universidad nacional de san agustin de arequipa escuela de

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN DE AREQUIPA
ESCUELA DE POSTGRADO
UNIDAD DE POSTGRADO DE LA FACULTAD DE INGENIERIA DE
PRODUCCION Y SERVICIOS
“INFLUENCIA DE UN ENTORNO MULTIMEDIA DE SIMULACIÓN POR
COMPUTADORA EN EL APRENDIZAJE POR INVESTIGACIÓN DE LA FISICA
EN EL NIVEL SECUNDARIO”
Tesis presentada por el Bachiller en Educación
Benjamín Maraza Quispe
Para optar el Grado de Maestro En Ciencias:
Informática
Con mención en Tecnologías de la Información y
Comunicación en Gestión y Educación
Asesor: Magíster José Herrera Quispe
AREQUIPA – PERU
AÑO 2009
“INFLUENCIA DE UN ENTORNO MULTIMEDIA DE SIMULACIÓN POR COMPUTADORA EN EL APRENDIZAJE POR INVESTIGACIÓN DE LA FISICA” Benjamín Maraza Quispe
[email protected]
-II-
Resumen
La Física es una ciencia eminentemente experimental, que se encuentra dentro del
área de Ciencia, Tecnología y Ambiente que tiene por finalidad desarrollar
competencias, capacidades, conocimientos y actitudes científicas a través de actividades
vivenciales e indagatorias (DCB 2008). Además uno de los objetivos clave en la
enseñanza de la Física es establecer una relación entre los objetos, eventos y fenómenos
del mundo real y las teorías y modelos que permiten su interpretación al estudiante.
Estos mundos remiten a esquematizaciones próximas pero diferentes: El mundo de los
modelos y de los signos con el mundo real de los objetos y eventos (Pontes 2006).
En este contexto se propone una aplicación multimedia en el área de física (Laboratorio
Virtual de Física), basada fundamentalmente en simuladores, para el desarrollo de los
tópicos más importantes de la Física, teniendo en cuenta el enfoque constructivista del
aprendizaje, en donde el alumno pueda ser el constructor de su propio conocimiento,
analizando, experimentando e investigando. Además se realiza una conexión de la
computadora mediante sensores, a través del puerto serial, con una parte externa a la
que denominamos el “Laboratorio de Cinemática” en donde el alumno puede demostrar
experimentalmente algunas leyes de la Cinemática.
Lo que se propone es una metodología didáctica basada en la resolución de problemas
por investigación, por parte de los alumnos, llevadas a cabo a través de simulaciones y
conexión con sensores,
que permitan el desarrollo de capacidades como: de
Comprensión de información, Indagación-experimentación y el desarrollo de actitudes.
Palabras Claves
Tecnologías de información y comunicación, Simulación por computadora, Enseñanza,
Aprendizaje exploratorio, constructivismo, Software Educativo, interacción.
-III-
Abstract
The Physics is a highly experimental science, which is within the area of Science,
Technology and Environment which aims to develop skills, abilities, knowledge and
science through experiential activities and investigations (BCD 2008). In addition one
of the key objectives in the teaching of physics is to establish a relationship between
objects, events and phenomena in the real world and the theories and models that allow
his students. These refer to worlds next schematized but different: The world of models
and signs with the real world of objects and events (Pontes 2006).
In this context suggests a multimedia application in the field of physics (Virtual Physics
Laboratory), mainly based on simulators, for the development of the most important
topics of physics, taking into account the constructivist approach to learning, where
students may be the builder of their own knowledge, analyzing, experimenting and
researching. In addition there is a connection from the computer through sensors, via the
serial port with an external party to which they call the "Kinematics Laboratory" where
students can demonstrate experimentally some laws of kinematics.
What is proposed is a teaching methodology based on solving problems through
research, by students, carried out through simulations and connection with sensors that
enable the development of skills such as: Understanding of information-Inquiry
experimentation and development of attitudes.
Key Words
Information and communication technologies, computer simulation, Education,
exploratory learning, constructivism, Educational Software, interaction.
-IV-
Agradecimientos
Al Magíster y amigo José Herrera, asesor de la presente tesis, siempre dispuesto a
escucharme y a ofrecerme las claves que me han permitido afrontar las dificultades
surgidas.
A mis alumnos y colegas, que sin ellos saberlo me estaban enseñando mucho más de lo
que había imaginado.
Además, quisiera hacer una mención especial: a mi familia, por allanarme el camino
que me ha permitido llegar hasta aquí; a mi madre, por su preocupación sincera durante
todos estos años.
Y por supuesto, quisiera dedicar este trabajo a la UNSA, mi Alma Mater, especialmente
a la Segunda especialidad en Ingeniería Informática y a la Maestría en Ciencias:
Informática por haber contribuido a mi formación profesional y personal, por haberme
transmitido la ilusión por la investigación.
-V-
Contenido
RESUMEN
...........................................................................................................III
ABSTRACT
.......................................................................................................... IV
AGRADECIMIENTOS .................................................................................................. V
CONTENIDO
.......................................................................................................... VI
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................16
CAPITULO 1.
1.1
PLANTEAMIENTO TEÓRICO .........................................................19
El problema. ...............................................................................................................19
1.1.1
Detalle del problema ...........................................................................................19
1.1.2
Relevancia...........................................................................................................20
1.1.3
Problema de investigación ..................................................................................20
1.2
Objetivos de la investigación .....................................................................................21
1.2.1
General................................................................................................................21
1.2.2
Específicos ..........................................................................................................21
1.2.3
Limitaciones de la propuesta ..............................................................................22
1.3
Variables e hipótesis ..................................................................................................22
1.3.1
Hipótesis .............................................................................................................22
1.3.2
Variables .............................................................................................................22
1.3.3
Indicadores propuestos para las variables...........................................................22
1.3.4
Para comprobar la variable dependiente .............................................................23
1.3.5
Instrumentos de medida ......................................................................................24
1.3.6
Muestra. ..............................................................................................................25
1.3.7
Metodología ........................................................................................................26
-VI-
CAPITULO 2.
2.1
FUNDAMENTOS TEÓRICOS.........................................................28
Aportaciones de la Psicología en la enseñanza de las ciencias ..................................29
2.1.1
Aprendizaje por asociación.................................................................................29
2.1.2
Aprendizaje por reestructuración........................................................................32
2.2
Modelos didácticos para la enseñanza de las ciencias ...............................................36
2.2.1
Enseñanza por descubrimiento ...........................................................................37
2.2.2
Enseñanza expositiva..........................................................................................37
2.2.3
Enseñanza mediante el conflicto cognitivo ........................................................38
2.2.4
Enseñanza mediante la investigación dirigida ....................................................39
2.2.5
Enseñanza por explicación y contrastación de modelos .....................................40
2.3
Contenidos procedimentales y actitudinales de ciencias experimentales ..................42
2.4
Resolución de problemas ...........................................................................................43
2.5
¿Qué es un simulador? ...............................................................................................46
2.6
¿Qué se entiende por interactividad educativa en la Web?........................................48
2.7
Programas de simulación ...........................................................................................49
2.8
Funciones que pueden desempeñar las TIC en la Educación ....................................50
2.8.1
El papel de las TICs en la formación de estudiantes de ciencias........................50
2.8.2
El papel de las TICs en la formación del profesorado ........................................52
2.9
Recursos informáticos para la enseñanza de las ciencias...........................................53
2.9.1
Implantación de las TICs como recursos educativos..........................................53
2.9.2
Tipos de recursos informáticos que puede utilizar el profesorado .....................55
2.9.3
La simulación como soporte de distintos tipos de representación......................59
2.9.4
Nuevas tecnologías de información y comunicación, interacción y
aprendizaje.........................................................................................................................61
2.9.5
El Constructivismo en la educación....................................................................61
CAPITULO 3.
ELEMENTOS Y TÉCNICAS DE LA PROPUESTA.
“LABORATORIO VIRTUAL DE FÍSICA”.....................................................................63
3.1
Diseño curricular nacional del área de ciencia, tecnología y ambiente .....................63
3.2
Diseño de software educativo ....................................................................................64
-VII-
3.3
Integración de las tecnologías de la información y comunicación en las
instituciones educativas.........................................................................................................67
3.4
La evaluación del software educativo ........................................................................69
3.5
La simulación por ordenador .....................................................................................70
CAPITULO 4.
4.1
LA PROPUESTA. “LABORATORIO VIRTUAL DE FÍSICA” ............75
Laboratorio virtual de Física ......................................................................................76
4.1.1
Uso de los simuladores. ......................................................................................76
4.1.2
Requerimientos mínimos ....................................................................................78
4.1.3
Características técnicas y didácticas ...................................................................80
4.1.4
Laboratorio de cinemática ..................................................................................84
4.1.5
Requerimientos funcionales y no funcionales del sistema .................................90
4.1.6
Diagrama de casos de uso...................................................................................92
CAPITULO 5.
