Las experiencias de resolución de problemas que la Srta. Stefanie (la segunda autora) facilitó a los niños demuestran cómo las prácticas de ingeniería pueden integrarse en las aulas de preescolar. Con justo el apoyo suficiente de la Srta. Stefanie, los niños identificaron un problema, imaginaron posibles soluciones y seleccionaron un diseño para crear y probar. En este artículo, explicamos por qué las prácticas de ingeniería son una parte importante del aprendizaje temprano con STEM (ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas) y compartimos exploraciones recientes de prácticas de ingeniería del aula de la Srta. Stefanie.

STEM es un componente esencial de la educación infantil, ya que combina la integración intencional de los contenidos con la indagación a profundidad, incorporada de manera significativa en los contextos del mundo real de los niños (Linder et al. 2016). Aunque las prácticas de ingeniería —un aspecto del aprendizaje STEM— son similares a los procesos de indagación, existen algunas diferencias significativas. "La indagación científica implica la formulación de una pregunta que puede responderse mediante la investigación, mientras que el diseño de ingeniería implica la formulación de un problema que puede resolverse mediante el diseño" (NGSS de Estados líderes 2013). Nos propusimos comprender mejor cómo es la resolución de problemas a través del diseño en preescolar. Pensamos de forma crítica en el potencial de las prácticas de ingeniería para involucrar el intelecto de los niños de forma auténtica y abordar "la vida de la mente en su sentido más completo" (Katz 2010).

El proceso de diseño

La incorporación de prácticas de ingeniería al aula de preescolar introduce formalmente a los niños pequeños en el proceso de diseño. El diseño es el "estudio de la estética y la utilidad de los objetos en nuestra vida cotidiana" (Bequette & Bequette 2012, 40). Mientras que los diseñadores profesionales suelen tener un elaborado proceso de varios pasos para crear y mejorar sus planes para resolver problemas, necesitábamos un enfoque simplificado para los diseñadores principiantes. El texto Engineering is Elementary (La ingeniería es elemental, Museo de Ciencia, Boston 2018) ha desarrollado un proceso de diseño de ingeniería de cinco pasos para estudiantes de primaria, que hemos parafraseado aquí:

• Preguntar—para identificar el problema y las soluciones de los demás
• Imaginar—para crear una lluvia de ideas y seleccionar una solución para probarla
• Planificar—para especificar el diseño y los materiales
• Crear—para elaborar y probar un modelo
• Mejorar—preguntar cómo el diseño puede ser aún mejor y empezar el ciclo de nuevo.

Basándonos en el proceso del museo, desarrollamos el siguiente proceso de diseño en 4 pasos, ligeramente modificado, para niños de preescolar:

• Encontrar un problema: Identificar un problema o una necesidad. Preguntar: ¿por qué es importante? ¿cómo han abordado otros el problema?
• Imaginar y planificar: Generar una lluvia de ideas para encontrar soluciones. Esbozar posibles planes. Elegir uno para elaborarlo. Enumerar y reunir los materiales necesarios.
• Crear: Consultar el plan y construir un modelo o prototipo. Compartir el modelo para obtener comentarios o probar el prototipo.
• Mejorar: Analizar el modelo o prototipo con los demás. ¿Cómo se puede mejorar? Rediseñar con base en los comentarios.

Encontrar un problema

El juego guiado por el maestro, que incluye la identificación de problemas, anima a los niños a convertirse en observadores críticos de su entorno. El objetivo es reforzar la disposición de los niños a buscar y aceptar retos complejos. En preescolar, los niños pueden necesitar ayuda para encontrar problemas. Preguntar, como hizo la Srta. Stefanie en la viñeta inicial, puede llevar a los niños a reconocer los retos que pueden asumir.

Para ayudar a los niños a verse a sí mismos como solucionadores de problemas, la Srta. Stefanie buscaba a menudo oportunidades para involucrar a los niños en auténticos retos de diseño. Una de esas ocasiones surgió cuando los compañeros hablábamos de renovar el patio escolar. La Srta. Stefanie consideró que era un buen problema de diseño para que los niños lo resolvieran por su relevancia en sus vidas y porque los niños podían presentar sus diseños a un público auténtico.

Tras presentar la idea a su clase, la Srta. Stefanie mostró imágenes de varios diseños de parques infantiles. Un domo geométrico para escalar especialmente interesante, que no se parece a nada de lo que hay en nuestro patio de preescolar, generó un aluvión de respuestas. La Srta. Stefanie preguntó: "¿qué tipo de escaladores creen ustedes que deberíamos tener en nuestro patio?" Al ver la avidez de los niños por diseñar una solución, supo que habían encontrado su próximo problema de ingeniería.

