1. Introducción

El desarrollo profesional docente (TPD, teacher professional development) es uno de los aspectos estudiados en los procesos de investigación en el marco de la enseñanza de las ciencias (Briceño Martínez, 2013; Vaillant & Marcelo, 2015). El desarrollo profesional docente se ha identificado como un concepto polisémico (Briceño Martínez, 2013; Vaillant & Marcelo, 2015) que hace referencia a los aprendizajes que tiene el docente durante el ejercicio de la práctica pedagógica. Es una herramienta que permite la mejora del aprendizaje escolar (Marcelo & Vaillant, 2016). Está influido por las directrices de los gobiernos y tiene como punto de partida los aprendizajes de los estudiantes (Luft & Hewson, 2014). Además, tiene en cuenta aspectos como el currículo, la evaluación y los procesos de instrucción (Hewson, 2007). Se ha abordado con el propósito de reconocer aspectos como las creencias de los docentes (Alrwaythi & Al-Otaibi, 2020; de Sá Ibraim & Justi, 2021) la autoeficacia (Liepertz & Borowski, 2019; Ogodo, 2019) y la generación de procesos de reflexión de la práctica pedagógica (Belge Can, 2019).

En el marco de la enseñanza de las ciencias, los programas de desarrollo profesional docente han abordado los procesos de desarrollo profesional teniendo en cuenta los aspectos que componen el conocimiento pedagógico del contenido (PCK, pedagogical content knowledge), en el que una de las dificultades que se han identificado es la documentación de dichos elementos en el ámbito de los procesos de enseñanza y aprendizaje (Buldu & Buldu, 2021; Gess-Newsome et al., 2017; Lawrie et al., 2019; Loughran et al., 2004). Estos componentes forman parte del conocimiento profesional del profesor, que lo posicionan como profesional de la enseñanza, y uno en particular es el conocimiento pedagógico del contenido, el cual está definido por Shulman (1986, p. 8) como la «amalgama del conocimiento del contenido y conocimiento pedagógico, que conlleva a la comprensión de la labor de los docentes». Las categorías que se tienen en cuenta para identificar los elementos del PCK, según Magnusson y otros (1999), son las siguientes: orientaciones hacia la enseñanza, que abarca los propósitos que tiene un docente; conocimiento del currículo, que se refiere a las metas y objetivos obligatorios así como a los materiales y programas específicos por asignatura; conocimiento de la evaluación, que aborda el conocimiento de los métodos y dimensiones que es relevante evaluar; conocimiento de ciencia por parte de los estudiantes, que aborda los requisitos y dificultades que tienen los estudiantes en el abordaje de un contenido o tema; y conocimiento de estrategias instruccionales, que hace referencia a las estrategias que el docente utiliza para facilitar la comprensión de los estudiantes en los procesos de aprendizaje, en ello puede utilizar analogías, metáforas, representaciones y experimentos. En el ámbito del ejercicio docente, cuando no se logran examinar los elementos del PCK, es posible encontrar consecuencias en el desarrollo de la práctica pedagógica en cuanto a reconocer las dificultades que tienen los estudiantes en la comprensión de los temas objeto de estudio (Ekiz-Kiran et al., 2021; Goes et al., 2020; Miheso & Mavhunga, 2020), por lo tanto, se identifican desmotivación y bajas expectativas con relación a los aprendizajes que se pretenden alcanzar (Poti et al., 2022).

Uno de los propósitos de los programas de desarrollo profesional docente es centrar los procesos de aprendizaje de los profesores en generar cambios de actitud para mejorar los desempeños de los estudiantes; es fundamental identificar lo que se debe aprender para evidenciar una mejora y evolución del desempeño profesional (Sorge et al., 2019; Tardif, 2004). Este esfuerzo de mejora no es un ejercicio individual, por el contrario, es importante y necesario trabajar de forma conjunta para generar procesos de retroalimentación y de desarrollo en el corto y largo plazo. El cambio de actitud del docente viene acompañado de procesos de abstracción en los que posiblemente brinda un punto de partida para centrar los procesos en el estudiante como protagonista de su aprendizaje (Fernandez & Yoshida, 2012), dando un salto de calidad en la educación científica para la ciudadanía (Pozo-Municio & Gómez-Crespo, 2013). Por ello, resulta relevante que en los TPD se identifiquen los elementos del PCK que lleven a que el docente discuta, evalúe, genere y participe de estrategias de mejoramiento de la práctica pedagógica. Sin embargo, existe poca evidencia con respecto a la identificación de elementos que relacionen los TPD con el PCK en los procesos de enseñanza y aprendizaje de las ciencias. Por lo anterior, se realiza esta investigación con el objetivo de identificar las tendencias de los procesos de investigación acerca de los procesos de TPD sobre el PCK en profesores de ciencias.