5.1
ANÁLISIS Y DETERMINACIÓN DE LOS RESULTADOS ..............94
Situación de los alumnos en la fase pre-instructiva ...................................................94
5.1.1
Nivel de razonamiento lógico. ............................................................................94
5.1.2
Nivel de conocimiento conceptual......................................................................96
5.1.3
Nivel de conocimiento procedimental. ...............................................................96
5.1.4
Nivel de conocimiento actitudinal. .....................................................................98
5.1.5
Nivel de conocimiento de informática..............................................................100
5.2
Descripción de la fase instructiva ............................................................................101
5.3
Análisis de la actividad instruccional y de los resultados post-instruccionales .......102
5.3.1
Conocimiento conceptual. ................................................................................102
5.3.2
Conocimiento procedimental............................................................................108
5.3.3
Conocimiento actitudinal..................................................................................111
5.3.4
Opinión de los alumnos sobre las actividades con simulador. .........................118
5.3.5
Observaciones en el aula...................................................................................120
5.3.6
Estadísticas del rendimiento académico según registros oficiales de los
dos grupos (experimental y control)................................................................................120
5.3.7
Discusión de los resultados...............................................................................121
-VIII-
CAPITULO 6.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.................................123
6.1
Introducción .............................................................................................................123
6.2
Conclusiones en relación a los objetivos .................................................................123
6.3
Conclusiones en relación a la fase pre instruccional................................................124
6.4
Conclusiones en relación a la fase instruccional......................................................124
6.5
Conclusiones en relación a la fase post-instruccional..............................................125
6.6
Conclusiones en relación al entorno multimedia .....................................................125
6.7
Recomendaciones generales.....................................................................................126
BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................127
ANEXOS
........................................................................................................132
-IX-
Lista de Tablas
Tabla 1: Cuestionarios empleados ...........................................................................................24
Tabla 2: Alumnado participante en la fase de investigación ..................................................26
Tabla 3: Instrumentos de medida utilizados en la investigación .............................................27
Tabla 4: Contenidos procedimentales......................................................................................43
Tabla 5: Clasificación de los contenidos actitudinales ............................................................44
Tabla 6 : Fines y funciones de las TIC en la formación de los estudiantes .............................51
Tabla 7: Recursos informáticos que puede utilizar el profesorado de ciencias .......................55
Tabla 8: Diseño curricular del área de Ciencia, Tecnología y Ambiente ................................63
Tabla 9: Clasificación de los estudiantes según su nivel de razonamiento lógico. .................95
Tabla 10: Porcentaje de respuestas correctas para cada ítem del test de razonamiento
lógico .......................................................................................................................................95
Tabla 11: Distribución porcentual de las respuestas en el test sobre procedimientos
científicos.................................................................................................................................97
Tabla 12: Clasificación de los alumnos según su nivel de conocimiento procedimental........97
Tabla 13: Clasificación de los alumnos según su actitud hacia la ciencia...............................99
Tabla 14: Distribución porcentual de las respuestas de los alumnos a la primera parte
del test de Garcia....................................................................................................................100
Tabla 15: Distribución porcentual de las respuestas de los alumnos a la segunda parte
del test de García....................................................................................................................100
Tabla 16: Porcentaje de respuestas que mejoran y que se mantienen incorrectas en el
post-test con respecto al pre-test. ...........................................................................................103
Tabla 17: Porcentaje de respuestas que mejoran y que se mantienen incorrectas en el
post-test con respecto al pre-test. ...........................................................................................104
Tabla 18: Media y desviación típica de la puntuación obtenida en el pre-test y el posttest sobre conceptos por estudiantes con diferente habilidad para el razonamiento
lógico. ....................................................................................................................................105
-X-
Tabla 19: Media y desviación típica de la puntuación obtenida en el pre-test y en posttest sobre conceptos por estudiantes con diferente nivel de conocimiento informático. .......105
Tabla 20: Media y desviación típica de la puntuación obtenida en el pre-test y en el postest sobre conceptos por estudiantes que siguen una metodología diferente.........................106
Tabla 21: Porcentaje de respuestas que mejoran y que se mantienen incorrectas del pretest al post-test .......................................................................................................................109
Tabla 22: Media y desviación típica de la puntuación obtenida en el pre-test y el posttest sobre procedimientos científicos por estudiantes con diferente rendimiento
académico. .............................................................................................................................109
Tabla 23: Media y desviación típica de la puntuación obtenida en el pre-test y el posttest sobre procedimientos científicos por estudiantes con diferente nivel de
razonamiento lógico...............................................................................................................110
Tabla 24: Media y desviación típica de la puntuación obtenida en el pre-test y el posttest sobre procedimientos científicos por estudiantes con diferente nivel de
conocimiento informático. .....................................................................................................110
Tabla 25: Media y desviación típica de la puntuación obtenida en el pre-test y el posttest sobre procedimientos científicos por estudiantes que trabajan con distinta
metodología. ..........................................................................................................................111
Tabla 26: Media y desviación típica de la puntuación obtenida en el pre-test y el posttest sobre actitudes científicas por estudiantes con diferente rendimiento académico. .........112
Tabla 27: Media y desviación típica de la puntuación obtenida en el pre-test y el posttest sobre actitudes científicas por estudiantes con diferente nivel de razonamiento
lógico. ....................................................................................................................................112
Tabla 28: Media y desviación típica de la puntuación obtenida en el pre-test y el posttest sobre actitudes científicas por estudiantes con diferente nivel de conocimiento
informático.............................................................................................................................113
Tabla 29: Media y desviación típica de la puntuación obtenida en el pre-test y en el
post-test..................................................................................................................................113
Tabla 30: Media y desviación típica de la puntuación obtenida en el pre-test y el pos-test
de escala Likert sobre actitudes científicas por estudiantes que trabajan con distinta
metodología. ..........................................................................................................................114
-XI-
Tabla 31: Opinión del alumnado acerca de las actividades de investigación realizadas
con ayuda de los simuladores. ...............................................................................................118
Tabla 32: Porcentaje de estudiantes que considera difícil el desarrollo de cada una de las
etapas de la investigación. .....................................................................................................119
Tabla 33: Comparación del rendimiento académico en el área de Física, grupo de
control y grupo experimental.................................................................................................120
-XII-
Lista de Figuras
Figura 1: Mapa conceptual descriptivo del contenido de la tesis. ...........................................18
Figura 2: Árbol de Problemas..................................................................................................20
Figura 3: Organigrama del desarrollo de la investigación ......................................................26
Figura 4: Clasificación de las situaciones de aprendizaje........................................................36
Figura 5: Ejemplo de simulación de un sistema físico experimental. .....................................50
Figura 6: Relación entre la realidad física, modelos y símbolos .............................................60
Figura 7: Interacción con nuevas tecnologías..........................................................................61
Figura 8: Menú principal del programa de simulación “Laboratorio Virtual de Física”.........76
Figura 9: Primer paso a realizar al experimentar con el simulador. ........................................77
Figura 10: Segundo paso a realizar al experimentar con el simulador. ...................................77
Figura 11: Tercer paso a realizar al experimentar con el simulador........................................78
Figura 12: Presentación de una simulación como ejemplo......................................................78
Figura 13: Botones principales del programa ..........................................................................79
Figura 14: Diagrama de flujo de funcionamiento del “laboratorio virtual de Física” .............82
Figura 15: Esquema de armado del equipo “Laboratorio de Cinemática” ..............................84
Figura 16: Equipo para demostrar experimentalmente el valor de la gravedad Terrestre .......85
Figura 17: Equipo para demostrar experimentalmente las leyes del movimiento
parabólico.................................................................................................................................85
Figura 18: Interfaz para comprobar el valor de la gravedad terrestre......................................86
Figura 19: Interfaz para comprobar leyes de movimiento semi parabólico ............................87
Figura 20: Interfaz para comprobar las leyes del movimiento parabólico .............................87
Figura 21: Interfaz de ayuda del sistema .................................................................................88
Figura 22: Puerto serial de la computadora .............................................................................88
Figura 23. Esquema principal de armado el Laboratorio de Cinemática................................90
Figura 24: Diagrama de casos de uso del alumno ...................................................................92
-XIII-
Figura 25: Diagrama de casos de uso del Profesor..................................................................92
Figura 26: Diagrama de secuencias .........................................................................................93
Figura 27: Distribución porcentual de las puntuaciones obtenidas en el test de
razonamiento lógico.................................................................................................................95
Figura 28: Distribución porcentual de las puntuaciones obtenidas en el test sobre
conceptos de Mecánica Newtoniana........................................................................................96
Figura 29: Distribución porcentual de las puntuaciones obtenidas en el test sobre
procedimientos científicos .......................................................................................................97
Figura 30: Distribución porcentual de las puntuaciones obtenidas en el test de Penichet
y Mato. .....................................................................................................................................98
Figura 31: Distribución porcentual de tiempo promedio dedicado por los alumnos
diariamente al uso de la computadora en casa. ......................................................................101
Figura 32: Distribución porcentual del número de aplicaciones informáticas utilizadas
por los alumnos......................................................................................................................101
Figura 33: Distribución porcentual de las puntuaciones obtenidas en el post-test sobre
conceptos ...............................................................................................................................103
Figura 34: Comparación entre el porcentaje de respuestas correctas al pre-test y al postest sobre conceptos. ..............................................................................................................104
Figura 35: Distribución porcentual de las puntuaciones obtenidas en el post-test sobre
procedimientos científicos, en las que se indica dentro de las barras el porcentaje
correspondiente a cada puntuación ........................................................................................108
Figura 36: comparación de los resultados obtenidos para cada ítem en el pre-test y en el
pos-test sobre procedimientos................................................................................................108
Figura 37: Distribución porcentual de las puntuaciones obtenidas en el pos-test de
escala Likert sobre actitudes. .................................................................................................111
Figura 38: Comparación de las respuestas en el pre-test y en el post-test para los cuatro
primeros ítems del cuestionario de García.............................................................................115
Figura 39: Comparación de las respuestas en el pre-test y en el post-test para los ítems
del cuestionario de García comprendidos entre el 5 y el 8. ...................................................116
-XIV-
Figura 40: Comparación de las respuestas en el pre-test y en el post-test para los ítems
del cuestionario de García comprendidos entre el 9 y el 11. .................................................117
Anexos
Anexo 1: Test conceptual: .....................................................................................................133
Anexo 2: Lista de control para evaluación de software.........................................................135
Anexo 3: Situaciones problemáticas para familiarizar a los alumnos con la metodología
Hipotética-deductiva..............................................................................................................136
Anexo 4: Test de Penichet y Mato.........................................................................................137
Anexo 5: Test de García ........................................................................................................138
Anexo 6: Test de conocimientos de informática ...................................................................140
Anexo 7: Test sobre procedimientos .....................................................................................141
Anexo 8: Test de razonamiento lógico ..................................................................................144
Anexo 9: Encuesta de opinión sobre las actividades utilizando como herramienta la
computadora...........................................................................................................................149
Anexo 10: Análisis estadístico...............................................................................................150
Anexo 11: Contenido del CD ROM ......................................................................................154
Anexo 12: Programación en Visual Basic para comandar el Laboratorio de Cinemática.....155
Anexo 13: Diagrama de clases de la aplicación multimedia .................................................157
Anexo 14: Diagrama de casos de uso de la aplicación multimedia.......................................158
Anexo 15: Diagrama de secuencias de la aplicación multimedia..........................................159
Anexo 16: Criterios de evaluación de usabilidad de la aplicación multimedia .....................160
-XV-
Introducción
A lo largo de la historia los docentes han tratado de utilizar diferentes recursos para mejorar la
manera en que facilitan el logro de conocimientos por parte de sus estudiantes, de manera
análoga el hombre ha tratado de desarrollar nuevos recursos tecnológicos que le permitan
llevar a cabo sus actividades de una forma más óptima, como parte de ello se origino un
crecimiento y un desarrollo considerable en las llamadas tecnologías de la información y la
comunicación, de la cual el docente se ha beneficiado e incorporado como técnica novedosa
en el ejercicio de su labor.