Para que los niños comprendieran mejor el problema, la Srta. Stefanie les ayudó a explorar cómo otros habían abordado problemas similares. Por ejemplo, la Srta. Stefanie y los niños compartieron sus propias experiencias en patios de recreo, estudiaron imágenes de parques infantiles en otros lugares, examinaron planos de patios de recreo elaborados por arquitectos, recopilaron datos sobre el patio de recreo de su propia escuela y hablaron con algunas de las personas que formaban parte del comité de renovación del patio de recreo del centro preescolar (maestros, padres y otros voluntarios afiliados a la universidad) sobre los parques infantiles de su comunidad.

Imaginar y planificar

Las ideas son cambiantes. Las representaciones —como los dibujos de Andrew— estabilizan las ideas para que puedan ser examinadas (Eisner 2002). Imaginar posibilidades y darles forma desafía a los niños a percibir diferencias sutiles y a reflejar la esencia de sus diseños (Katz, Chard y Kogan 2014).

Los maestros pueden fomentar las prácticas creativas de ingeniería enseñando explícitamente conceptos y técnicas que los niños pueden utilizar para representar simbólicamente su pensamiento. Los ejemplos incluyen la demostración de tipos de líneas (por ejemplo, líneas rectas, líneas curvas, líneas en zigzag y espirales), invitando a los niños a probarlas y discutiendo la realización de líneas largas, líneas cortas, líneas rápidas y otros tipos de líneas. Se pueden hacer demostraciones similares para la composición (es decir, el uso del espacio en la página) para ayudar a los niños a planificar sus diseños.

La empatía es otra habilidad integrada en la imaginación y la planificación. Implica "aprender a percibir el mundo a través de la mente y el cuerpo de otra persona" (Constantino et al. 2015, 17). Un auténtico problema de diseño, contextualizado en las experiencias cotidianas de los niños, no puede dejar de invitar a considerar quiénes se verán afectados por las diferentes soluciones potenciales. Hay personas y limitaciones reales implicadas, algo que Andrew tuvo en cuenta al modificar el diseño de su escalador para adaptarlo a una serie de grupos de edad. La conveniencia de diseñar espacios de juego diferentes en función de las competencias percibidas en función de la edad ha sido una cuestión controvertida entre los colegas de la maestra Stefanie. Aunque ella no planteó la cuestión a los niños, éstos empatizaron con las posibles necesidades (y los posibles temores) de los más pequeños por su cuenta.

Tras imaginar y esbozar múltiples posibilidades, el siguiente paso es seleccionar uno de los planos para construir un modelo. Esto requiere un análisis de los puntos fuertes y débiles de los diseños. La señorita Stefanie trabajó con un pequeño grupo de niños que volcaron una lluvia de ideas y esbozar planes de diseño. Invitó a cada uno de ellos a explicar lo que era importante de su diseño comentando aspectos específicos de cada dibujo y haciendo preguntas como: "¿qué crees que hace que éste sea un buen diseño?" o "¿por qué crees que esto funcionará mejor?" Cada niño seleccionó uno de sus diseños para luego crear un modelo.

Creación

Traducir los planos a modelos requiere un pensamiento dimensional, en el que los diseñadores van y vienen entre 2D y 3D (Root-Bernstein y Root-Bernstein 1999). Consideremos el dibujo frente a la construcción con bloques: dibujar en papel proporciona libertad para visualizar estructuras imposibles, mientras que construir con bloques restringe las posibilidades estructurales porque muchos diseños colapsarán. Otros materiales de construcción, como la arcilla y el alambre, ofrecen más flexibilidad, pero siguen teniendo muchas más limitaciones que los bocetos. "Las limitaciones de un medio dificultan la simbolización de ciertos significados. El papel utilizado para simbolizar el elefante no tiene una forma fácil de captar la pesadez o el andar torpe o su rugido " (Forman 1994, 44).

Los maestros pueden fomentar el pensamiento dimensional dando a los niños la oportunidad de explorar múltiples medios para modelar —como materiales para esculpir, cordel, fieltro y objetos encontrados— y luego utilizarlos para crear modelos que presenten a otros. La Srta. Stefanie animó a los niños a manipular la arcilla, a alisarla con agua, a aplanarla, rodarla y enrollarla. De este modo, les invitaba a jugar con la infinita capacidad de la arcilla para ser moldeada y reformada. También les proporcionó rodillos y palos de madera básicos para modelar, que los niños podían utilizar para dar forma o textura. Al narrar sus observaciones mientras los niños exploraban las propiedades de la arcilla y las herramientas, la Srta. Stefanie hizo explícitas las características y cualidades.

Una vez que los niños tenían experiencia con los materiales, la Srta. Stefanie aumentó la complejidad de la actividad ayudando a los niños a construir modelos de sus escaladores. Esto supuso un gran reto de representación para los niños de preescolar. Utilizando arcilla y otros materiales, tenían que resolver el problema de la estabilidad vertical: ¿cómo podían hacer que sus escaladores se mantuvieran en pie?

