1.Introducción

Mediante la investigación de diseño educacional (educational design research) se diseñan, desarrollan, evalúan y perfeccionan intervenciones educativas como solución a problemas en la práctica educativa, así como para avanzar en el conocimiento de las características de estas intervenciones, y los procesos de diseño y desarrollo de las mismas, con el propósito de desarrollar o validar teorías sobre enseñanza específicas para dominio bien demarcado de la practica pedagógica (^{Van Den Akker}, 1999; ^{Plomp y Nieveen, 2013}; y Castro 2011). La investigación de diseño como una metametología, permite crear intervenciones prácticas y modelos de diseño teóricos a través un proceso de diseño, comprensión, definición, concepción, creación, prueba y presentación, mediante el uso recursivo de diversos procesos de investigación para buscar soluciones empíricas a problemas educativos (^{Matthew et al., 2018}). Desde esa perspectiva, el estudio que expone el presente artículo tuvo como objetivo, identificar características de diseño de una secuencia didáctica para la enseñanza de la biología en la educación básica secundaria apoyada en la elaboración de modelos sobre termorregulación en vertebrados terrestres. Siguió los fundamentos de la investigación de diseño, de tipo estudio de desarrollo, buscando resolver un problema educativo que integra tres elementos importantes en el aprendizaje de la biología: termorregulación como mecanismo homeostático, la elaboración de modelos en el aula y el videojuego educativo Calangos. Termorregulación, es un concepto no explícito, tratado de forma aislada en la enseñanza de la biología a nivel de la educación básica secundaria, pese a que constituye un contexto apropiado para explicar la homeóstasis y establecer relaciones con conceptos como adaptación, evolución, mecanismos de intercambio de energía, calor y temperatura (^{Daza-Pérez y N. El-Hani, 2019}) por lo que un abordaje en el aula mediante actividades de modelización apoyadas en el videojuego Calangos (^{Loula et al. 2014}) constituye un elemento con diversas opciones didácticas. A partir del análisis de la problemática educativa, de los atributos del videojuego y de la elaboración de modelos, fueron propuestos principios de diseño de una secuencia didáctica, cada uno, con un carácter sustantivo cuando se refieren a características generales de la intervención, o procedimental, cuando se trata de las características la aplicación de la intervención en un aula especifica y son analizados mediante su implementación a la vez que se exploran otros. Así, siendo la secuencia didáctica una unidad de intervención constituida por actividades no aditivas sino articuladas, inter-relacionadas que siguen un encadenamiento coherente con un objetivo de aprendizaje, su construcción y perfeccionamiento constituyen un proceso sistemático de discusión, revisión, evaluación y ajuste en función del objetivo de aprendizaje, así como de las formas en que esta debe ser desarrollada en el aula (^{Guimarães y Giordan, 2013}). En este proceso de implementación y evaluación retrospectiva también fueron identificadas algunas limitaciones en la aplicación de los principios teóricos del design research que son presentados de forma integrada con los resultados derivados de la investigación. Por tanto, en el siguiente apartado se describen los métodos y principales resultados de la fase l (investigación preliminar), desde una postura reflexiva en relación con los aciertos y desaciertos en la implementación del desing research.

2.Identificando principios de diseño

Se siguieron las tres etapas principales de la investigación de diseño (Investigación preliminar, Prototipado, Evaluación restrospectiva) como se indica en la figura 1. Fueron propuestos dos prototipos de la secuencia, evaluados y reformulados en dos microciclos (fase de prototipado).

Figura 1 Etapas de la investigación. 