2. Metodología

Se ha desarrollado una revisión de literatura con el propósito de identificar las tendencias de los procesos de TPD sobre el PCK en docentes de ciencias. La revisión de literatura facilita y resume los contenidos de artículos, con el fin de sintetizar los resultados de diferentes procesos de investigación; para ello se hizo siguiendo el protocolo de la declaración PRISMA (Mengist et al., 2020; Page et al., 2021) porque son las más amplias y reconocidas en el ámbito de las ciencias sociales y, específicamente, en las ciencias de la educación y de la investigación en educación. La Figura 1 muestra el procedimiento de la revisión sistemática de literatura.

2.1. Procedimiento y criterios de inclusión y exclusión

El criterio de selección de los documentos potencialmente relevantes fue una cadena de búsqueda conformada de palabras clave: (Desarrollo AND Profesional AND Docente AND Conocimiento AND Pedagógico AND Contenido) en inglés (Teacher AND Professional AND Development AND Pedagogical AND Content AND Knowledge). La búsqueda se especificó para el título, el resumen y las palabras clave. Como fecha de publicación se limitó la búsqueda entre los años 2017 y 2023 (ambos inclusive).

Se tuvieron en cuenta estudios empíricos en los que se identificaron los aspectos del desarrollo profesional docente y del conocimiento pedagógico del contenido. Como áreas académicas se consideraron trabajos de química, biología y física. Quedaron excluidas las investigaciones no empíricas, como revisiones teóricas y metaanálisis. Además, para WoS se consideraron las áreas de Education Educational Research & Education Scientific Disciplines, y para Scopus, Social Sciences.

3. Resultados

Se identifican 218 autores de 22 países distribuidos en 31 revistas. La Tabla 1 muestra el resumen de las publicaciones obtenidas. Con respecto a la población participante objetivo, se identifican docentes de ciencias de los niveles High School, In-service, Pre-service, Science Teacher Student, primaria y estudiantes de doctorado.

Con relación a los años de publicación de los artículos, se identifica que entre los años 2017 y 2020 se publicaron 41 artículos, y entre 2021 y 2023 se identificaron 23 publicaciones.

En cuanto al tipo de investigación, se identifica que alrededor del 56 % de las investigaciones son cualitativas, en las que el marco de trabajo es a través de estudios de caso, el 30 % son cuantitativas, que hacen referencia a la generación de instrumentos de medición de las percepciones de docentes de ciencias con relación a los elementos del PCK y su incidencia en la práctica pedagógica, y el 14 % de las publicaciones reportadas tienen un enfoque mixto de investigación.

Las tendencias de las publicaciones que relacionan el desarrollo profesional docente sobre el conocimiento pedagógico del contenido son: reflexión de la práctica pedagógica, formación docente y validación de instrumentos.

3.1. Reflexión de la práctica pedagógica

La tendencia más frecuente es la reflexión de la práctica pedagógica, con alrededor del 51 % de las publicaciones reportadas. Las reflexiones generadas giran alrededor de la identificación de los elementos del PCK en los que se percibe, por un lado, aciertos en los procesos de enseñanza, con relación a la identificación de los conocimientos del docente para la generación de estrategias que incorporen decisiones en las orientaciones hacia la enseñanza de las ciencias que conlleve a la mejora de las explicaciones de los estudiantes (Masters & Park Rogers, 2018), el aprendizaje del vocabulario científico y la comunicación del mismo (Seah & Chan, 2021), de tal forma que el docente desarrolle habilidades de enseñanza que favorezcan el aprendizaje de los estudiantes (Balta et al., 2022); de otro lado, la dificultad de los docentes al abordar aspectos como la evaluación y los conocimientos previos y las dificultades que tienen los estudiantes en los procesos de aprendizaje. En la evaluación, es notable que el docente no solo debe atender a identificar las ideas de los estudiantes, sino percibir las concepciones erróneas de estos, con el propósito de realizar un acompañamiento eficaz de los aprendizajes (Maryati et al., 2019).

