Antecedentes

La Biotecnología es un área del conocimiento con un gran impacto en la sociedad y el ambiente. No obstante, el uso de contenidos escolares asociados a la Biotecnología se encuentra un tanto reducido, teniendo en cuenta los múltiples escenarios de participación de ella en la vida cotidiana de las personas (^{Espinel, 2020}) y sus implicaciones educativas o socio-científicas.

Es importante centrar la mirada en el maestro, quien es el artífice de los diversos procesos de enseñanza de las ciencias en el aula, incluyendo la delimitación, secuenciación y organización de los contenidos que se han de trabajar con los estudiantes (^{Roa, 2011}). Este acercamiento a la enseñanza de la Biotecnología, desde la mirada de los maestros, implica reconocer el Conocimiento Didáctico del Contenido (CDC) que estos tienen acerca de la Biotecnología, pues son esos saberes los que constituyen la base para la enseñanza y el anclaje de estos contenidos en la escuela.

Las investigaciones sobre el CDC en biotecnología son pocas, se refieren al estudio de la puesta en práctica de planes en Biotecnología basados en literatura primaria adaptada —APL, por sus siglas en inglés— y los factores que influyen y son influidos por ellos (^{Falk et al., 2008}), el análisis del perfil conceptual de maestros y algunas características del conocimiento pedagógico del contenido de biotecnología de maestros exitosos (^{Garritz y Velázquez, 2009}). El estudio del conocimiento de las concepciones de los estudiantes, con respecto a la velocidad específica de crecimiento microbiano, aportando elementos que permiten organizar y optimizar el proceso de enseñanza-aprendizaje, contribuyendo al CDC (^{Mauro et al., 2012}), la caracterización de este y el Conocimiento sobre la Biotecnología de maestros para comprender integralmente el Conocimiento Profesional del Profesor de Biotecnología (^{Espinel, 2020}); además del mapa del CDC de una maestra para conocer sus relaciones entre los componentes constitutivos, aportando a las investigaciones en este campo (Espinel et al., 2021).

Marco conceptual

La Biotecnología y su enseñanza

La Biotecnología, como campo epistémico y escenario en constante construcción de conocimiento científico, se convierte en uno de los tópicos relevantes para llevar a la educación y potenciar la formación de sujetos en los procesos de enseñanza y aprendizaje en ciencias. Desde su infinidad de aplicaciones y conceptos biológicos, propios y universales, se hace de vital importancia llevar a la práctica y trabajo constante la presencia de la Biotecnología en dinámicas educativas de todo nivel de escolarización. De esta manera, se resaltan aspectos relevantes dentro de la educación utilizando la Biotecnología como: 1) alternativa no convencional para educar en ciencias, 2) alternativa de enseñanza para abordar conceptos en la escuela, 3) ejercicio óptimo para el desarrollo de habilidades científicas, 4) desarrollo de la gestión de proyectos investigativos en ciencias, 5) una manera de exponer la utilidad y la funcionalidad del conocimiento científico en la vida de todos, 6) escenario para alfabetización científica (^{Valbuena, 1998}; ^{Espinel, 2015}; ^{Varo, 2018}; Ocelli et al., 2018; ^{Roa y Valbuena 2019}; Espinel, 2020). Sin embargo, es necesario contextualizar los contenidos en Biotecnología para que los estudiantes mejoren su aprendizaje.

El Conocimiento Didáctico del Contenido (CDC) de maestros que enseñan ciencias y Biotecnología

El CDC hace referencia al conocimiento necesario para convertir los contenidos disciplinares en contenidos “enseñables y “aprendibles”, facilitando su aprendizaje. En la investigación sobre el CDC del profesor, se generan diversas conceptualizaciones y, en este sentido, de acuerdo con el modelo de ^{Magnusson, Krajcik y Borko (1999)} , la representación del CDC se focaliza en cinco componentes: 1) Orientaciones para la enseñanza de la Ciencia, 2) conocimiento del currículum, 3) conocimiento del aprendizaje de los alumnos, 4) conocimiento sobre la evaluación de los aprendizajes y 5) conocimiento sobre las estrategias de enseñanza.

