano. O incluso más pequeño como una sola molécula. Los modelos de sistemas son herramientas útiles para estudiar cómo un sistema se comporta y cómo interactúa con otros sistemas.

5. Energía y materia: Flujos, ciclos, y conservación

Añadiendo al concepto anterior, este enfatiza que la energía y la materia fluyen dentro y fuera de cualquier sistema. Por ejemplo, la luz del sol (energía) y el agua (materia) en una planta que necesita crecer, o incluso el flujo del agua en la atmósfera de la Tierra. Ser capaz de observar y desarrollar modelos de estos flujos y ciclos es importante en muchas áreas de la ciencia y la ingeniería.

6. Estructura y función

Este concepto se refiere a las formas, las relaciones, y las propiedades de materiales en sistemas naturales y humanos. En ingeniería, por ejemplo, comprender la estructura y función de diferentes materiales puede ayudar al ingeniero a crear un diseño más efectivo y exitoso.

7. Estabilidad y cambio

El último CCC tiene que ver con la comprensión de cómo el cambio ocurre en cualquier sistema y cómo podemos usar la tecnología para controlar este. También se enfoca en comprender conceptos como equilibrio dinámico, donde la estabilidad percibida de un sistema depende de un cambio constante. Por ejemplo: el flujo del agua a través de una presa que siempre tiene el mismo nivel del agua. También se enfoca en cambios de ciclo. Por ejemplo: la órbita constante de la luna alrededor de la Tierra afecta a las mareas.

Cada uno de estos conceptos transversales contiene una amplia variedad de ejemplos y aplicaciones para que los alumnos trabajen durante sus años escolares.

¿Cómo nos aseguramos de cubrir los CCCs? 

Para asegurar de cumplir las tres dimensiones de los NGSS, necesitas el apoyo de un programa NGSS que cubra de manera efectiva y completa dichos estándares. Twig Science es un programa de ciencias basado en fenómenos para edades de Preescolar a Secundaria creado específicamente para asegurar que todos los alumnos tienen un entendimiento interno de los conceptos transversales, las prácticas de ciencia e ingeniería y las ideas centrales interdisciplinares. En Twig Science, los alumnos descubren docenas de diferentes roles STEM a la vez que se vuelven más creativos en resolver problemas, entendiendo la ciencia de fenómenos del mundo real.

  1. https://www.nap.edu/catalog/13165/a-framework-for-k-12-science-education-practices-crosscutting-concepts
  2. Ibid.

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¿Qué es el aprendizaje tridimensional? | NGSS

Los NGSS o Estándares de Ciencias de la Próxima Generación se enfocan en desarrollar los hábitos y habilidades que los científicos e ingenieros usan en su vida diaria, fomentando el cuestionamiento, la investigación y la elaboración de conclusiones basadas en evidencias. Están formulados para ayudar a los alumnos a aprender cómo pensar, más que decirles qué pensar, mientras los docentes guían a los alumnos a generar sus propias conclusiones a través de pruebas y razonamiento. Mediante los NGSS, estamos preparando a las futuras generaciones a ser independientes, responsables y proactivas ante los retos actuales del mundo.

¿Por qué necesitamos los NGSS?

El objetivo fundamental de la introducción de los Estándares de Ciencias de la Próxima Generación (Next Generation Science Standards) fue cambiar la enseñanza de ciencias como la conocíamos. La forma en la que solíamos conocerla, y mucha gente aún la entiende, no es una enseñanza que refleje la forma en la que la ciencia se usa en el mundo real. Los científicos e ingenieros de hoy abordan las ciencias de una forma práctica y activa en su día a día. Con la ayuda de los nuevos estándares, los docentes serán capaces de hacer que las ciencias sean más accesibles, más inspiradoras, y reflejen mejor nuestra sociedad actual.

En lugar de enfocarnos en memorización de datos, los NGSS se enfocan en habilidades importantes como la investigación, la comunicación, y el pensamiento analítico. Mientras el contenido de conocimientos sigue siendo parte de los estándares, el foco están en enseñar a a los alumnos cómo interesarse por conocimiento nuevo, responder a preguntas y resolver problemas, y hacer conexiones entre las diferentes disciplinas científicas, relacionándolas con la ciencia del mundo real. Aquí es donde el aprendizaje tridimensional entra en acción.