Los TPD promueven la reflexión sobre las cuestiones socio-científicas. En este punto, los docentes discuten la necesidad de realizar procesos de enseñanza y aprendizaje de las ciencias teniendo como insumo la implementación de las cuestiones socio-científicas y la identificación de los elementos del PCK, que fue denominado como conocimiento pedagógico del contenido de las cuestiones socio-científicas (SSI-PCK) (Chang & Park, 2020) y su implicación en los procesos de formación en el desarrollo profesional docente para dar un salto de calidad a la enseñanza de las ciencias y su incidencia en los ámbitos social, ético y de solución de problemas.

En la práctica pedagógica la reflexión no es un ejercicio individual, es un diálogo entre grupos de docentes en el que a través de la observación de sesiones de clase se hacen comentarios y se retroalimentan con el propósito de generar procesos de mejora en cuanto a modificar métodos de enseñanza, analizar formas de evaluación, diseñar y ajustar estrategias didácticas, y evaluar el desempeño de los docentes en función del nivel de avance de los estudiantes (Vázquez-Bernal et al., 2019, 2022). Es relevante en el intercambio de ideas que el docente se perciba como un sujeto que aprende de forma permanente, dado que en los procesos de TPD se encuentra en esa constante, tanto desde la formación inicial como desde la formación permanente, que conlleva a generar debates de su quehacer y desarrollo profesional y transformar la enseñanza desde el punto de vista epistemológico con el propósito de adquirir destrezas en los procesos de aula (Balta et al., 2022).

En los procesos de TPD, las discusiones y reflexiones de los docentes toman relevancia en cuanto a la descripción de los elementos del PCK en donde se han percibido aspectos como: hay dificultades en identificar las concepciones erróneas de los estudiantes, hay limitaciones con relación a las tensiones que se generan entre el tiempo para abordar un punto y la cobertura del mismo, la descripción del conocimiento del docente en los procesos de instrucción, la escasa reflexión en la selección de estrategias apropiadas, la transformación epistémica y pedagógica en el avance de la práctica y la posibilidad de apertura de espacios para desarrollar espacios colaborativos.

3.2. Formación docente

Aproximadamente el 45 % de las publicaciones están relacionadas con los procesos de formación docente. Con ella se promueven programas de desarrollo profesional para los profesores de ciencias en cuanto a generar aspectos de mejora de la práctica pedagógica, como en las intervenciones de desarrollo profesional docente como Lesson Study (Coenders & Verhoef, 2019; Conceição et al., 2020, 2021). Esta se refiere a los procesos de formación que desarrollan grupos de docentes que se reúnen de forma regular para trabajar en el diseño, desarrollo, comprobación, crítica o mejora de una lección (Soto-Gómez et al., 2021). En estas actividades, el punto de partida son preguntas de investigación o preguntas orientadoras que están relacionadas con la forma en la que se desarrollan procesos de aprendizaje centrados en el estudiante.

Es interesante que en los procesos de investigación se muestra la mejora de los desempeños de los docentes en la práctica pedagógica con relación a aspectos como la enseñanza por indagación, en la que elementos como el proceso científico y los métodos de la ciencia han sido incluidos en la planeación de las clases, y en la que los docentes han transformado su visión empirista en otra constructivista (Cigdemoglu & Köseoğlu, 2019). El cambio de perspectiva es fundamental para facilitar entornos informales para el aprendizaje de las ciencias.

En esa medida, se destaca que el objeto de estudio ha sido la descripción de los aspectos del PCK, teniendo en cuenta la naturaleza de las ciencias, y los elementos más abordados son: la importancia de conocimientos previos por parte de los estudiantes, la provisionalidad de los conocimientos científicos, la colaboración de los científicos, la creatividad e imaginación, la metodología de la investigación científica, la influencia cultural y social de la ciencia, la creación de consensos y explicaciones sobrenaturales de la ciencia (Edgerly et al., 2022).