Buscando comprender la interacción entre los componentes del CDC, surge el modelo de ^{Park y Oliver (2008)} , quienes toman como referente conceptual el modelo de ^{Magnusson et al. (1999)} , y afirman que, para que este pueda ser eficaz, se requiere la integración entre los componentes de manera compleja y permanente con reflexiones en y sobre la acción. No obstante, otras propuestas en el estudio del CDC integran conocimientos específicos, como el metacientífico, psicopedagógico y del contexto (^{Mora y Parga, 2014}), lo que aporta desde perspectivas de la complejidad al estudio del CDC del profesorado de ciencias.

En lo que se refiere a la investigación en el CDC en biotecnología, existen estudios como los de ^{Moreland et al. (2006)} , que analizan la experiencia exitosa de una maestra al ofrecer de manera planificada experiencias de aprendizaje, destacan las características del PCK que los profesores eficaces ponen en juego al enseñar esta área interdisciplinar; el de ^{Falk et al. (2008)} , donde caracterizan profesores que implementan un plan de estudios basado en APL en biotecnología, y evidencian que la compleja interacción entre conocimientos pedagógicos de profesores sobre el contenido, el género del APL y el contenido del plan de estudios determinan el quehacer del maestro y los resultados en el aula. Por otra parte, ^{Garritz y Velázquez (2009)} caracterizan epistemológicamente a maestros por medio del modelo de perfil conceptual de Mortimer para averiguar conocimientos relacionados a la enseñanza de la biotecnología mostrando diferentes expresiones y maneras de pensar que permiten dar elementos para debatir sobre las formas de enseñarla.

En otras investigaciones, ^{Mauro et al. (2012)} consideran que el conocimiento de las concepciones de los estudiantes podría contribuir a que los docentes diseñen acciones encaminadas a mejorar el proceso de enseñanza y aprendizaje, nutriendo así su CDC. También muestran la importancia de la reflexión del maestro sobre su práctica. ^{Espinel (2020)} , desde una perspectiva progresiva y flexible, propone una Hipótesis de Progresión que favorece orientar y comprender procesos de transformación del CDC de maestros que enseñan Biotecnología, mientras que Espinel et al. (2021) presentan el mapa del CDC de una maestra aportando a las investigaciones en este campo.

Mapa del CDC de cada maestro

Mapa del CDC de Pablo (P1)

El recuento de las relaciones que se establecen entre los componentes del mapa de Pablo es n=80, el cual se muestra en la figura 1. Para P1, el EDC es el componente que más relaciones (puntos de origen y destino) establece con los otros, siendo punto destino de CCB (28,75%) y FCSC (17,5%) y punto de partida de EST (18,75%) y REC (3,75%). Este último, también asociado con los estudiantes.

Fuente: elaboración propia

Figura 1 Relación entre componentes del mapa del CDC de P1. Propósitos (PE), Contenidos (CCB), Fuentes y Criterios (FCSC), Estrategias (EDC), Evaluación (EC), Estudiantes (EST) y Recursos (REC) 

Por lo anterior, el conocimiento de las estrategias es el componente que integra a los demás, coincidiendo con lo encontrado por ^{Espinel (2021)} . Un ejemplo es la relación entre Estudiantes, Fuentes, Contenido y Estrategias, cuando, en una de las respuestas del CoRe dijo:

Una, es la argumentación coherente, entonces cuando un estudiante lee, lee una o dos fuentes, uno le dice analíceme el texto y dígame qué entendió de eso y el chino dice no pues que ahí hacen clonación, no, pero busque otros niveles de comprensión en la argumentación, cuénteme, siéntese aquí al lado mío y hábleme durante un minuto ¿usted leyó el artículo? Si, y qué hemos dicho que a los artículos toca hacerles, ah profe, toca sacar las ideas principales, las secundarias.

Para P1, el CCB y el EST siguen en importancia por las conexiones que presenta su mapa. Además de lo mencionado anteriormente, los CCB están asociados con interdependencia con los PE, y, estos a su vez, con el EST. Los Propósitos de enseñanza son punto de origen de las FCSC (11,25%), los cuales están asociados con el EC, que, a su vez, es punto de origen del est (10%). Los recursos que presenta la institución tienen incidencia con las estrategias empleadas por P1 al igual que P2, P3 y P4.