La Física como área fundamental del conocimiento no ha escapado a este hecho y como nos
expresa Santandreau (2005): “La incorporación de las TIC en los procesos de enseñanzaaprendizaje (E/A) de las Instituciones Educativas en los últimos años es ya una realidad de la
que también se hace parte la Física” (Pág. 65).
La educación en todos los niveles está atravesando un cambio de paradigmas orientado hacia
un modelo activo, participativo y horizontal, dejando atrás la concepción de la enseñanza y
aprendizaje como transmisión y observación (Rivas, 1996), abriéndole las puertas a nuevas
estrategias para el aprendizaje, fundamentadas en un “aprendizaje significativo”, siendo esta
una actividad cognoscitiva compleja que involucra condiciones internas y externas del
aprendiza. (Camacho, 1997).
Es por ello que las nuevas tecnologías surgen con el fin de satisfacer estas necesidades,
utilizando la computadora como medio de soporte para las herramientas informáticas que
generan productos adecuados a las nuevas exigencias del mercado educativo.
Frecuencia, los productos informáticos para la enseñanza de la Física, y en general para
cualquier contenido educativo, desaprovechan el potencial didáctico de la computadora.
La presente tesis aporta con el desarrollo de una aplicación multimedia, basada
fundamentalmente en simuladores (Laboratorio Virtual de Física), fundamentado sólidamente
en una metodología basada en la resolución de problemas con apoyo de los simuladores, para
que se constituya en un recurso didáctico que potencia nuevos aprendizajes tanto en los
alumnos como en el profesor y también una conexión con sensores que se realiza para
-16-
demostrar algunas leyes de la Física en forma experimental a la que se denomina el
“Laboratorio de Cinemática”.
En el desarrollo de la tesis se comprueba que el software educativo fundamentado
sólidamente en la didáctica de la disciplina enseñada, sometido a una evaluación formativa en
el aula y utilizado por los estudiantes mediante una estrategia adecuada, constituye un recurso
didáctico que potencia nuevos aprendizajes tanto en los alumnos como en el profesor.
En consecuencia, El software educativo de “simulación de fenómenos físicos por
computadora”, y la conexión con sensores de la computadora, que comenzó siendo una
experiencia de innovación, se convierte en una investigación.
A continuación se detalla la estructura de la tesis.
Capitulo 1: Planteamiento teórico
En este capítulo se detalla la metodología seguida para el desarrollo de la investigación.
Capitulo 2: Fundamentos teóricos
En este capítulo se establece los fundamentos de la investigación referidos a la Didáctica de
las Ciencias Experimentales, la Psicología del aprendizaje y la Informática Educativa referida
fundamentalmente a simuladores en la enseñanza de la Física.
Capitulo 3: Elementos y técnicas de la propuesta. “El Laboratorio Virtual de Física”
En este capítulo se presentan la propuesta del software educativo multimedia, implementado
fundamentalmente con simuladores, denominado “Laboratorio Virtual de Física”.
Además se presenta el denominado “laboratorio de Cinemática” a través de la conexión
mediante sensores al puerto serial de la computadora, donde se demuestra algunas leyes de la
Cinemática en forma experimental.
Capitulo 4: La propuesta
En este capítulo se propone la aplicación multimedia desarrollada en base a la resolución de
problemas por investigación mediante simuladores.
Capitulo 5: Análisis e interpretación de los resultados.
Se explican los procedimientos y pruebas realizadas con el software educativo, para demostrar
nuestra hipótesis.
-17-
Con la finalidad de tener una visión general del tema, se muestra un organigrama general de la
tesis con objeto de facilitar su lectura (figura 1).
Fase Pre-instruccional
Son evaluados en la
Ideas previas
Nivel formal de
Comprensión de
Indagación y
razonamiento
información
experimentación
Considera
Actitudes
Asume como capacidades a desarrollar
Fundamenta
Psicología cognitiva
Didáctica de las ciencias
experimentales
Secundario
Física, área de CTA
Se inspira
En el dominio de
En el nivel
Proceso de construcción de
Lo concibe como
Enfoque constructivista
conocimientos
del aprendizaje
Favorece el
Se concreta en el aula mediante
Actividades de investigación
Como
Resolución de
problemas
Se adopta en la
Investigación de la
La computadora como
Tesis
herramienta cognitiva
Es creado en el marco de
Es usado por los
Alumnos para la
Concibe el
Entorno de aprendizaje mediante simulación
por computadora de fenómenos físicos
Figura 1: Mapa conceptual descriptivo del contenido de la tesis.
Fuente: Elaboración propia
-18-
Capitulo 1.
Planteamiento Teórico
1.1
El problema.
Enseñanza conductista de la Física, basada en enfoques tradicionales,
como consecuencia de un limitado uso de herramientas multimedia.
1.1.1 Detalle del problema
En la actualidad en la mayoría de Instituciones Educativas el proceso de enseñanzaaprendizaje de la Física se lleva acabo en un ambiente conductista, de forma tradicional o
teórica ocasionados por diversos factores como la escasa producción de aplicaciones
multimedia adecuadas a nuestra realidad educativa, y que sea capaz de demostrar los diversos
fenómenos físicos en forma experimental y donde se pueda desarrollar la simulación de
situaciones del mundo físico. Además de poder visualizar fenómenos que no pueden
reproducirse en un laboratorio tradicional.
El aprendizaje de la Física es eminentemente experimental donde el alumno pueda aplicar sus
experiencias previas y luego comprobar los fenómenos físicos en la práctica.
Podemos resumir el detalle de problema así: (Véase figura 2: Árbol de problemas).
En esta propuesta se verá cada punto del problema propuesto analizando soluciones
vinculadas en su contexto.
-19-
Aprendizaje basado en enfoques
conductistas o tradicionales
Desconocimiento de
Enseñanza conductista de la Física,
como consecuencia de un limitado
uso de herramientas multimedia
metodologías pedagógicas
Limitadas aplicaciones
multimedia de Física adecuadas
a nuestra realidad educativa
Figura 2: Árbol de Problemas.
Fuente: Elaboración Propia.
1.1.2 Relevancia
La aplicación multimedia propuesta ocupó el primer puesto a nivel nacional en el concurso
organizado por Interbank “El Maestro Que Deja Huella 2008”, debido a la importancia que
tienen los proyectos que ayuden a mejorar la calidad educativa mediante el uso de las nuevas
tecnologías, además la finalidad de la investigación se alinea con el Plan Nacional de
Innovación en la enseñanza de la Ciencia y Tecnología, donde se ve como un factor crítico e
importante las TIC’s y Educación.
1.1.3 Problema de investigación
La enseñanza conductista de la Física, como consecuencia de un limitado uso de herramientas
multimedia adecuados a nuestra realidad educativa, que trae como consecuencia un
aprendizaje teórico de los conceptos de la Física por lo que no son comprendidos en su real
dimensión.