Es notable en los estudios explorados que los TPD fomentan la revisión de aspectos de los docentes tales como la enseñanza, que lleva a que se hagan cambios en las orientaciones hacia la enseñanza de las ciencias, que son los propósitos que se plantean en los procesos de enseñanza y aprendizaje, y ello conlleva a que se evalúen las estrategias instruccionales (Lampley et al., 2018). Además de los componentes mencionados, se han identificado cambios en el currículo, la evaluación y el aprendizaje de los estudiantes. Estas variaciones alimentan la práctica pedagógica y fomentan la mejora de las actitudes de los docentes, en específico, de la autoeficacia (Smit et al., 2017).

Se destaca en las publicaciones que el TPD promueve la proposición de elementos del PCK en la planeación e implementación de estrategias de trabajo como las cuestiones socio-científicas, en las que los docentes proponen a sus estudiantes el trabajo con temas de actualidad que sean controvertidos y que, de una forma transversal, se desarrollan los aprendizajes, teniendo en cuenta no solo los aspectos conceptuales de la ciencia sino también el alcance social, ambiental, ético y humano de los contenidos, de tal manera que se establecen relaciones entre los propósitos u orientaciones hacia la enseñanza y las estrategias instruccionales (Bayram-Jacobs et al., 2019).

3.3. Validación de instrumentos

De las 64 publicaciones reportadas, dos están relacionadas con la validación de instrumentos. Los instrumentos propuestos buscan la mejora de los procesos de enseñanza en aspectos de la enseñanza de la biología como el concepto de evolución (Becerra et al., 2023) en este instrumento propuesto se evalúan aspectos del PCK mencionados en Magnusson y otros (1999) como el conocimiento del currículo, el conocimiento de ciencia por parte del estudiante y el conocimiento de estrategias instruccionales, dejando de lado aspectos como el conocimiento de la evaluación y de los propósitos u orientaciones de enseñanza.

Por otro lado, se ha desarrollado un instrumento que permite dar cuenta del abordaje de conceptos propios de la enseñanza de la química como lo es el de estequiometría (Malcolm et al., 2019). En los resultados obtenidos se describe que los profesores participantes tienen dificultad fundamentalmente en la enseñanza del tema en relación con la identificación de las grandes ideas, ya que, de acuerdo con las respuestas del instrumento, se evidencia que los docentes ponen énfasis en aspectos como la simbología utilizada en el contenido y en la resolución de cálculos propios, sin dar cuenta de la comprensión conceptual.

4. Discusión

En este artículo se ha hecho una revisión sistemática de literatura en la que el objetivo fundamental fue identificar las tendencias de las publicaciones sobre los procesos de desarrollo profesional docente (TPD) sobre el conocimiento pedagógico del contenido (PCK) en profesores de ciencias.

A pesar de las bondades de los procesos de reflexión, se evidencian aspectos del PCK que son perentorios para la mejora de los desempeños de los docentes, como la dificultad que presentan estos en abordar la evaluación y la identificación de los conocimientos previos de los estudiantes, de tal forma que se pueda atender las concepciones erróneas y que se haga un acompañamiento eficaz de los aprendizajes que promueva la mejora de aspectos del PCK como el conocimiento de estrategias de instrucción y representaciones en la enseñanza de las ciencias (Maryati et al., 2019). Asimismo, el diálogo pedagógico de las sesiones de clase promueve que los docentes generen metodologías de mejora en relación con las estrategias instruccionales (Thongnoppakun & Yuenyong, 2019), propósitos de enseñanza (Reynolds & Park, 2021), formas de desarrollar la evaluación de los aprendizajes (Shi et al., 2021) y comprensión de aspectos de la naturaleza de las ciencias (Piliouras et al., 2018) como validez y confiabilidad de los datos científicos, planteamiento de hipótesis y predicción de fenómenos a través de leyes y teorías, métodos de investigación y la comprensión de la ciencia como actividad humana, para comprender las transformaciones epistémicas y pedagógicas en la práctica del aula y la posibilidad de generar espacios colaborativos entre los docentes. Dentro de los espacios colaborativos, se destaca el uso de metodologías como la Lesson Study (Fernandez & Yoshida, 2012), en la que se plantean preguntas de investigación o preguntas orientadoras con el propósito de evaluar el desarrollo profesional en la formación inicial y avanzada de docentes, de tal forma que promuevan procesos de mejora en diferentes ciclos (de Alba-Fernández & Porlán, 2021).