Mapa del CDC de Marcela (P2)

El recuento de las relaciones que se establecen entre los componentes del mapa de Marcela es n=91, el cual se muestra en la figura 2.

Fuente: elaboración propia

Figura 2 Relación entre componentes del mapa del CDC de P2. Propósitos (PE), Contenidos (CCB), Fuentes y Criterios (FCSC), Estrategias (EDC), Evaluación (EC), Estudiantes (EST) y Recursos (REC) 

Para Marcela, el conocimiento de los estudiantes (EST) es el componente que más relaciones presenta, convirtiéndose en el eje articulador de su práctica pedagógica, coincidiendo con lo planteado por ^{Ravanal y López (2016)} . Este es el punto de destino de las EDC (19,7%), las FCSC (9,74%) y el CCB (30,7%), así como punto de origen de EC (12,08%). Este último es punto de origen de los PE (9,08%), a su vez fuertemente asociados con las FCSC, y es punto de origen del CCB (14,28%).

En las respuestas del CoRe de Marcela, se evidencia la relación entre Estudiantes, Contenido, Fuentes y Criterio: “por ejemplo, es transgénicos, clonación, entonces uno empieza a tomar esos temas de interés de ellos y los empezamos a revisar a la luz de los estándares o del plan de estudios”.

Para Marcela sigue en importancia el componente contenido (CCB), debido a que, en su mapa se presenta relaciones con las estrategias, los propósitos de enseñanza y los estudiantes y, este último, a su vez, con las fuentes y criterios de selección de contenidos (15,38%). También, los recursos que presenta la institución tienen incidencia con las estrategias empleadas y la evaluación realizada por la maestra al igual que P3 y P4.

Mapa del CDC de Diana (P3)

El recuento de las relaciones que se establecen entre los componentes del mapa de Diana es n=75, el cual se muestra en la figura 3. Para Diana, el conocimiento del contenido (CCB) es el referente para el quehacer en el aula; es punto de origen para los PE (36%), el cual, a su vez, es destino de EST (13%) y de EC (9,3%). El conocimiento de los estudiantes también es punto de origen para CCB (16%) y EDC (12%) y destino de FCSC (8%). Por otro lado, EDC presenta interdependencia con CCB y REC. Estos, a su vez, permiten ser punto de destino de EC (5,3%), la cual presenta asociación directa con FCSC. Los recursos que presenta la institución tienen incidencia con las estrategias empleadas y la evaluación realizada por la maestra al igual que P2 y P4.

Fuente: elaboración propia

Figura 3 Relación entre componentes del mapa del CDC P3. Propósitos (PE), Contenidos (CCB), Fuentes y Criterios (FCSC), Estrategias (EDC), Evaluación (EC), Estudiantes (EST) y Recursos (REC) 

Los componentes CCB y FCSC hacen parte del currículo siendo el dominio que más se vincula con los otros componentes del CDC de Diana, coincidiendo con P4 de este estudio y Park y Chen (2012); por lo anterior, se infiere que es el norte para su quehacer en el aula. Adicionalmente, P3 le confiere mucha importancia a EST, pues es punto de origen y destino de varios componentes.

En las respuestas del CoRe del CDC de Diana, se evidencia la relación entre Contenido, Fuentes y Propósito con afirmaciones como: “a partir de nuestro plan de estudios, buscamos experiencias de laboratorio que acerquen a nuestros estudiantes a la biotecnología, y, pues también de paso, fortalecemos todo lo que tiene que ver con ese pensamiento científico”

Mapa del CDC de Patricia (P4)

El recuento de las relaciones que se establecen entre los componentes del mapa de Patricia es n=70, el cual se evidencia en la figura 4. El conocimiento del contenido (CCB) es el componente integrador por sus relaciones con los demás componentes, siendo punto de origen de varios destinos como el EDC (38,57%) y los PE (12,85%) donde ese último a su vez, tiene como destino FCSC (8,57%) y ella es destino de EDC (12,85%). Además, CCB es punto de origen de EST (8,57%), que también está asociado con FCSC y EC, con los cuales se presenta una interdependencia mostrando la importancia que el maestro le confiere al conocer a sus estudiantes.