En la enseñanza de la Física es necesario introducir gran cantidad de conceptos y fenómenos,
controlados por variables espaciales y temporales, cuya captación plena por parte de los
alumnos resulta francamente difícil, sobre todo cuando no se dispone de la posibilidad de
visualización animada del fenómeno en cuestión, sino únicamente de la visión estática que se
-20-
pueda realizar en la pizarra. Estas dificultades, junto a otras intrínsecas de la Física, hacen que
sea generalmente considerada por los alumnos como una materia árida y difícil, y
desgraciadamente con demasiada frecuencia, les lleva a un aprendizaje no significativo; es
decir, a un conocimiento absurdo de fórmulas y rutinas matemáticas, sin comprender
realmente el proceso físico que esas ecuaciones describen.
El uso de las nuevas tecnologías informáticas abre grandes posibilidades de atenuar las
dificultades apuntadas en el párrafo anterior. En la última década se han desarrollado
bastantes programas informáticos de uso didáctico, de los cuales nos parecen más interesantes
aquellos que, no sólo hacen posible visualizar un fenómeno físico en la pantalla del
computador, sino que además permiten interaccionar con él. Con este tipo programas,
denominados genéricamente simulaciones informáticas, el usuario puede modificar variables,
predecir resultados, realizar medidas, etc., permitiendo una auténtica experimentación
simulada con aspectos que serían difíciles de reproducir realmente en los laboratorios
escolares.
De este modo, el monitor del computador puede convertirse en una pizarra animada e
interactiva, que suponga una eficaz ayuda para conseguir que los alumnos adquieran un
conocimiento significativo.
1.2
Objetivos de la investigación
1.2.1 General
Proponer una Aplicación Multimedia, implementada con simuladores,
determinando la influencia que ejerce en el aprendizaje por investigación
de la física en el nivel secundario.
1.2.2 Específicos
1. Identificar las bases teóricas y psicológicas que fundamentan la investigación realizada.
2. Comprobar que una metodología didáctica basada en la resolución de problemas mediante
investigaciones llevadas a cabo con un programa de simulación y dirigidas por el profesor,
permite el desarrollo de capacidades en el nivel de educación secundaria.
-21-
3. Involucrar a los estudiantes del nivel secundario en la cultura científica actual por medio
de la simulación por computadora como una herramienta fundamental para la
investigación y la experimentación.
1.2.3 Limitaciones de la propuesta
En cuanto a la propuesta, nos limitamos a la presentación de la aplicación multimedia, basado
en simuladores, elaborados con una metodología de resolución de problemas mediante
investigación a través de simuladores, los cuales son aplicados a los alumnos del quinto grado
del nivel secundario de la I.E. “Juan Velasco Alvarado”, contribuyendo a desarrollar el área
de Física desde un enfoque constructivista, a través de la resolución de problemas mediante
investigación aplicando simuladores, donde el alumno es el agente activo en la adquisición de
conocimiento.
1.3
Variables e hipótesis
1.3.1 Hipótesis
La propuesta de una aplicación multimedia, implementada con
simuladores, influye en el proceso de aprendizaje por investigación de la
Mecánica Newtoniana, desde un enfoque constructivista.
1.3.2 Variables
X: Aplicación multimedia
Y: Simuladores
Z: Aprendizaje por investigación
X
^ YÆ Z
1.3.3 Indicadores propuestos para las variables
1.3.3.1 Conocimiento conceptual
Obtenido a partir del test sobre conceptos de Mecánica newtoniana diseñado por el autor de la
tesis.
-22-
1.3.3.2 Conocimiento procedimental
Obtenido a partir del test sobre procedimientos científicos. TIPS (Test of Integrated Process
Skills) elaborado y validado por Dillashaw y okay. (Dillashaw, F. G. y Okay, J. R. 1980).
1.3.3.3 Actitud hacia la ciencia
Obtenido a partir de un test de escala de Likert elaborado y validado por Penichet y Mato.
(Penichet, A. y Mato, M.C. 1999).
1.3.3.4 Conocimiento de informática
Obtenido a partir del test elaborado por el autor de la tesis para evaluar el nivel de
conocimiento de distintos programas informáticos.
1.3.3.5 Nivel de razonamiento lógico
Obtenido a partir del test de razonamiento lógico elaborado y validado por Acevedo y Oliva.
(Acevedo, J. A. y Oliva, J. M. 1995).
1.3.3.6 Rendimiento académico
Obtenido de las calificaciones en el curso de Física durante el año académico 2008
1.3.4 Para comprobar la variable dependiente
En este caso recogemos las puntuaciones que informan del nivel de aprendizaje alcanzado por
el alumno, y de su evolución, como consecuencia de las distintas actuaciones instructivas
diseñadas al efecto:
a. Puntuación del post-test conceptual.
b. Puntuación del post-test procedimental.
c. Puntuación del post-test de actitud hacia la ciencia.
d. Variación de puntuación entre pre-test y post-test conceptuales.
e. Variación de puntuación entre pre-test y post-test procedimentales.
f. Variación de puntuación entre pre-test y post-test de actitud hacia la ciencia.
-23-
1.3.5 Instrumentos de medida
La tabla 1 muestra los instrumentos utilizados para diagnosticar los indicadores. A
continuación, se relacionan y se describen brevemente cada uno de los instrumentos de
medida aplicados en la investigación para diagnosticar algunas de los indicadores empleados.
Tabla 1: Cuestionarios empleados
Indicadores
Conocimiento Conceptual
Instrumentos de Medida
Cuestionario Conceptual
(Comprensión de información)
Conocimiento procedimental
(Indagación y experimentación)
Test de opción múltiple sobre procedimientos científicos,
extraído del TIPS (Test of Integrated Process Skills)
Actitud hacia la ciencia
Test de escala de Likert
Conocimiento de Informática
Cuestionario sobre el uso y conocimiento de la computadora
Habilidad para el razonamiento lógico
Test de razonamiento lógico
1.3.5.1 Test conceptual (comprensión de información)
Una serie de preguntas abiertas que permiten explicar las ideas previas de los
alumnos y el grado de comprensión de conceptos referentes a la cinemática y la
dinámica del punto material (véase anexo 1). En la puntuación de los test sólo
influyen los ítems respondidos correctamente, valorándose cada uno de ellos con
un punto.
1.3.5.2 Test de opción múltiple sobre procedimientos científicos.
Extraído del TIPS (Test of Integrated Process Skills) elaborado y validado por
Dillashaw y Okey. (Dillashaw, F. G. y Okey, J. R. 1980) Los ítems están referidos
a los procedimientos de formulación de hipótesis, definición operacional de
variables, control y manipulación de variables, planificación de investigaciones e
interpretación de datos (véase anexo 7).
1.3.5.3 Test de escala de Likert.
Elaborado y validado por Penichet y Mato (1999) para diagnosticar la actitud de
los estudiantes hacia la ciencia (véase anexo 4).
-24-
1.3.5.4 Cuestionario sobre el uso y conocimiento de la computadora.
En el que se recoge información de los alumnos sobre su dominio del software de
propósito general y específico, el tiempo dedicado diariamente al uso del
ordenador y la opinión personal sobre la informática (véase anexo 6).
1.3.5.5 Test CAME (cognición, acción y metodología).
De actitudes científicas elaborado y validado por García (García, J. J. 2000), que
utiliza los siguientes indicadores (uno para cada ítem): como componente
comportamental, la multicausalidad, el enfoque teórico-práctico, el pensamiento
divergente, la multicontextualización, la apertura cognoscitiva, el enfoque
relacional y el carácter social del conocimiento; como componente afectivo, la
persistencia, la preferencia, la aceptación y el rol activo; como componente
cognitivo, las concepciones sobre el origen, la función, la validez y los límites de
la ciencia (véase anexo 5).
1.3.5.6 Registro de evaluación del año académico 2008.
Se analizaran los registros de evaluación del año académico 2008 de los alumnos
de 5º grado de secundaria, secciones “A” y “B”, en sus tres capacidades:
Comprensión de Información, Indagación y experimentación, y actitudes. De los
cuales la sección del 5º “A” se constituye en el grupo experimental y la sección
del 5º “B” se constituye en el grupo de control.
1.3.6 Muestra.
La investigación se ha llevado a cabo con 58 alumnos del quinto grado de educación
secundaria de la I.E. “Juan Velasco Alvarado” del Distrito de la Joya, Departamento de
Arequipa.
De los 58 alumnos 27 corresponden a la sección “A” (grupo experimental), y 31 alumnos de
la sección 5º “B” (grupo de control).
Con la sección del 5º “A” se ha trabajado utilizando los simuladores en la conducción del
proceso de enseñanza-aprendizaje, durante todo el año académico 2008.
En cambio con la sección del 5º “B” se ha trabajado con una metodología tradicional,
utilizando como materiales, solamente la pizarra y la mota.
-25-
Tabla 2: Alumnado participante en la fase de investigación
GRUPO
GRADO
Nº DE ESTUDIANTES
experimental
5º A
27 estudiantes
control
5º B
31 estudiantes
Total
58 estudiantes
1.3.7 Metodología
Se inicia la investigación realizando un análisis de algunas de las herramientas de simulación
mas importantes que ya fueron diseñadas e implementadas en el campo de la Física, para
luego analizar los fundamentos teóricos de la investigación desde diferentes puntos de vista, y
finalmente se desarrolla nuestra propuesta.