La formación docente ha sido objeto de estudio en los TPD, no solo para describir los componentes del PCK, sino también para, a partir de ese andamiaje, generar procesos de mejora de la práctica pedagógica con el estudiante como punto de partida. En los estudios rastreados se identificaron resultados positivos de los desempeños de los estudiantes (Bayram-Jacobs et al., 2019; Gropen et al., 2017; Yang et al., 2018). En ese sentido, Yang y otros (2018) destacan que, luego de la implementación y evaluación de un TPD, los estudiantes tuvieron unos desempeños destacados en una prueba interdisciplinar de ciencias, lo que indica una relación importante entre las horas de TPD y la comprensión de los conceptos científicos por parte de los estudiantes. Resulta interesante que se puede establecer que los docentes que participan de TPD tienen una mejora de los desempeños en la práctica pedagógica profesional, en la que se le ha dado relevancia a la identificación de los conocimientos previos de los estudiantes, la comprensión del trabajo en ciencias, la incidencia de los aspectos sociales y culturales en las ciencias. Bajo ese marco, la enseñanza de las ciencias se ha enfocado en el diseño e implementación de estrategias interdisciplinares como las cuestiones socio-científicas, que son actividades centradas en temas de actualidad que tengan un componente de controversia que enmarca los aspectos social, ambiental, ético y humano de los temas de estudio (Chang & Park, 2020). En este aspecto, es necesaria la generación de procesos de enseñanza y aprendizaje para dar un salto de calidad en los procesos de formación de los docentes y de alfabetización científica. La validación de instrumentos permite dar un punto de partida en el desarrollo de los TPD (Chen et al., 2022). En los insumos generados se busca el avance de la enseñanza de temas propios de la ciencia, como lo específico de la enseñanza de los conceptos de evolución (Rodríguez-Becerra et al., 2020) y de estequiometría (Malcolm et al., 2019), en donde se evalúan los componentes del PCK del tema específico (Mavhunga, 2016), identificando cómo se aborda el currículo, el conocimiento del estudiante y el conocimiento de estrategias y de representaciones, además de auscultar la ideas de enseñanza de los docentes alrededor de los contenidos, en el que los docentes exponen carencias de la comprensión de los conceptos y, por ende, hay escasa visión de las grandes ideas del contenido, lo que tiene como resultado dificultades en los aprendizajes de los estudiantes.

5. Conclusiones

El TPD con PCK se ha consolidado como una línea de investigación que tiene incidencia en la práctica pedagógica de los profesores de ciencias, que genera procesos de reflexión en el aula, en el que el punto de partida de los programas son las dificultades de aprendizaje de los estudiantes, y que puede dar apoyo a los procesos de enseñanza y aprendizaje.

Metodologías como Lesson Study promueven en los docentes procesos de reflexión, discusión, auscultación y generación de propósitos de aprendizaje para los estudiantes, en el que los participantes del programa son investigadores en el aula de clase, que pueden generar cambios en las concepciones de los profesores y que influye en la práctica pedagógica.

En los estudios explorados llama la atención el énfasis que tiene el desarrollo del PCK con cuestiones socio-científicas, en el que los docentes producen estrategias metodológicas que promuevan los aprendizajes de los estudiantes teniendo en cuenta el contexto, el medio ambiente, la ética y el aspecto social de las personas.

Un aspecto que llama la atención y que está escasamente abordado en las investigaciones es el TPD con PCK en la implementación de trabajos prácticos de ciencias, en cuanto el aspecto experimental es relevante para el desarrollo de competencias científicas, la motivación por el aprendizaje de las ciencias y la inducción a la generación de preguntas, formulación de hipótesis, la explicación de fenómenos y el planteamiento de metodologías.

Referencias bibliográficas

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