Fuente: elaboración propia

Figura 4 Relación entre componentes del mapa del CDC de P4. Propósitos (PE), Contenidos (CCB), Fuentes y Criterios (FCSC), Estrategias (EDC), Evaluación (EC), Estudiantes (EST) y Recursos (REC) 

Los componentes CCB y FCSC hacen parte del conocimiento del currículo, siendo el dominio que más se vincula (punto de origen y destino) con los otros componentes del CDC de P4, coincidiendo con P3 de este estudio y Park y Chen (2012). Se infiere que es el punto de referencia de su actuar en el aula. El conocimiento de las estrategias como destino tiene gran importancia después del componente currículo debido a que le permite enseñar los contenidos en y sobre biotecnología; además, es punto de origen para el FCSC, y se presentan de manera interdependiente con los recursos.

Se evidencia la relación entre Estudiante, Contenidos y Estrategias con el fragmento de su reflexión (PaPer 2) cuando menciona que su clase fue buena, “porque los estudiantes participan activamente en el diseño, implementación y socialización de los proyectos de investigación escolar con cultivo de tejidos vegetales que surgen de sus intereses”.

Como ya se hizo notar, en los mapas del Conocimiento Didáctico del Contenido de la biotecnología de cada maestro, desde una perspectiva más holística, se evidencian las interacciones entre sus componentes y el que, de ellos, ejerce un papel articulador durante su quehacer. Por tanto, el CDC es una construcción propia del profesor, y surge de la relación de varios saberes: disciplinarios, curriculares y experienciales. La reunión de estos forma parte del saber pedagógico que cada maestro va construyendo. Se puede adicionar la lectura del contexto (que se afina a través de la experiencia) y la autorreflexión (^{Cazares, 2012}). Esta agrupación de saberes no solo constituye al maestro como sujeto en constante aprendizaje, sino que se hace evidente a través de las relaciones que estos establecen cuando enseñan biotecnología, cuyos contenidos son necesarios para una formación integral, porque permiten formar ciudadanos críticos, desarrollar habilidades y competencias, generar conocimiento, mejorar la calidad de vida y producción de bienes y servicios (^{Espinel, 2015}; Ocelli et al., 2018), así, como también, por sus impactos e implicaciones en campos como el agropecuario, salud, industrial, ambiental, entre otros.

En esta investigación se observa que los maestros establecen múltiples relaciones entre todos los componentes que constituyen el CDC. Probablemente sea así porque superaron la fase de “estabilización o consolidación” propuesta por Tardif, quien afirma que el tiempo y los sucesos ocurridos durante los primeros siete años de experiencia laboral se caracterizan por generar mayor confianza en sí mismos, en su dominio pedagógico, en la identificación de dificultades de aprendizaje de sus estudiantes, así como en la búsqueda de un equilibrio en cuanto a sus saberes y su quehacer profesional (2009, p. 63). En palabras de Garnica y Roa, “el conocimiento experiencial del profesor le permite introducir un repertorio de actividades que probablemente mejoren el desempeño en el aula de clase (…), evidencia que han ganado experiencia frente a sus habilidades y destrezas en este campo” (2012, p. 69). Llegando a este punto, se infiere que los conocimientos experienciales (profesional, pedagógico y didáctico), disciplinares y curriculares están implicados en los procesos de enseñanza, por lo que inciden en el aprendizaje de los estudiantes (^{Loughran, 2001}).

Relaciones entre los cuatro profesores que enseñan Biotecnología

En cuanto a las comprensiones sobre qué es la biotecnología, dadas por los profesores (tabla 2), se evidencia su diversidad, reflejándose la polisemia del concepto. En consonancia con Espinel, “no solamente no hay un consenso en cuanto al concepto y la categorización de la Biotecnología en la literatura, sino que este término está relacionado más con sus usos y aplicaciones que con el desarrollo de nuevo conocimiento científico” (2002, p. 116). Por otra parte, en cuanto a las finalidades y las implicaciones (tabla 2), los maestros se debaten entre una concepción de Biotecnología pensada para la enseñanza y una abordada desde el campo netamente científico. Es así como van construyendo nuevos acercamientos de estos contenidos a sus aulas de clase y van transformando sus saberes.

Tabla 2 Conocimiento del contenido sobre biotecnología de los maestros 

Fuente: elaboración propia.