1.3.7.1 Desarrollo de la investigación
Durante el año académico 2008 la investigación se lleva a cabo con los alumnos del 5º año de
secundaria de las secciones “A” y “B” de la I.E. “Juan Velasco Alvarado”. El grupo
experimental está constituido por 27 alumnos de la sección del 5º “A”, mientras que el grupo
de control lo forman los alumnos de la sección de 5º “B”, integrado por 31 alumnos, que
siguen una metodología tradicional.
A continuación se muestra en forma detallada la primera fase de la investigación seguida:
Test de razonamiento lógico y conocimientos
Pre test conceptual, procedimental y actitudinal
Grupo de control
Grupo experimental
Post test conceptual, procedimental, actitudinal
Figura 3: Organigrama del desarrollo de la investigación
Fuente: Elaboración propia
-26-
1.3.7.2 Análisis de datos
Como se muestra en la tabla 3, los datos recogidos en el aula han sido sometidos a distintos
análisis en función de la naturaleza del instrumento de medida.
El análisis cualitativo pretende descubrir regularidades y cambios en el comportamiento, en el
modo de razonar y de resolver un problema, en la comunicación entre alumnos, en la relación
profesor-alumno, en la interacción alumno-computador, etc.
Por otro lado, el análisis cuantitativo busca posibles correlaciones estadísticamente
significativas entre variables independientes (rendimiento académico, conocimientos
informáticos) y cambios en los test conceptuales, procedimentales y actitudinales. Asimismo,
detecta posibles cambios estadísticamente significativos entre las respuestas a los pre-test y a
los post-test.
Tabla 3: Instrumentos de medida utilizados en la investigación
ANÁLISIS CUALITATIVO
ANÁLISIS
CUANTITATIVO
Test Conceptual
X
X
Test procedimental (Dilashaw y Okey)
X
X
INSTRUMENTOS DE MEDIDA
Test actitudinal de escala de Likert (Penichet y Mato)
X
Test sobre actitudes (Garcia)
X
Test de razonamiento lógico (Acevedo y Oliva)
X
Observaciones en el Aula
X
Actividad de investigación
X
X
Cuestionario sobre el uso y conocimientos de la computadora
X
Cuestionario de evaluación del software educativo
X
-27-
Capitulo 2.
Fundamentos teóricos
En este capítulo se presentan los fundamentos teóricos pertenecientes al área los simuladores
en la enseñanza-aprendizaje de la Física y diversas teorías robustecen y enmarcan la
propuesta.
Como afirma Giordan, “Una democracia exige a sus ciudadanos tener acceso a un nivel de
conocimiento científico suficiente, sobre todo en una sociedad como la actual, hipercientífica
e hipertecnificada, que les permita adoptar sus propias decisiones, así como formarse una
opinión fundamentada acerca de los debates suscitados en su comunidad”. (Giordan, A.
1999)
En consecuencia, la educación científica no puede limitarse a la adquisición de saberes
puramente formales, sino que también debe procurar la adquisición de una actitud asentada en
la capacidad de asombro, la confianza en sí mismo y el espíritu crítico, así como de
habilidades científicas experimentales.
Actualmente existe un consenso en considerar que la labor de la educación científica es lograr
que los estudiantes construyan actitudes, procedimientos y conceptos y, además, sepan
transferirlos a nuevos contextos y situaciones.
Sobre esta premisa, el currículo de ciencias debe servir como una auténtica ayuda pedagógica,
permitiendo al alumno acceder a formas de conocimiento que por sí mismo le serían ajenas,
reduciendo así la distancia entre la mente del alumno y el discurso científico.
Con este fin, el profesor debería adoptar explícita y fundamentadamente una estrategia
didáctica determinada; aunque la realidad escolar muestra que generalmente el profesor
construye, a partir de su formación científica y experiencia cotidiana, un modelo didáctico
implícito acorde con la denominada hipótesis de la compatibilidad (Pozo, J. I. y Gómez, M.
A. 1998).
-28-
Según esta hipótesis, la meta de la educación científica es completar la mente del alumno, más
que cambiar su organización, ya que el conocimiento cotidiano es compatible con el
científico.
En este modelo de transmisión-recepción, el profesor es un mero proveedor de conocimientos
verbales, ya elaborados y preparados para ser “consumidos”, y el alumno es el consumidor de
esos conocimientos acabados, presentados casi como hechos. Esto induce al estudiante a
confundir los modelos teóricos con los objetos reales.
La enseñanza por transmisión-recepción presenta un soporte psicológico conductista, al
considerar la mente del estudiante como una tabla rasa sobre la que se registran los
conocimientos.
En cuanto a su fundamento epistemológico, se asume que los conocimientos científicos
representan imágenes fieles y exactas de la realidad, cuya acumulación progresiva forma un
cuerpo cerrado de conocimientos llamado Ciencia.
A continuación, este capítulo expone los fundamentos teóricos sobre los que se asienta la
investigación desarrollada.
2.1
Aportaciones de la Psicología en la enseñanza de las ciencias
2.1.1 Aprendizaje por asociación
La conducta o el conocimiento humano deben estudiarse a partir de sus unidades
constituyentes básicas (principio del atomismo). Por tanto, cualquier actividad humana estaría
compuesta por una serie de unidades de pequeña escala: estímulos y respuestas en las teorías
conductistas, o secuencias de condicionamiento en las teorías del procesamiento de
información.
Estas unidades mínimas se combinan, de modo que una conducta o un conocimiento es un
agregado de las unidades constituyentes más simples (principio de asociacionismo).
Las leyes de la contigüidad y de la repetición rigen la yuxtaposición de las unidades mínimas.
En consecuencia, el aprendizaje es concebido como un efecto acumulativo de la práctica (ley
del ejercicio de Thorndike), procediendo de lo simple a lo complejo, en el que las
asociaciones ya establecidas pueden interferir con los nuevos aprendizajes.
-29-
2.1.1.1 Asociacionismo conductual
Toda actividad humana se reduce a sus aspectos conductuales observables, de manera que lo
aprendido es siempre la asociación entre un estímulo y una respuesta manifiesta
(condicionamiento clásico de Pavlov) o entre una respuesta manifiesta y un cambio
contingente en el medio (condicionamiento instrumental de Skinner).
Como se analizará más adelante, la teoría de Skinner inspiró las primeras aplicaciones
informáticas en la educación.
2.1.1.2 Teorías computacionales o del procesamiento de la información
Aunque pueden ser consideradas como versiones sofisticadas del conductismo, representan la
tradición cognitiva de naturaleza mecanicista y asociacionista. (Pozo, J. I. 1994).
Estas teorías asumen que unas pocas operaciones simbólicas relativamente básicas, tales
como codificar, comparar, localizar, almacenar, etc., bastan para dar cuenta de la inteligencia
humana y de la capacidad de crear conocimientos e innovaciones.
El ordenador se adopta como metáfora del funcionamiento cognitivo humano. Esta metáfora
presenta dos versiones: una fuerte, con un programa de principios coherente y contrastable,
que admite una equivalencia funcional entre ambos sistemas y otra débil, con un programa
vago e indefinido, que no acepta tal equivalencia pero sí admite el vocabulario y los
conceptos informáticos.
El ser humano, como el ordenador, es concebido como un sistema “informívoro”, en el
sentido de que ambos constituyen sistemas cognitivos cuyo “alimento” es la información y
cuya estructura básica es la memoria. Por tanto, la mente es un procesador de información que
necesita los siguientes elementos: una entrada y salida que le permitan relacionarse con el
ambiente externo; una memoria (de corto y largo plazo) que le permita almacenar y tener la
estructura simbólica; una serie de procesos que reciben como entrada una secuencia de
símbolos y producen como resultado otra combinación de símbolos; y finalmente un control
de la conducta del sistema, que tenga acceso y sea capaz de evocar e interpretar entradas y
salidas de los procesos.
En definitiva, cualquier proceso cognitivo puede ser comprendido reduciéndolo a las unidades
mínimas de que está compuesto.
-30-
2.1.1.2.1 Teoría ACT (Adaptive Control of Thought) de Anderson
Esta teoría está orientada fundamentalmente a la adquisición de destrezas. Asume que “todos
los procesos cognitivos superiores, como memoria, lenguaje, resolución de problemas,
construcción de imágenes, deducción e inducción son manifestaciones diferentes de un mismo
sistema subyacente”. Presupone la existencia de dos memorias a largo plazo (declarativa y
procedimental) y una memoria de trabajo. La memoria procedimental está formada por reglas
de producción (condición-acción). La memoria declarativa contiene conocimiento descriptivo
del mundo, organizado en una red jerárquica.
Cuando el conocimiento declarativo activo en la memoria de trabajo satisface, al menos
parcialmente, alguna condición de las reglas de producción, entonces se ejecutará la acción
correspondiente a la regla activada.
El aprendizaje se lleva a cabo en tres fases: interpretación declarativa, durante la cual la
información recibida es codificada en la memoria declarativa; compilación, en la que se
elaboran versiones procedimentales del conocimiento declarativo, reestructurando las reglas
mediante la fusión de una secuencia de reglas en una sola; ajuste, mediante la generalización,
discriminación y fortalecimiento de las nuevas reglas de producción.
