Enseñanza y aprendizaje bajo una perspectiva STEAM

En los últimos tiempos, en el ámbito de la educación, se habla cada vez más de proyectos STEM o STEAM. Pero, ¿qué significa STEAM? ¿Es lo mismo STEM y STEAM? ¿Por qué son importantes estos proyectos?

En este artículo se explica lo que son STEM y STEAM, por qué y para qué diseñar procesos de enseñanza y aprendizaje basados en proyectos STEAM, y se dan pautas y ejemplos de cómo podemos implantar estos proyectos en el aula. Todo un recorrido lleno de desafíos y oportunidades de aprendizaje.

Palabras clave

STEM, STEAM, ciencia, tecnología, matemáticas.

In recent times, in the field of education, people talk about STEM or STEAM projects. But, what does STEAM mean? Are STEM and STEAM the same? Why are these projects important?

This article explains what STEM and STEAM are, why and for what purpose we design teaching and learning processes based on STEAM projects, and provides guidelines and examples of how we can implement these projects in the classroom. A path full of challenges and learning opportunities.

Keywords

STEM, STEAM, science, technology, math.

1. Introducción

La irrupción y el desarrollo de las nuevas tecnologías está conformando una serie de cambios estructurales a nivel laboral, social, medioambiental, educativo, económico, político y de relaciones. Para dar respuesta a una demanda creciente de tecnología se necesitan técnicos expertos en investigación científica y tecnológica, bien sean técnicos de formación profesional, ingenieros o científicos investigadores.

Pero tenemos un problema a nivel mundial que puede afectar no sólo al desarrollo de nuevas tecnologías sino al mantenimiento de las actuales, y es que cada vez el número de estudiantes que se apuntan a carreras universitarias tecnológicas o científicas decrece, y si nos fijamos en las mujeres, casi no hay mujeres en estos ámbitos. Además, según Pérez Tudela (2015) se prevé un aumento de las necesidades para estos mismos perfiles, alrededor de un 8% entre los años 2015 al 2025.

Ante esta preocupación, el 2001 en Estados Unidos, Judith Ramaley de la National Science Foundation, propuso una educación llamada STEM (cuyo nombre está formado por las iniciales de Science, Tecnology, Engineering y Mathematics) basada en indagación donde los alumnos resolvían problemas del mundo real a través de la innovación y la creación de oportunidades con el objetivo de atraer y motivar los estudiantes hacia los ámbitos científico-tecnológicos. Con el tiempo esta idea ha evolucionado y se ha ido forjando, y cada vez hay más organizaciones que apuestan por esta línea educativa.

2. ¿Qué es STEM o STEAM?

STEM son las siglas en inglés de los nombres de cuatro disciplinas académicas: Science, Technology, Engineering y Mathematics, que en el sistema educativo español corresponden a Ciencias Naturales, Tecnología y Matemáticas. Las iniciativas o proyectos educativos que responden a esta denominación pretenden aprovechar los puntos en común de estas cuatro materias para desarrollar un enfoque interdisciplinario del proceso de enseñanza y aprendizaje, incorporando contextos y situaciones de la vida cotidiana, y utilizando herramientas tecnológicas.

El siguiente diagrama muestra las relaciones entre las materias STEM.

Diagrama de relaciones STEM adaptado del presentado por Watson y Watson (2013)

 Ahora bien, en el último decenio se ha substituido la palabra STEM por STEAM, porque se ha considerado conveniente agregar “A” de “Arte” en dichos proyectos (a pesar que los estudios artísticos no muestran descenso en número de estudiantes). Según Maeda (2013), los diseñadores también tienen la intrepidez, pensamiento crítico y habilidades para la resolución de problemas necesarias para mantener a un país innovando. El diseño crea productos y soluciones innovadores que impulsan la economía hacia adelante, y los artistas se hacen preguntas profundas sobre la humanidad que revelan cuál es el camino a seguir. El tándem ciencia y arte unidos pueden llegar más lejos.

Con la incorporación del arte, el diagrama de relaciones queda de la siguiente manera.

Diagrama de relaciones STEAM

Así pues, mediante el trabajo conjunto interdisciplinar y su aplicación a problemas reales, STEAM pretende otorgar una perspectiva creativa y artística a la educación STEM, y de este modo, complementar el aprendizaje de contenidos científicos y tecnológicos con el desarrollo del pensamiento artístico y el incremento de la creatividad del alumnado.

3. ¿Para qué enseñar mediante STEAM?

Desde principios del siglo XXI se empezó a reflejar en diversos estudios un descenso más que apreciable en la proporción de alumnos en el ámbito de las disciplinas STEM. En el caso español, y según datos de Eurostat[6], sólo 15 de cada 1.000 personas han completado estudios en estos campos. Esto es preocupante porque además se prevé un considerable aumento de las necesidades de la sociedad para estos mismos perfiles en los próximos años.