En relación con los contenidos de enseñanza, los maestros abordan conceptuales, procedimentales y actitudinales (^{Coll et al., 1994}). Los contenidos conceptuales de tipo factual se caracterizaron por ser intencionados y presentados a manera de conceptos estructurantes: Transgénicos, Vacunas, Clonación, Fermentación, Medios de Cultivo, Cultivo de tejidos in vitro, Manipulación Genética, Biodiversidad —Semillas, Clasificación de la Biotecnología, Biotecnología Industrial, Microbiología y Biorremediación—; muchos de ellos coinciden con los encontrados por Ocelli et al. (2018).

Por otra parte, los contenidos conceptuales que se orientan hacia la enseñanza de sistemas o relaciones conceptuales se caracterizaron por construir múltiples relaciones entre ellos. Por ejemplo, la relación entre conceptos; entre el concepto y la cotidianidad de los estudiantes; entre el concepto y el nivel de desarrollo del pensamiento científico; entre el concepto y sus miradas interdisciplinares; así como entre los conceptos y los propósitos de enseñanza. En algunos casos, las relaciones establecieron patrones jerárquicos para la enseñanza de sistemas conceptuales cada vez más complejos para los estudiantes y más exigentes para los maestros.

Los contenidos procedimentales se enfocan en el desarrollo de habilidades, tanto cognitivas como concretas, por parte de los estudiantes. Entre los más destacados estuvieron: Prácticas de Laboratorio, Elaboración de informes, Experimentación, Proyectos de investigación escolar, Manejo del lenguaje Científico, Mapa Mental y Formulación de preguntas. En adición los contenidos actitudinales fueron diversos y muy numerosos; entre ellos se destacan: el Desarrollo de la Capacidad Argumentativa, Fortalecimiento del pensamiento Crítico, Pensamiento científico, Motivación, Desarrollo del pensamiento ambiental y el Trabajo Colaborativo. Estos permiten que los estudiantes reconozcan, entre otros, las relaciones presentes entre la Ciencia y la Tecnología a través de la enseñanza de la Biotecnología (^{Espinel, 2020}).

Como aspecto emergente de los contenidos de enseñanza, ellos afirman que los contenidos de biotecnología deben ser “dinámicos” y atender aspectos que respondan a la “definición y aplicación de la Biotecnología” pues se caracterizan por ser “actualizados”. En una menor proporción, también concuerdan en la “asociación de los contenidos con la bioética”, la “interdisciplinariedad” y la intención de reconocerlos desde una mirada “histórica” para trabajarlas en el aula.

Para todos los maestros, en cuanto a las relaciones presentes entre los propósitos y los contenidos de enseñanza, se encuentra que los propósitos “educativos” son infaltables en la delimitación de sus contenidos. Asimismo, coinciden en la intención de “relación entre el conocimiento científico y su aplicación en contexto”, “desarrollar habilidades y competencias”, a la vez que en el “desarrollo de la capacidad argumentativa”; este último se caracterizó no solo por ser un propósito para la enseñanza de contenidos biotecnológicos, sino que, a su vez, forma parte de las propuestas curriculares y de desarrollo actitudinal que plantean los maestros. Entre los propósitos que presentaron coincidencias en tres de los cuatro maestros, se encuentran aquellos que buscan el “fortalecimiento del pensamiento científico”, “aprendizaje en contexto”, la “formación interdisciplinar” y la parte “investigativa”. De acuerdo con lo anterior, se encuentra que, aunque se comparten propósitos, estos no necesariamente los van a llevar a elegir los mismos contenidos de enseñanza, pues los propósitos actúan más como una guía que como un esquema rígido, coincidiendo con Espinel al mencionar que “para los profesores es propósito de la enseñanza de la Biotecnología articular los contenidos de enseñanza con los proyectos de vida de los estudiantes, en cuanto a su formación profesional o como opción laboral” (2020, p. 471).