2.1.1.2.2 Teoría de los esquemas
Un esquema es una estructura de datos para representar conceptos genéricos almacenados en
la memoria. Estos datos constituyen conocimiento declarativo y procedimental.
Además, los esquemas pueden encajarse unos en otros según distintos niveles de abstracción.
El aprendizaje se produce en tres fases: crecimiento, durante el cual se acumula nueva
información en los esquemas ya existentes; ajuste, por el cual se modifica un esquema sin
cambiar su estructura interna; y reestructuración, cuando se generan nuevos esquemas
mediante inducción y analogía.
Esta teoría presenta un carácter constructivista estático, en el sentido de que se interpreta la
realidad a partir de los esquemas de conocimiento previos.
2.1.1.2.3 Teoría de los modelos mentales
Esta teoría se basa en reglas de producción organizadas en unidades significativas de
representación, denominadas modelos mentales.
-31-
El concepto de modelo mental se fundamenta en la idea de que los sistemas cognitivos
construyen modelos de las situaciones con las que interactúan, que les permiten no sólo
interpretarlas sino también hacer predicciones a partir de ellas. Por tanto, el modelo mental es
una representación dinámica e implícita en la memoria.
En cualquier momento, el sistema puede disponer de muchas reglas activadas
simultáneamente, llevándose a cabo un procesamiento de la información en paralelo. Los
conceptos se formarán a partir de reglas con condiciones similares. Las reglas compiten por
ser activadas, consiguiéndolo aquellas que reúnan ciertos requisitos, tales como: proporcionar
una descripción de la situación actual, haber acumulado una historia de utilidad para el
sistema, producir la descripción más completa y tener la mayor compatibilidad con otra
información activa en ese momento.
El aprendizaje se realiza mediante la evaluación y perfeccionamiento de las reglas
disponibles, la generación de nuevas reglas y la formación de asociaciones de reglas.
2.1.2 Aprendizaje por reestructuración
Estas teorías representan la tradición cognitiva de naturaleza organicista y estructuralista.
Pozo califica a estas teorías del aprendizaje como de verdaderamente constructivistas.
Las teorías del aprendizaje por reestructuración admiten que los conocimientos no se
acumulan, sino que se organizan en estructuras.
Por tanto, el aprendizaje constituye el proceso por el que cambian esas estructuras, haciéndose
cada vez más complejas. El significado de un concepto se establece a partir de otros
conceptos dentro de una estructura general.
2.1.2.1 Psicología de la Gestalt
Esta teoría supera el enfoque atomista del aprendizaje por asociación, rechazando la idea de
que el todo es igual a la suma de sus partes componentes.
El aprendizaje se realiza mediante una reorganización de la estructura global de los
conocimientos mediante la comprensión súbita de los problemas (insight), por lo que se
concede más importancia a la comprensión que a la simple acumulación de conocimientos.
En consecuencia, la psicología de la Gestalt distingue entre pensamiento productivo,
implicado en el descubrimiento de una nueva organización perceptiva o conceptual con
-32-
respecto a un problema, y pensamiento reproductivo, consistente en aplicar fórmulas o
conocimientos previamente adquiridos a situaciones nuevas.
Se considera más eficaz el aprendizaje comprensivo o por reestructuración que el aprendizaje
memorístico o asociativo.
Asimismo, esta teoría destaca los posibles efectos negativos de la experiencia previa para los
nuevos aprendizajes mediante el concepto de fijeza funcional.
2.1.2.2 Teoría de la equilibración de Piaget
El comportamiento y el aprendizaje humanos deben interpretarse en términos de equilibrio.
Así, el aprendizaje se produciría cuando tuviera lugar un desequilibrio o un conflicto
cognitivo entre dos procesos complementarios, que son la asimilación y la acomodación.
Mediante la asimilación, el sujeto interpreta la información que proviene del medio en
función de sus esquemas o estructuras de conocimiento disponibles.
La acomodación es la modificación de un esquema asimilador o de una estructura, causada
por los elementos que se asimilan. Por tanto, la acomodación supone no sólo una
modificación de los esquemas previos, en función de la información asimilada, sino también
una nueva asimilación o reinterpretación de los datos o conocimientos anteriores, en función
de los nuevos esquemas construidos.
El progreso de las estructuras cognitivas se basa en una tendencia a un equilibrio creciente
ente ambos procesos.
Este equilibrio se produce en tres niveles de complejidad creciente:
a.
Los esquemas del individuo deben estar en equilibrio con los objetos que asimilan.
b.
Los diversos esquemas del individuo deben estar en equilibrio entre sí.
c.
Los esquemas previamente diferenciados deben alcanzar una integración jerárquica.
Piaget diferencia dos tipos de respuesta a los estados de desequilibrio: respuesta no
adaptativa, en la que no existe aprendizaje, ya que el sujeto no toma conciencia del conflicto
existente y, por tanto, no modificará sus esquemas; respuesta adaptativa, en la que el sujeto
es consciente de la perturbación e intenta resolverla.
-33-
2.1.2.3 Teoría del aprendizaje de Vygotskii
Considera que el ser humano no se limita a responder a los estímulos sino que actúa sobre
ellos, transformándolos. Esto es posible gracias a la mediación de instrumentos que se
interponen entre el estímulo y la respuesta.
Frente a la cadena de estímulos y respuestas del asociacionismo, Vygotskii propone un ciclo
de actividad en el que, gracias al uso de instrumentos mediadores, el sujeto actúa y modifica
el estímulo, no limitándose a responder ante su presencia de modo reflejo. Los mediadores
son instrumentos que transforman la realidad en lugar de imitarla.
Vygotskii considera que la adquisición de conocimiento comienza siendo interpersonal, en el
sentido de que el conocimiento es objeto de intercambio social, para a continuación hacerse
intrapersonal cuando es internalizado por el individuo.
La formación de significados como proceso de internalización supone una posición teórica
mediadora entre la idea asociacionista de que los significados se toman del exterior, de
acuerdo con el principio de correspondencia, y la teoría de Piaget según la cual el sujeto
construye sus significados de forma autónoma.
En este sentido, reestructuración y acumulación asociativa, lejos de ser excluyentes,
constituyen procesos interdependientes.
Asimismo, esta teoría del aprendizaje diferencia entre niveles de desarrollo efectivo y de
desarrollo potencial. El primero está determinado por lo que el individuo consigue hacer de
manera autónoma, mientras que el otro nivel representa lo que sería capaz de hacer con ayuda
de otras personas o de instrumentos mediadores.
La diferencia entre el desarrollo efectivo y el desarrollo potencial, denominada zona de
desarrollo potencial, debe ser objeto de atención preferente en el aprendizaje.
La teoría de Vygotskii considera que los individuos presentan dos sistemas de conceptualizar
la realidad que interaccionan entre sí: uno basado en categorías difusas o probabilísticas, y
otro consistente en conceptos clásicos o lógicamente definidos.
Entre las categorías difusas se encuentran los denominados pseudoconceptos, que representan
agrupaciones de objetos a partir de sus rasgos sensoriales inmediatos y que constituyen un
puente hacia la formación de los conceptos.
-34-
Asimismo, Vygotskii distingue entre concepto espontáneo (o cotidiano) y concepto científico.
Aunque ambos tienen el mismo referente, presentan distintos significados y son construidos
mediante procesos diferentes.
Los conceptos cotidianos se adquieren a partir de los objetos a que se refieren, yendo siempre
de lo concreto hacia lo abstracto y dirigiéndose la actividad consciente del sujeto hacia los
propios objetos.
En cambio, los conceptos científicos se adquieren por relación jerárquica con otros conceptos,
yendo siempre de lo abstracto hacia lo concreto y estando dirigida la actividad consciente del
sujeto hacia los propios conceptos.
Por tanto, los conceptos cotidianos no pueden convertirse en conceptos científicos mediante
los procesos tradicionales de abstracción, a lo sumo pueden llegar a ser representaciones
generales.
Los conceptos científicos sólo pueden aprenderse cuando los conceptos espontáneos están
relativamente desarrollados.
2.1.2.4 Teoría del aprendizaje asimilativo o significativo de Ausubel
Se ocupa específicamente de los procesos de aprendizaje y enseñanza de los conceptos
científicos a partir de los conceptos previamente formados por el niño en su vida cotidiana.
Esta teoría asume que el conocimiento está organizado en estructuras y que el aprendizaje
tiene lugar cuando existe una reestructuración debida a la interacción entre las estructuras
presentes en el sujeto y la nueva información.
Este aprendizaje precisa de una instrucción formalmente establecida, presentando de modo
organizado y explícito la información que debe desequilibrar las estructuras existentes.
Ausubel considera que toda situación de aprendizaje es susceptible de un análisis desde dos
dimensiones, como se muestra en la figura 4.
Cada uno de estos ejes corresponde a un continuo: el eje vertical representa el tipo de
aprendizaje realizado por el alumno, desde el aprendizaje meramente memorístico hasta el
aprendizaje plenamente significativo; el eje horizontal se refiere a la estrategia de instrucción
planificada para fomentar el aprendizaje, desde la enseñanza por transmisión-recepción hasta
la enseñanza basada en el descubrimiento autónomo.
-35-
Ausubel considera el proceso de aprendizaje del alumno independiente de la estrategia
instructiva diseñada por el profesor.