Otro elemento importante a considerar sobre esta diferencia entre necesidad y vocación surge cuando se toma en consideración el sexo de los estudiantes. Según Educaixa[15], en los datos de la UNESCO (2014-2016), a nivel mundial, sólo el 30% de las estudiantes universitarias selecciona carreras relacionadas con STEM, pero el porcentaje de estudiantes femeninas es particularmente bajo en TIC (3%), ciencias naturales, matemáticas y estadística (5%) y, en ingeniería, manufactura y construcción (8%). Las causas de esta brecha se encuentran, en una multitud de influencias culturales, económicas y políticas, que han impedido o han dificultado la participación de las mujeres en la ciencia.

Esto ha motivado el diseño de iniciativas dirigidas a fomentar las vocaciones científico-tecnológicas específicamente entre las alumnas de primaria y secundaria. El formato de dichas iniciativas se comparten y debaten en artículos científicos i en conferencias internacionales como la  STEAMConf que se organiza anualmente en Barcelona.

4. ¿Con qué ayudas podemos contar para implementar actividades STEAM?

Para promocionar las actividades STEAM hay distintas ayudas a nivel nacional e internacional. Por ejemplo, la comisión europea en el periodo comprendido entre 2014 – 2020, ha presupuestado más de 13 millones de euros a subvencionar iniciativas que se dediquen a aumentar el atractivo de la educación científica y el interés de los jóvenes en STEAM.

A nivel estatal, cada comunidad autónoma promueve actividades STEAM con ligeras variantes. Canarias y Catalunya apuestan por STEAM desde el 2017 y otras comunidades se van sumando a ello posteriormente. En general las ayudas están dedicadas a formar docentes en la perspectiva STEAM, a crear materiales y recursos didácticos y a incentivar proyectos motivadores que se realicen en las aulas.

Además hay otras organizaciones que también premian los proyectos que fomentan las vocaciones científico-tecnológicas, como son Fundación Telefónica o La Caixa, que con sus programas Reto STEAM x Health o Reto Emprende incentivan a los mejores proyectos realizados por estudiantes.

También cabe destacar un auge, en los últimos años, de competiciones en el ámbito tecnológico relacionados con STEAM. Estas competiciones permiten a los jóvenes acercarse de manera lúdica a la programación o robótica, donde equipos de estudiantes compiten entre ellos para ver quién es más eficaz en la superación de un reto planteado por los organizadores. Algunas competiciones para alumnos de 4 a 18 años son el First Lego League, STEAM CUP o RoboCup Junior, entre otras.

Finalmente, y no menos importante, hay universidades que se han involucrado para fomentar las vocaciones científico-tecnológicas en alumnas de primaria y secundaria. Existe un programa, Inspira STEAM, creado por la Universidad Deusto con la colaboración de empresas del sector tecnológico y las universidades Rovira i Virgili, de Cádiz, de Vigo y de Oviedo, donde mujeres profesionales del mundo de la investigación, la ciencia y la tecnología imparten charlas en escuelas para dar a conocer su trabajo y acercar su día a día a niñas y niños. Otro caso similar lo encontramos en la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) que en 2018 creó el proyecto Aquí STEAM con un subprograma de mentoría llamado t’STEAM dirigido a alumnas de secundaria donde las mentoras son mujeres estudiantes o jóvenes investigadoras de la UPC. A cada mentora se le asigna una alumna de secundaria, y la finalidad es ofrecer orientación, asesoramiento, visita a las instalaciones universitarias e incentivación personalizada a las estudiantes de secundaria.

5. Objetivos de los proyectos STEAM

Los objetivos de los proyectos STEAM son los siguientes:

• Objetivos generales:
  • Impulsar las vocaciones científicas, tecnológicas, en ingeniería y matemáticas entre los estudiantes de educación obligatoria
  • Incrementar la matrícula en estudios postobligatorios STEAM
  • Incrementar la proporción de mujeres en los estudios STEAM
  • Mejorar las competencias STEAM en la educación obligatoria
  • Mejorar la percepción social de las STEAM
• Líneas de trabajo:
  • Potenciar la formación del profesorado en los ámbitos científicos, tecnológicos y matemáticos
  • Potenciar las competencias STEM entre los estudiantes y desarrollar procedimientos para evaluarlas
  • Alentar la participación de las empresas del sector en la escuela
  • Promover la ciencia, la tecnología, la ingeniería y las matemáticas en la sociedad

6. Pautas para la implantación de actividades STEAM en el aula

Las acciones para influir en las vocaciones de las personas se deberían hacer antes de los 16 años (primaria y ESO) y es en estas etapas que se concretan las pautas aquí descritas. Evidentemente las actividades se deben enmarcar a la normativa legal, que en el caso de la LOMCE (2013) en el preámbulo se especifica que uno de los fines de la educación es “la preparación para el ejercicio de la ciudadanía y para la participación activa en la vida económica, social y cultural, con actitud crítica y responsable y con capacidad de adaptación a las situaciones cambiantes”.