Aprendizaje tridimensional

La base de los NGSS son las tres “dimensiones” de aprendizaje científico:

  1. Prácticas de ciencia e ingeniería (SEP)
  2. Conceptos transversales (CCC)
  3. Ideas Centrales Disciplinares (DCI)

Cada estándar, o expectativas de rendimiento, está apoyada por estas tres dimensiones. Las SEPs y los CCCs están diseñadas para ser enseñadas en contexto, mientras el foco está en un pequeño número de DCIs que ayuda a los alumnos a ganar una comprensión completa de las disciplinas científicas. Juntas, las tres dimensiones reflejan de una forma fidedigna como las ciencias y la ingeniería se practica en el mundo real.

Las prácticas de ciencia e ingeniería (SEP) destacan métodos que los científicos e ingenieros realmente usan como parte de su trabajo, cómo el desarrollo de modelos, explicaciones y ser activo en la crítica y evaluación. Las SEPs requieren que los alumnos aprendan haciendo, mientras adquieren habilidades que pueden ser aplicadas a problemas a través de todas las disciplinas STEM. Las SEPs son ocho:

  1. Plantear preguntas (para ciencia) y definir problemas (para ingeniería)
  2. Desarrollar y usar modelos
  3. Planear y desarrollar investigaciones
  4. Analizar e interpretar los datos
  5. Usar las matemáticas y el pensamiento computacional
  6. Construir explicaciones (para ciencia) y diseñar soluciones (para ingeniería)
  7. Defender argumentos respaldados por evidencias
  8. Obtener, evaluar, y comunicar información

Aprende más sobre las SEPs

Los conceptos transversales son ideas que aparecen a través de diversas áreas de STEM. Dan a los alumnos “un marco organizativo para conectar el conocimiento de varias disciplinas” e incluyen conceptos como causa y efecto, energía y materia, estabilidad y cambio.

  1. Patrones
  2. Causa y efecto
  3. Escala, proporción y cantidad
  4. Sistemas y modelos de sistemas
  5. Energía y materia
  6. Estructura y función
  7. Estabilidad y cambio

Aprende más sobre los CCCs

Las ideas centrales disciplinares pueden ser simplemente definidas como “contenidos de conocimientos.” Son esas ideas que son cruciales para comprender las disciplinas científicas, y pueden ser un concepto clave a una disciplina específica o relevante para más de una disciplina. Están divididos en cuatro dominios de contenido:

  1. Ciencias de la vida
  2. Ciencias de la Tierra y el espacio
  3. Ciencias físicas
  4. Ingeniería, tecnología, y la aplicación de la ciencia

Aprende más sobre las DCIs.

Juntas, las tres dimensiones crean oportunidades para aprender cómo pensar y actuar como científicos e ingenieros, mientras cubren contenido de aprendizaje necesario. El aprendizaje tridimensional ayuda a maximinar el interés de los alumnos y mejorar los resultados de aprendizaje.

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¿Qué es un fenómeno? | NGSS

Si eres un docente de ciencias, probablemente te hayas encontrado la palabra fenómeno innumerables veces. El aprendizaje basado en fenómenos es la base de los NGSS (Estándares de Ciencias de la Próxima Generación) y de muchos otros programas de ciencias.

Los NGSS o Estándares de Ciencias de la Próxima Generación se enfocan en desarrollar los hábitos y habilidades que los científicos e ingenieros usan en su vida diaria, fomentando el cuestionamiento, la investigación y la elaboración de conclusiones basadas en evidencias. Están formulados para ayudar a los alumnos a aprender cómo pensar, más que decirles qué pensar, mientras los docentes guían a los alumnos a generar sus propias conclusiones a través de pruebas y razonamiento. Mediante los NGSS, estamos preparando a las futuras generaciones a ser independientes, responsables y proactivas ante los retos actuales del mundo.

Ahora, ¿qué son los fenómenos? ¿por qué son importantes? Los fenómenos pueden ser definidos como acontecimientos perceptibles que ocurren en un sistema natural o diseñado. Están en todas partes alrededor nuestra, pero algunos son más fáciles de percibir que otros. Los ejemplos más comunes de fenómenos incluyen relámpagos, terremotos, tsunamis, erupciones volcánicas, o tornados.

Sin embargo, también hay muchos fenómenos que son menos dramáticos o evidentes: pequeñas cosas como el reflejo de la luz en el espejo, la forma en que la electricidad pasa a través de los cables para permitirte encender una lámpara, ¡o el simple hecho de que la gravedad nos permita caminar por la superficie de la Tierra!

Algunos fenómenos ocurren muy despacio y pueden ser difíciles de reconocer, como el paso de las estaciones, la descomposición de materia orgánica, o la erosión de las montañas. Pero aún son manifestaciones o sucesos que pueden ser explicados de forma científica y, por ello, son fenómenos.