Un aprendizaje es significativo, y por tanto eficaz, cuando puede incorporarse a las estructuras
de conocimiento que posee el sujeto, de modo que el nuevo material adquiere significado para
el sujeto a partir de su relación con los conocimientos anteriores.
Para conseguir esto, no sólo es necesario que el material educativo posea un significado en sí
mismo, conteniendo elementos organizados, sino también que el alumno disponga de los
requisitos cognitivos necesarios para asimilar ese significado. Estos requisitos para Ausubel
son: la predisposición hacia el aprendizaje significativo, ya que comprender supone siempre
un esfuerzo para el que el estudiante debe encontrar algún motivo; la presencia de ideas
inclusoras en la estructura cognitiva del alumno, con las que se pueda relacionar el nuevo
material.
Figura 4: Clasificación de las situaciones de aprendizaje
Fuente: Ausubel, Novack y Hanesian (1983)
2.2
Modelos didácticos para la enseñanza de las ciencias
“Un modelo o enfoque de enseñanza es un plan estructurado para configurar un currículo,
diseñar materiales y, en general, orientar la enseñanza”. (Joyce, B. y Weil, M. 1985),
Aunque se han propuesto numerosos modelos didácticos para enseñar ciencias, todos
presentan la siguiente estructura común, constituida por elementos implícitos y explícitos
- unos supuestos epistemológicos y una concepción del aprendizaje y sus metas;
-36-
- unos criterios de selección y organización de los contenidos;
- unas actividades de enseñanza y evaluación;
- una relación de dificultades derivadas de su aplicación, tanto para los profesores como para
los alumnos.
A continuación se analizará esta estructura para los principales modelos didácticos que
contienen cierta proyección innovadora.
2.2.1 Enseñanza por descubrimiento
Este modelo asume que la mejor manera de que el alumno aprenda ciencia es haciendo
ciencia. Por tanto, su enseñanza debe basarse en experiencias que permitan al estudiante
investigar y reconstruir los descubrimientos científicos.
La idea del alumno como científico parte del supuesto de que el primero está dotado de
capacidades intelectuales similares a las del segundo y, en consecuencia, el estudiante,
enfrentado a las mismas situaciones que el científico, acabará por desarrollar las estrategias
propias del método científico, obteniendo las mismas conclusiones. Esta idea es heredera de la
metáfora del “ser humano como científico” (Kelly, G. A. 1955).
El profesor debe diseñar escenarios para el descubrimiento, suscitando preguntas o
situaciones problemáticas que deben ser resueltas por los alumnos.
Así, una actividad de descubrimiento constaría de las siguientes fases:
a. Presentación de una situación problemática.
b. Observación, identificación de variables y recogida de datos.
c. Experimentación para comprobar las hipótesis formuladas sobre las variables y los datos.
d. Organización e interpretación de los resultados.
e. Reflexión sobre el proceso seguido y los resultados obtenidos.
2.2.2 Enseñanza expositiva
Según Ausubel, la ineficacia de la enseñanza tradicional no se debería tanto a su enfoque
expositivo como al inadecuado tratamiento de los procesos de aprendizaje de los alumnos.
Por consiguiente, considera la necesidad de mejorar la eficacia de las exposiciones, teniendo
en cuenta tanto la lógica de la disciplina enseñada como la lógica de los alumnos, para así
lograr que éstos asuman como propios los significados científicos.
-37-
La estrategia didáctica consistirá en acercar progresivamente las ideas del alumno a los
conceptos científicos, sin prestar especial atención a las actitudes y los procedimientos
científicos.
La necesidad planteada por esta teoría de que el aprendizaje debe partir de los conocimientos
previos de los alumnos, pero al mismo tiempo apoyarse en la lógica de la disciplina científica,
conduce a interpretaciones dispares sobre la base epistemológica del modelo didáctico.
Esquemáticamente, las fases de este enfoque de enseñanza son las siguientes:
a.
Presentación del organizador (aclarar objetivos de la lección; presentar el organizador;
incitar el conocimiento y experiencia del alumno).
b.
Presentación del material de trabajo (explicitar la organización; ordenar el aprendizaje;
mantener la atención; presentar el material).
c.
Potenciación de la organización cognoscitiva (promover un aprendizaje de recepción
activa; suscitar un enfoque crítico; explicar). Las actividades de evaluación se centran en
el conocimiento conceptual y consisten en tareas que expliciten la estructura conceptual
del alumno y su capacidad de relacionar y diferenciar los conceptos entre sí. Uno de los
instrumentos utilizados tanto para evaluar las representaciones de los alumnos como para
promover su aprendizaje conceptual son los denominados mapas conceptuales (Novak, J.
D. y Gowin, B. D. 1988).
2.2.3 Enseñanza mediante el conflicto cognitivo
Este modelo didáctico parte de las concepciones alternativas del alumno para,
confrontándolas con situaciones conflictivas, lograr que sea consciente de tal conflicto y lo
resuelva mediante un cambio conceptual, en el que las ideas previas sean sustituidas por otras
más próximas al conocimiento científico.
Por tanto, este modelo asume, desde una perspectiva netamente constructivista, que es el
alumno quien construye su propio conocimiento y debe tomar conciencia de sus limitaciones
conceptuales y resolverlas.
La meta fundamental es cambiar las concepciones intuitivas del alumno y sustituirlas por
conocimiento científico, sobre la hipótesis de que son incompatibles.
Los núcleos conceptuales de la ciencia constituyen el eje principal del currículo, quedando en
un segundo plano los contenidos procedimentales y actitudinales.
-38-
Las secuencias didácticas que pretenden el conflicto cognitivo confieren a la situación de
aprendizaje unas determinadas condiciones necesarias:
a.
El alumno debe sentirse insatisfecho con sus propias condiciones.
b.
Debe haber una concepción que resulte inteligible para el alumno
c.
Esta concepción debe resultar además creíble para el alumno.
d.
La nueva concepción debe parecer al alumno más potente que sus propias ideas.
2.2.4 Enseñanza mediante la investigación dirigida
Este modelo asume que, para conseguir los cambios conceptuales, metodológicos y
actitudinales en el alumno, es preciso situarle en un contexto de actividad similar al del
científico, donde el profesor actuaría como director de las investigaciones.
El aprendizaje debe seguir los pasos de la investigación científica, entendida ésta como un
proceso de construcción social de teorías y modelos, apoyándose en ciertos recursos
metodológicos que promuevan en el alumno cambios en sus sistemas de conceptos,
procedimientos y actitudes.
Se adopta una posición constructivista, considerando que tanto los modelos y teorías
elaboradas como los métodos y los valores de la ciencia son producto de una construcción
social. Por tanto, su aprendizaje en el aula implica situar al alumno en contextos sociales de
construcción del conocimiento, similares a los que vive un científico.
Además, ya que la investigación científica se basa en el planteamiento y resolución de
problemas, la propia enseñanza de la ciencia debe organizarse en torno a la resolución de
problemas relevantes para el estudiante.
La selección de los contenidos debe tener en cuenta las características de los alumnos y el
contexto social del currículo.
a.
Despertar el interés de los alumnos por el problema planteado.
b.
Realizar un estudio cualitativo de la situación, delimitando el problema, identificando las
variables relevantes, condiciones iniciales, etc.
c.
Emitir hipótesis sobre los factores que influyen sobre el problema.
d.
Elaborar y explicitar estrategias de resolución del problema.
e.
Ejecutar la estrategia diseñada, explicitando y fundamentando lo que se va haciendo.
f.
Analizar los resultados obtenidos a la luz de las hipótesis iniciales.
-39-
g.
Reflexionar sobre las nuevas perspectivas abiertas por la resolución realizada,
replanteando el problema en un nuevo nivel de análisis e imaginando nuevas situaciones
para investigar partiendo del proceso realizado.
h.
Elaborar una memoria final en la que se analicen los resultados obtenidos así como el
proceso de resolución llevado a cabo.
Esta secuencia didáctica difiere de la propuesta por el modelo de aprendizaje por
descubrimiento en que se resalta el carácter social del proceso de resolución del problema,
promoviendo el diálogo en el aula.
Las actividades del programa-guía se conciben también como instrumentos de evaluación
tanto para el profesor como para el alumno, que de este modo puede conocer la evolución de
su aprendizaje.
Las dificultades presentes en este modelo didáctico son básicamente dos: por un lado, exige
del profesor un cambio conceptual, procedimental y actitudinales para enseñar la ciencia
como un proceso de investigación dirigida; por otra parte, el cierto paralelismo asumido entre
investigación y aprendizaje de la ciencia es una cuestión controvertida, si se tiene en cuenta
las diferencias obvias entre los contextos social y motivacional en que alumnos y científicos
construyen sus conocimientos.
De hecho, frecuentemente los problemas científicos no son auténticos problemas cotidianos
para los alumnos. Además, en el ámbito escolar surgen otro tipo de problemas, intermedios
entre los cotidianos y los científicos, que son los problemas con un valor educativo (Pozo, J.
I., Pérez, M. P., Domínguez, J., Gómez, M. A. y Postigo, Y. 1994).
2.2.5 Enseñanza por explicación y contrastación de modelos
La educación científica se concibe en un escenario de adquisición de conocimientos diferente
a la investigación, por lo que se dirige a metas distintas y requiere actividades de enseñanza y
evaluación diferentes.