Mejorar

Aprender a evaluar y mejorar el propio trabajo es una tarea desafiante que requiere mucha práctica (Isbell & Yoshizawa 2016). "Cuando los niños son capaces de regresar a su trabajo y continuarlo, los detalles y expresiones se amplían significativamente" (86). La creación de un modelo conduce naturalmente a la identificación de oportunidades para revisar y mejorar el diseño. A lo largo de esta etapa, es importante que los maestros apoyen y amplíen el pensamiento de los niños. Después de validar los esfuerzos de los niños observando y describiendo lo que han hecho (Swartz & Copeland 2010), los maestros pueden:

• Hacer preguntas para tener mayor claridad (por ejemplo, "¿qué vas a hacer con ___?").
• Averiguar sobre el siguiente conjunto de acciones (por ejemplo, "¿piensan añadir más ___?")
• Compartir información o recursos (por ejemplo, "hay diferentes tipos de puentes ___")
• Hacer sugerencias (por ejemplo, "quizá quieras probar ___" o "me pregunto qué pasaría si ___")

La Srta. Stefanie cultivó la disposición de los niños a mejorar su trabajo proporcionándoles tiempo y espacio para que revisaran sus diseños cada día durante el período de elección. En el espacio de diseño, los niños podían hacer referencia a las imágenes de parques infantiles que la Srta. Stefanie les había mostrado, a las fotos de su parque infantil actual, a sus bocetos de diseño iniciales y a sus modelos en 3D. La Srta. Stefanie también proporcionó múltiples tipos de materiales (por ejemplo, papel, lápices, arcilla, alambre, bloques y objetos encontrados) que los niños podían utilizar para construir y reconstruir sus diseños en 2D y 3D.

La Srta. Stefanie se involucró con los niños en el espacio de diseño, animándolos a repensar y reelaborar sus ideas. Este método de codiseño le permitió señalar cualidades o estrategias específicas evidentes en el trabajo de los niños que serían útiles para otros. Por ejemplo, la Srta. Stefanie comentó: "la idea del saltador de Andrew funciona, pero también quiere una forma de subir sin saltar. ¿De qué otra forma crees que podría hacerlo?” También preguntó: "¿cómo mostró Patience las formas de conectar los escalones con la base del escalador?” Las observaciones de la Srta. Stefanie ayudaron a los niños a aprender a observar atentamente y a fijarse en cualidades particulares de sus propias representaciones o de las de sus compañeros. Esto los animó a ver a sus compañeros como recursos para las estrategias de diseño en colaboración.

La Srta. Stefanie hizo explícito el valor que otorgaba a la revisión del trabajo a lo largo del tiempo proporcionando una audiencia auténtica. Invitó a los niños a compartir sus diseños con el director del colegio y a hacer recomendaciones al comité de renovación del patio. Como preparación, la Srta. Stefanie organizó una reunión de la clase en la que contó la historia de los procesos de diseño que había observado. Mostró fotografías que documentaban los procesos de diseño de los niños y leyó algunas notas que había escrito mientras observaba a los niños, reconociendo y apreciando los esfuerzos de los niños por revisar y mejorar sus diseños. A continuación, la Srta. Stefanie preguntó a los niños qué diseño o diseños creían que debían llevar al director del centro preescolar para que los recomendara para su patio de recreo. En lugar de seleccionar un solo diseño para construir, los niños sugirieron que se incluyeran varios tipos de equipos de escalada para que los niños pudieran participar de diferentes maneras. Su recomendación fue atendida, y la fase inicial de la renovación del parque infantil incluyó escaladores de varios tamaños.

Conclusión

Ayudar a los niños a completar el proceso de diseño —incluyendo varios ciclos de mejora de sus planes y modelos— es un gran regalo para ellos Como explicó un alumno:

El proceso de diseño de ingeniería—encontrar un problema, imaginar y planificar, crear y mejorar— permite a los maestros involucrar a las mentes de los niños pequeños en la resolución de problemas reales, demostrar que el aprendizaje incluye pruebas y revisiones, y ayudar a los niños a explorar una amplia gama de temas STEM.

La clase de preescolar de la Srta. Stefanie ha adoptado prácticas de ingeniería. Cuando un diseño no funciona bien o puede mejorarse, disfrutan revisando y mejorando sus ideas y planes. Se ven a sí mismos como solucionadores de problemas, identidades que les servirán a lo largo de su educación y de su vida.

About the editors

Sandra M. Linder, PhD, is an associate professor of early childhood mathematics education at Clemson University. Her research centers on supporting teacher practices and student understandings related to early childhood mathematics. 

Angela Eckhoff, PhD, is an associate professor of teaching and learning in the early childhood education program and codirector of the Virginia Early Childhood Policy Center at Old Dominion University. Her areas of specialization include creativity and inquiry-based pedagogical practices in early childhood.

Photograph: © Getty Images

La traducción de este documento ha sido elaborado en el marco de un acuerdo cooperativo (PR/Award no. U295A150003, CFDA Nº 84.295A) del Departamento de Educación de Estados Unidos. No obstante, este contenido no representa necesariamente la política del Departamento de Educación, y usted no debe asumir el aval por parte del Gobierno Federal.