Entre los criterios para la selección de los contenidos encontramos la malla curricular de las instituciones, contenidos actualizados, la interdisciplinariedad y Estándares Básicos de Competencias en Ciencias Naturales y Ciencias Sociales del Ministerio de Educación Nacional (MEN). Además, algunos tienen presente los lineamientos curriculares y los Derechos Básicos de Aprendizaje del MEN, en donde se encuentran los contenidos programáticos de biotecnología de manera implícita. Mientras que las fuentes empleadas son diversas, podemos encontrar en común las siguientes: fuentes investigativas, documentos con contenidos actualizados, textos y herramientas tecnológicas. Además, algunos utilizan los intereses de los estudiantes, guías, metabuscadores, materiales con vocabulario accesible a los estudiantes. De acuerdo con ^{Espinel (2020)} , es necesario que los estudiantes tengan una construcción de un saber situado.

Las estrategias para la enseñanza de los contenidos de biotecnología, empleadas por los maestros, se presentan en la tabla 3. De estas, muchas coinciden con las reportadas por ^{Occelli et al., (2018)} , ^{Espinel (2020)} y ^{Gómez (2021)}.

Tabla 3 Relaciones de las estrategias de enseñanza empleadas por los maestros 

Fuente: elaboración propia.

Los maestros mencionan que entre los requerimientos para el aprendizaje se encuentran que los estudiantes prefieren los trabajos prácticos, lo cual concuerda con lo planteado por ^{Vargas et al. (2016)} al mencionar que las prácticas se constituyen como un método adecuado para la interrelación entre los contenidos teóricos y los prácticos, permitiéndole a los alumnos ser parte de un procedimiento científico, a partir de la formulación de hipótesis, del trabajo en equipo y el diseño de experimentos. Además, prefieren trabajar desde los temas que les gusta e interesa, ^{Marchesi (2020)} resalta que el interés favorece la motivación pues se activan procesos cognitivos que permiten mejorar el aprendizaje.

Entre las dificultades que los maestros encuentran en algunos de sus estudiantes están: la fragmentación del conocimiento, el olvido de contenidos, la falta argumentación y de rigurosidad en el trabajo, el desinterés por el trabajo de manera remota, el limitado lenguaje científico, una lectura superficial y desmotivación. Además, presentan errores conceptuales en relación con la biotecnología, por ejemplo, que “ella es ajena a la vida cotidiana”, “solo se relaciona con la biología”, “ella es solo laboratorio” y “hay ideas erróneas e imaginarios conceptuales equivocados. En palabras de Cubero, “los errores conceptuales son identificados como conocimientos que se adquieren a través de fuentes no especializadas, en ese caso se refiere a aspectos como “las interacciones con otros o los medios de comunicación” (1994, p. 35).

En cuanto a la evaluación, esta se considera un proceso continuo que tiene la intención de reconocer qué aspectos pueden mejorarse para ayudarle al estudiante a que construya conocimientos, a la vez que a desarrollar múltiples habilidades o competencias, así como la formación integral para la vida. Los maestros emplean diversos tipos: la heteroevaluación, la coevaluación y la autoevaluación, pues consideran que son necesarias y complementarias para una valoración global, la cual permite conocer lo que está ocurriendo en el proceso de aprendizaje de los estudiantes (Fernández y Vanga, 2015). Sin embargo, la más empleada es la heteroevaluación. Es una tendencia evaluar el manejo de los contenidos biotecnológicos por parte de los estudiantes, así como las habilidades y competencias desarrolladas durante el aprendizaje de contenidos. Además, evaluar el desarrollo de los proyectos de investigación escolar, la rigurosidad que mantienen durante la ejecución de las diferentes estrategias empleadas, la participación en grupos de trabajo, actitud y compromiso con su proceso de aprendizaje, apropiación de los conceptos biotecnológicos y la argumentación de los diversos contenidos programáticos de biotecnología.

Es importante mencionar que la investigación se realizó en el marco de la pandemia por COVID-19, lo cual condujo a algunas limitaciones como: 1) el PaPer 1 se realizó de manera virtual, condicionando el desarrollo natural de una clase como. Algunos ejemplos: poca participación voluntaria, reducida interacción entre los estudiantes, restricción de algunas actividades y recursos educativos, dificultad para observar actitudes y expresiones durante la clase, entre otros. 2) Aumento de la carga laboral, generado por el trabajo remoto, lo que redujo el tiempo de los maestros para participar en la investigación. En adición, como las investigaciones en CDC del profesorado en Biotecnología son incipientes, hubo dificultad para la construcción de la fundamentación teórica y los análisis de los resultados.