En la primera etapa, investigación preliminar se estudió la problemática educativa y los referentes teóricos, en cinco actividades centrales: a. Revisión de literatura especializada, b. Cuestionario y entrevista a profesores de básica secundaria, c. Revisión de orientaciones curriculares y libros de texto, d. Análisis didáctico del concepto de termorregulación, y, d. Definición de principios de diseño. Los resultados de cada etapa y detalles de cada son descritos por: ^{Daza-Pérez y N. El-Hani (2019}). Se analizó el concepto de termorregulación desde punto de vista didáctico mediante revisión de literatura, de algunos libros de texto y orientaciones curriculares. Se discutió con los profesores de biología, química y física de los grupos donde se implementó la secuencia sobre los aspectos del fenómeno que serían abordados en la secuencia; el grado y momento de la planeación más apropiado para abordar la temática; las conexiones que debían ser establecidas con otros conceptos; los componentes, estructura e interrelaciones de un modelo didáctico que abordara termorregulación como mecanismo homeostático; las características básicas que debía seguir la secuencia y, cómo y en qué actividades de la secuencia se emplearía el videojuego Calangos. Desde reflexiones sobre estas cuestiones, emergieron los principios de diseño para la elaboración del primer prototipo de la secuencia didáctica y fue definido un modelo didáctico para la enseñanza de termorregulación en vertebrados terrestres a nivel de básica secundaria (^Daza-Pérez y Niño El-Hani, 2019) Atendiendo al carácter del problema educativo que se abordó en cuanto a los elementos que integra, así como los planteamientos centrales del design research, en el desarrollo de esta etapa fue fundamental el trabajo cooperativo con profesores titulares de física, química y biología en los grupos donde se implementó la secuencia (9) quienes aportaron elementos propios de la organización, de las actividades en el aula, así como de la recolección de la información. A la luz de los resultados y dificultades en las siguientes actividades, se considera que esta integración y participación debe ser fundamental dado que un fin central de tipo de estudios es generar recursos didácticos y teorías que deben ser comprendidas por los profesores en ejercicio, se trata también de disminuir las brechas entre las teorías educativas y el ejercicio de aula. Una desarticulación de los profesores en todo el proceso disminuye el potencial didáctico que pueda tener el recurso y teoría que se genere en el estudio, posiblemente los profesores no logren comprender completamente algunos elementos, no identifiquen posibles adaptaciones para otros grupos; al ser desintegrados su compromiso con el uso de estas innovaciones será reducido. El estudio teórico también fue profundo y en ese mismo emergió el modelo didáctico que si bien fue revisado por los profesores careció de una revisión más profunda a modo de estudio de caso como propone ^{Van den Akker (1999}) con el fin de que las actividades que se plantearon para el primer prototipo de la secuencia con el uso del modelo didáctico para la enseñanza de la termorregulación en aula, fuera maximizado en función del objetivo de aprendizaje, evitando desgaste de tiempo, recursos económicos y recolección de información irrelevante que genera ruido en la investigación y el análisis de datos correspondiente. En el caso particular de este estudio, los profesores no participaron activamente en todas las etapas, solamente en esta primera etapa de investigación preliminar por lo que varias limitaciones (dispersión del grupo, las dificultades en la conformación de grupos de trabajo) que surgieron con el trabajo en el aula durante la implementación de las actividades de la secuencia pudieron ser reducidos. No obstante, la revisión teórica desarrollado de manera simultánea y fortalecida con las observaciones y comentarios de los profesores permitió definir los criterios de justificación (Tabla 1) y objetivos de la secuencia (Tabla 2), que fueron centrales para plantear los principios de diseño (características) (Tabla 3). La secuencia fue proyectada para el grado noveno de la educación básica secundaria, teniendo en cuenta que los planes de área de ciencias naturales de las instituciones educativas que participaron en la investigación, así como los estándares básicos de competencia y libros didácticos indican que, en ese nivel, se abordan conceptos básicos como energía, temperatura, calor, metabolismo, adaptaciones, sistemas orgánicos (nervioso, circulatorio, endocrino), entre otros, y los estudiantes han de tener habilidades básicas para trabajar con mayor profundidad con modelos. Los docentes titulares reconocieron que focalizarse en este grado sería importante porque contribuye con la integración y recapitulación de conceptos de química, física y biología que son elementales para ingresar a la educación media. También porque al culminar la formación básica el Instituto Colombiano para el Avance de la Educación Superior (ICFES) evalúa a los estudiantes mediante las pruebas saber y una temática central en estas pruebas tiene que ver con homeóstasis. En coherencia con las orientaciones curriculares de Colombia establecidas para ese grado, la secuencia tiene conexión con las siguientes acciones de aprendizaje, como son definidas por los estándares básicos de competencia:

Comparación de sistemas de órganos de diferentes grupos taxonómicos.

Explicación de la importancia de las hormonas en la regulación de las funciones en el ser humano.

Explicación de las condiciones de cambio y conservación en diversos sistemas, teniendo en cuenta transferencia y transporte de energía y su interacción con la materia.

Reconocimiento de que los modelos de la ciencia cambian con el tiempo y que varios pueden ser válidos simultáneamente.

Proposición de modelos para predecir los resultados de experimentos.

Establecimiento de relaciones causales y multicausales entre los datos recopilados.

Además de esta correspondencia curricular, la secuencia atiende criterios de justificación en las dimensiones epistemológica, cognitiva y didáctica, que se detallan en la tabla 1.

Tabla 1 Criterios de justificación a priori de la secuencia didáctica conforme a la propuesta de ^{Méheut (2005}), en tres dimensiones educativas. 

Tabla 2 Objetivos de la secuencia y su alcance de enseñanza y aprendizaje. 

Teniendo en cuenta que en la investigación de diseño, los principios deben tener un énfasis sustantivo, lo cual se refiere a un aspecto general de estos principios, con la visión de ser aplicados en diferentes contextos de enseñanza, tal como fueron formulados; y un énfasis procedimental, que se refiere a las especificidades de la adaptación de los principios a contextos particulares de enseñanza, una vez que, sin adaptación, no es posible aplicar los principios y las prácticas docentes que siguen de ellos en situaciones concretas de clase. Durante la formulación de las características que debía tener la secuencia, y apoyado principalmente en las orientaciones de los profesores, fueron formuladas algunas orientaciones procedimentales que guiaron el proceso de aplicación. Se consideró que una secuencia didáctica cuyo propósito general sea la elaboración de modelos sobre termorregulación en vertebrados terrestres desde una visión del fenómeno como un mecanismo homeostático, para, a partir de ello, promover habilidades para la actividad científica, ha de atender principios como:

Tabla 3 Aspectos sustantivos y procedimentales de las características de diseño. 

3.Consideraciones finales

Los principios del design research fueron adecuados para los propósitos del estudio dado su carácter innovador y exploratorio, como se evidencia en los resultados de la fase preliminar. El estudio sistemático de la literatura, así como el análisis didáctico de la problemática educativa con los profesores en ejercicio y los libros de texto, fue fundamental para delimitar los propósitos de la intervención y configurar unos principios de partida y el estudio en sí. La escaza experticia en la aplicación de los principios, así como la cantidad de variables generaron limitaciones en la vinculación, sincronización y configuración de las acciones del equipo colaborativo de docentes en ejercicio. En el análisis de toda la información recolectada y en aspectos asociados con la planeación de la implementación del primer prototipo, es importante que la primera fase sea prevista a modo de estudio de caso.