Los fenómenos son importantes para la educación científica porque dan a los alumnos ejemplos tangibles, e interesantes de la ciencia del mundo real. También son buenas oportunidades para alimentar la curiosidad de los alumnos: los alumnos pueden observar un fenómeno y subsecuentemente hacer preguntas e investigación para descubrir cómo funciona.

¿Estás intentando explicar a tus alumnos qué son los fenómenos? Este video explica qué son y por qué son importantes en tan sólo 60 segundos. 

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El misterio de las ballenas gigantes

Es posible que los científicos hayan resuelto la pregunta de por qué las ballenas son tan grandes.

¿Cuál es el animal más grande que se te ocurre? ¿Un elefante? ¿Un tiranosaurio rex? ¿Qué tal una ballena azul? La ballena azul no es sólo la ballena más grande sino que es, de hecho, el animal más grande que jamás haya vivido en el planeta. Puede pesar hasta 200 toneladas (hasta 30 elefantes africanos) y tiene aproximadamente la longitud de tres autobuses de dos pisos.

Muchas especies de ballenas son realmente grandes. Pero el por qué son tan gigantescas siempre ha sido un misterio. Para intentar averiguarlo, unos científicos de Estados Unidos midieron recientemente la longitud de más de 100 ballenas fosilizadas de diferentes períodos de tiempo. Los científicos descubrieron que, hace 30 millones de años, los antepasados ​​de las ballenas azules eran mucho más pequeños, no más grandes que un sólo elefante africano. Parece que se mantuvieron en ese tamaño hasta hace unos 4,5 millones de años, cuando misteriosamente empezaron a agrandarse mucho. Entonces, ¿por qué empezaron a crecer las ballenas?

Para entender por qué, primero necesitamos saber que el clima de la Tierra cambia naturalmente. Se enfría durante miles de años y luego se calienta durante varios miles de años más. Los períodos más fríos se llaman edades de hielo, ¡y nuestro planeta ha vivido algunos de ellos! Hace unos 4,5 millones de años, gran parte del hemisferio norte estaba cubierto por enormes capas de hielo. Durante los meses más cálidos del verano, las capas de hielo se derritieron y fluyeron hacia los océanos. El agua de deshielo contenía muchos nutrientes, y millones y millones de krill (criaturas parecidas a camarones de unos 5 cm de largo) vinieron a alimentarse de él. Se reunieron en grandes grupos de miles de metros de ancho.

A pesar de su tamaño, la mayoría de las ballenas se alimentan de animales diminutos, ¡en cantidades enormes! Incluso entonces, las ballenas podían comerse millones y millones de krill en un día. Pero una cantidad tan grande de krill no estaba disponible durante todo el año. Sólo aparecieron realmente en verano, cuando el agua de deshielo fluyó hacia los océanos. Los parches de krill también estaban a menudo muy separados, por lo que las ballenas se vieron obligadas a viajar grandes distancias entre comidas.

Aquí es donde la característica de ser grande se volvió útil. Las ballenas más grandes tenían una ventaja sobre las ballenas más pequeñas: podían comer más comida y, por lo tanto, almacenar más energía. Entonces, cuando se trataba de nadar largas distancias hasta sus próximas comidas, las ballenas más grandes no se cansaban tan rápido. Les resultó más fácil sobrevivir que a las pequeñas, que comenzaron a extinguirse.

Cuando las ballenas grandes se aparearon con otras ballenas grandes, también tendieron a producir bebés grandes. Una vez más, las ballenas más grandes tenían una ventaja: podían comer más krill y nadar distancias más largas, lo que las ayudaba a mantenerse saludables y vivir más tiempo. ¡Ser grande era obviamente una gran ventaja!

Las grandes ballenas seguían dando a luz a bebés grandes, y cuanto más grande era el bebé, más probabilidades había de sobrevivir y reproducirse. El proceso por el cual una característica favorable como el tamaño se vuelve más común con el tiempo se llama selección natural. Es por eso que las ballenas son tan enormes hoy: el tamaño fue una ventaja que les ayudó a encontrar y comer comida, ¡así que durante millones de años las ballenas siguieron creciendo!


Glosario

Edad de hielo
Un período de tiempo muy largo en el que la temperatura de la Tierra se reduce, lo que resulta en el crecimiento de capas de hielo y glaciares.

Característica
Una cualidad notable o distintiva de alguien o algo.

Selección natural
El proceso por el cual las características favorables se vuelven más comunes en una especie con el tiempo.