El primer paso para la implantación de actividades STEAM en el aula es la involucración del equipo directivo del centro educativo, que debe facilitar que el profesorado pueda poner en marcha este tipo de proyectos multidisciplinares.

Una actividad STEAM implica poner en juego tres pilares que son perspectivas, metodologías y tecnologías.

Como perspectivas entendemos los objetivos globales como son el movimiento tinkering (inducir a los estudiantes a pensar críticamente, comunicarse de manera efectiva, colaborar con compañeros diversos y resolver problemas complejos), el planteamiento de controversias, la educación por el desarrollo y la paz, la ciencia ciudadana, la educación medioambiental, la inclusión socioeconómica o la equidad de género, entre otras.

Por lo que se refiere a metodologías, no hay una metodología específica para las actividades STEAM. Se pueden usar varias como el aprendizaje basado en problemas, trabajo cooperativo, clase al revés, método puzzle, gamificación, aprendizaje basado en proyectos, indagación, design thinking (tener un pensamiento de diseño para analizar un problema, tal y como lo haría un diseñador, con la finalidad de encontrar una solución), movimiento maker (basado en la cultura “hazlo tu mismo” cuya filosofía es de crear, donde no sólo se trata de planear, sino de dar el paso del ‘pensar’ al ‘hacer’ y ser capaz de crear, innovar y emprender), pensamiento computacional, …

Como tecnologías se pueden emplear impresiones en 3D, robots, aplicaciones para móviles, lenguajes de programación (como pueden ser Scratch, Arduino, App inventor,…), sensores y móviles, geolocalizciones, datos remotos, materiales manipulativos, …

Al diseñar una actividad STEAM en el aula se tiene que tener en mente los objetivos didácticos, los contenidos específicos de cada una de las materias que se van a trabajar y la competencia a alcanzar, que en el caso de STEAM es la capacidad de identificar, aplicar y/o reflexionar sobre las formas de hacer, pensar y hablar de la ciencia, la ingeniería y la matemática ante problemas complejos para a construir soluciones creativas e innovadoras.

Y finalmente para elaborar una actividad STEAM se tiene que intentar que se cumplan los parámetros siguientes:

• Actividad interdisciplinar en las materias STEAM.
• Actividad orientada a la acción y que genere un producto final (creación, diseño, solución, presentación, informe...).
• Actividad motivadora para el alumnado.
• Actividad que fomente el pensamiento crítico y la transmisión de valores sociales y medioambientales.
• Actividad en grupos cooperativos.
• Actividad contextualizada desde el punto de vista de los alumnos.
• Actividad innovadora o creativa que aporte un aspecto nuevo por el alumnado o por el profesorado.
• Actividad inclusiva y flexible que ofrezca opciones variadas para dar respuesta a las necesidades de todo el alumnado.
• Actividad que permita al alumnado generar preguntas y plantear problemas y soluciones más allá de la propia actividad de aula.
• Actividad que integre y aplique el aprendizaje.
• Actividad que dé a los alumnos más control de su aprendizaje
• Evaluación competencial con criterios de evaluación o coevaluación entre iguales compartidos con el alumnado.

7. Algunos proyectos STEAM realizados en las aulas

El punto de partida de las actividades puede ser un contexto próximo a los alumnos (como el centro educativo o población de residencia), una noticia de actualidad controvertida o cualquier contexto de la vida. También se tiene que prestar atención no sólo en la actividad en sí, sino también a las preguntas y reflexiones se les va a plantear a los estudiantes en cada fase del proyecto STEAM que estén realizando.

Existen páginas web donde se muestran proyectos europeos STEAM. Algunas de estas son las del National STEM Centre[12], Scientix[13] o Engage[14] que promueven una investigación e innovación responsables desde un enfoque indagativo y a partir de áreas de conocimiento científico controvertidas.

Y para finalizar, citar algunos ejemplos de actividades STEM que se han realizado en centros educativos y que se pueden adaptar en función de la edad de los alumnos. Estos ejemplos son los siguientes:

• ¿Podemos repoblar con aves nuestra localidad?
  • Materias implicadas: Matemáticas, Ciencias naturales y Tecnología
  • Objetivos: Diseñar, construir e instalar cajas nido en una zona yerma de los alrededores del centro educativo y estudiar el comportamiento de los nuevos inquilinos. La construcción de las cajas nido implica diseñar, calcular la cantidad de material a comprar y construir. También se instala una videocámara en el interior de alguna de las cajas nido y se estudia durante un tiempo los hábitos de los pájaros y las crías que las habitaban.
  • Reflexiones: tomar consciencia que con acciones individuales se puede conseguir recuperar la fauna y el ecosistema de una zona.
• ¿Podemos acceder a la escuela con silla de ruedas?
  • Materias implicadas: Matemáticas, Educación visual y plástica y Tecnología
  • Objetivo: Diseñar y construir una rampa de accesibilidad para salvar un desnivel arquitectónico de un centro educativo de construcción antiguo, con la finalidad que cumpla con las normas de accesibilidad vigentes para edificios de nueva construcción. Se trata de buscar por internet la normativa vigente en temas de accesibilidad, tomar medidas, hacer un plano de la rampa, construir una maqueta (en impresora 3D o con materiales manipulativos), y si es posible que se construya realmente. Esta actividad puede suponer un reto de diseño y creatividad en aquellos casos que el espacio sea reducido.
  • Reflexiones: tomar consciencia de las dificultades que tienen las personas que usan sillas de ruedas para acceder a algunos espacios públicos e intentar ver el mundo desde una óptica inclusiva.
• ¿Podemos construir una guitarra a partir de una caja de puros?
  • Materias implicadas: Música, Física, Matemáticas y tecnología.
  • Objetivos: Construcción de una guitarra a partir de una caja de madera tipo caja de puros, cuerdas y listones de madera con la con la pertinente separación de trastes para que se las vibraciones se puedan afinar correctamente con las notas musicales (para más detalles consultar Clapp y Jimenez, (2016)). Posteriormente se hace un concierto y se toca alguna pieza musical conocida.
  • Reflexiones: tomar consciencia de que podemos construir, con nuestras manos,  objetos funcionales como instrumentos musicales.
• Construcción de un huerto escolar:
  • Materias implicadas: Matemáticas, Ciencias naturales y Tecnología
  • Objetivo: Diseñar, construir y conrear un huerto teniendo en cuenta los factores medioambientales que afectan al crecimiento de las plantas. Una vez construido se diseñan experimentos científicos sobre el crecimiento de las plantas. Los alumnos deben formular hipótesis, hacer el diseño experimental, analizar los resultados y extraer conclusiones.
  • Reflexiones: reconocer la viabilidad de un huerto urbano y saber escoger el tipo de plantas que se adapten mejor.
• Construcción de una casa domótica:
  • Materias implicadas: Matemáticas y Tecnología.
  • Objetivos: Diseño y construcción de una maqueta de una casa domótica programada con Arduino. Aquí los estudiantes diseñan y construyen una maqueta de una casa (con impresora 3D, u otros materiales), debaten y deciden que sensores quieren programar, le instalan una placa Arduino (UNO, YUN o similar) y los sensores y finalmente los programan con Arduino o bien con Scratch for Arduino.
  • Reflexiones: ver las oportunidades que nos proporciona la domótica en nuestro día a día y como puede aumentar la autonomía de personas con movilidad reducida.
• Carreteras solares:
  • Materias: Tecnología, Ciencias naturales y Matemáticas
  • Objetivos: A partir de la noticia “Un sitio web de crowdfunding (micromecenazgo) ha recaudado recientemente más de 1,5 millones de Euros para financiar carreteras solares”, los alumnos se informan y debaten si merece la pena financiar carreteras solares. Estas carreteras, que ya están funcionado como prueba piloto en algunos países, se mantendrán sin nieve, podrán cargar coches eléctricos y, accionando un interruptor, se podrán transformar en aparcamientos para coches o en campos de deporte. En esta actividad, los alumnos debaten, razonan y aplican lo que saben acerca de generar electricidad con placas fotovoltaicas y sus costes para estimar y decidir si merece la pena financiar carreteras solares.
  • Reflexiones: estudiar la viabilidad y rentabilidad de una nueva propuesta tecnológica teniendo en cuenta todos los factores, desde los costes económicos, energéticos y de materias primas necesarias, hasta las oportunidades que aporta a la sociedad.

Conclusiones

Para concluir, debemos tener en cuenta que no podemos disociar el aprendizaje realizado en las aulas de las necesidades de la sociedad. En un momento donde escasean científicos e ingenieros especialistas en tecnología tenemos el desafío de buscar fórmulas para crear vocaciones STEAM.

Y además, estas vocaciones se deben generar en el marco de la educación del siglo XXI, donde docentes y educadores necesitamos implicarnos y buscar pautas para asumir el reto de formar personas receptivas, descubridoras, curiosas, cooperativas, solidarias, lógicas, con capacidad de pensar y  analizar, creativas, autónomas, socialmente involucradas, comunicativas y con capacidad de afrontar situaciones nuevas. Y si para conseguir este gran desafío tenemos que salir de nuestra zona de confort para probar cosas nuevas, aunque no nos salgan a la primera, hagámoslo, porque tal y como dice Ken Robinson “if you are not prepared to be wrong, you will never come up with anything original”.

Referencias