El profesor debe exponer a sus alumnos diversos modelos alternativos que deben contrastar
con objeto de comprender las diferencias conceptuales entre ellos y, así, ser capaces de
relacionarlos.
-40-
El alumno debe reconstruir e integrar los valores, los métodos y los sistemas conceptuales
producidos por la ciencia, con la ayuda pedagógica de su profesor, que debe hacer
comprensibles esos conocimientos mediante sus explicaciones.
Este modelo didáctico tiene una raíz netamente constructivista, pero no acepta el isomorfismo
entre la construcción del conocimiento científico y su aprendizaje por los alumnos.
La meta de la educación científica debe ser que el estudiante conozca los distintos modelos de
interpretación y comprensión de la naturaleza, cuya exposición por el profesor para una
posterior contrastación, le ayudará a comprender los fenómenos estudiados, así como la
naturaleza del conocimiento científico.
El currículo está centrado en los contenidos conceptuales, organizados en estructuras
conceptuales o modelos que les dan sentido.
Se trata de profundizar y enriquecer los modelos elaborados por los alumnos, que irán
integrando progresivamente más información y nuevos modelos, pudiendo identificar sus
similitudes y discrepancias.
Los contenidos conceptuales específicos no se conciben como un fin en sí mismos, sino como
un medio para construir los modelos.
Las actividades de enseñanza deben contener problemas motivadores para los alumnos, de
manera que sientan la necesidad de buscar respuestas, que deben ser modelizadas,
explicitadas y enriquecidas mediante la consideración de distintos modelos alternativos. Se
trataría, por tanto, de promover la reflexión, el metaconocimiento conceptual y el contraste de
distintos modelos.
En esta situación de aprendizaje, el profesor ejercería sucesivamente diferentes funciones,
tales como: dirigir las investigaciones, exponer alternativas mediante el diálogo, inducir
argumentos, promover la explicitación de los conocimientos, etc.
Por su fundamento constructivista, este enfoque didáctico exige a los profesores una
concepción de la ciencia, un dominio de métodos de enseñanza y unas actitudes que, por lo
general, el sistema de formación inicial y permanente del profesorado no facilita.
Al igual que otros modelos didácticos, la enseñanza por explicación y contrastación de
modelos relega a un segundo plano los contenidos procedimentales y actitudinales.
-41-
2.3
Contenidos procedimentales y actitudinales de ciencias experimentales
Aunque se han dado diversas definiciones con distintos matices para el contenido
procedimental, El diseño Curricular Básico (DCB, MINEDU 2008) establece que “un
procedimiento es aquella destreza que el profesor quiere ayudar a que el alumno construya, y
por tanto, es un contenido objeto de planificación e intervención educativa”.
De Pro resalta las siguientes características generales de los procedimientos (Pro, A. de
(1998):
a. Un contenido procedimental que hay que enseñar es resultado de la transposición
didáctica de un proceso de la Ciencia.
b. Los procedimientos no son actividades de aula, sino unos contenidos más que hay que
enseñar.
c. Los contenidos procedimentales, junto con los actitudinales y conceptuales, forman un
cuerpo cohesionado de conocimientos difícilmente disociables, cuya separación se
establece sólo para facilitar los estudios analíticos de los profesores e investigadores.
Asimismo, numerosos autores han elaborado clasificaciones para los contenidos
procedimentales atendiendo a distintos enfoques y orientaciones. Estas clasificaciones
constituyen instrumentos valiosos que permiten al profesor reflexionar sobre su práctica
educativa.
De Pro establece la clasificación de la tabla 2, partiendo de la distinción entre habilidades de
investigación, destrezas manipulativas y de comunicación:
-42-
Tabla 4: Contenidos procedimentales
CONTENIDOS PROCEDIMENTALES
HABILIDADES DE INVESTIGACIÓN
1.
2.
3.
4.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
DESTREZAS MANUALES
Identificación del problema:
Conocimiento del motivo del problema.
Identificación de variables, obtención de datos, contexto..
Identificación de partes del problema
Planteamiento de cuestiones.
Predicciones e Hipótesis:
Establecimiento de conjeturas contrastables
Deducción de predicciones a través de experiencias.
Emisión de hipótesis a partir de un marco teórico.
Relación entre variables.
Identificación de variables (dependiente, Independiente).
Diseños experimentales
Selección de pruebas adecuadas para contrastar la afirmación
Establecimiento de una estrategia para la resolución del problema.
Observación.
Descripción de observaciones y situaciones
Representación esquemática de una observación, hecho.
Identificación de propiedades, características
Medición.
Registro cuantitativo de datos.
Selección de instrumentos de medida.
Clasificación.
Utilización de criterios de clasificación
Diseño y aplicación de clases de categorización.
Técnicas de investigación.
Utilización de técnicas elementales para el trabajo de laboratorio
Utilización de estrategias básicas para resolución de problemas.
Transformación e interpretación de datos.
Organización de datos, cuadros, tablas, etc.
Interpretación de observaciones, datos.
Análisis de datos.
Formulación de tendencias o relaciones cualitativas.
Realización de cálculos matemáticos, y ejercicios numéricos
Identificación de posibles fuentes de error
Utilización de modelos.
Uso de modelos análogos a escala y Uso de fórmulas
Elaboración de conclusiones.
Inferencias inmediatas a partir de datos o del proceso
1. Manejo de material.
Manipulación de material,
respetando normas de
seguridad
Manipulación correcta de
aparatos de medida.
Realización de montajes
previamente especificados
2. Construcción de aparatos,
maquinas, simuladores
COMUNICACIÓN
1. Análisis de material escrito o
audiovisual.
Identificación
y
reconocimiento de ideas
Inferencia próxima a partir de
la información
Establecimiento
de
implicaciones
y
consecuencias.
2. Utilización
de
diversas
Fuentes. Búsqueda
de
datos
e
información
en
diversas
fuentes
Identificación
de
ideas
comunes,
diferentes,
complementarias.
3. Elaboración de materiales. 4. Informe descriptivo sobre
experiencias
y
procesos
vividos 5. Informe estructurado a partir
de un guión de preguntas 6. Informe abierto o ensayo. Fuente: (Pro, A. De 1998)
2.4
Resolución de problemas
Un problema se entiende como una situación incierta para el que la tiene que resolver, en la
que, proponiéndose un objetivo, desconoce la forma de alcanzarlo, y tiene que buscarlo a
partir de los procedimientos o técnicas conocidas, reduciendo así la incertidumbre.
Como se desprende de esta definición, no puede determinarse con carácter general si una
cierta tarea escolar constituye un problema, ya que dependerá no sólo de la experiencia y los
conocimientos previos de quien lo resuelve, sino también de los objetivos que se marca
cuando realiza la tarea.
-43-
Tabla 5: Clasificación de los contenidos actitudinales
Fuente: Pozo y Gomez (Pozo y Gomez 1998)
Este carácter idiosincrásico del concepto de problema lleva a Perales a considerar la
Incertidumbre asociada a una situación problemática como un continuo entre el ejercicio y el
auténtico problema (Perales, F. J. 2000).
La resolución de problemas, correctamente enfocada en el aula, viene a satisfacer ciertos
requisitos del aprendizaje científico sobre los que existe un consenso acerca de su oportunidad
(Perales): precisa que el alumno disponga de una información teórica, de unos
procedimientos y de una actitud favorable hacia la disciplina en cuestión.
Asimismo, el hecho de que los alumnos incorporen en su actividad cotidiana la comunicación
entre individuos y la toma de decisiones para la resolución de problemas, favorecerá la
aproximación de su actividad académica a la vida real y, en consecuencia, su integración
plena en el contexto social, cultural y laboral.
En estudios recientes de psicología cognitiva y educativa acerca de los procesos implicados en
la resolución de problemas se pueden identificar dos tendencias: una que considera suficiente
la adquisición de estrategias generales para la resolución de cualquier problema; y otra, para
la que sólo se puede resolver un problema cuando se aborda en el contexto de los contenidos
-44-
específicos a los que se refiere. En esta última línea de investigación son frecuentes los
estudios que, apoyados en la psicología del procesamiento de la información
y en la
inteligencia artificial, comparan la resolución de problemas por personas expertas y novatas
en un área determinada, mostrando que los procesos utilizados difieren en función del
conocimiento y la experiencia previa en ese dominio, y que difícilmente se transfieren a
problemas de otras áreas.
En consecuencia, un modelo didáctico eficaz pretendería transmitir a los estudiantes las
estrategias de los buenos resolvedores de problemas.
El grupo de investigación del profesor Gil cuestiona la eficacia de este modelo en tanto que se
basa en una mera transmisión y recepción de conocimientos, proponiendo como alternativa
abordar la resolución de problemas como una tarea de investigación para la que no existe una
solución evidente a priori (Gil Pérez, D. y Martínez Torregrosa, J. 1987).
Este modelo didáctico por investigación asume la metáfora del “alumno como científico
novel”, como una reacción a la escuela tradicional, donde los procesos de aprendizaje de la
ciencia se estereotipan, perdiendo así el carácter de búsqueda y aventura compartida.
La propuesta de este modelo didáctico presenta las siguientes características generales:
a. Superación del empirismo y puesta de relieve del papel que juegan los paradigmas en el
proceso de producción de conocimientos (Kuhn T.S. 1996). En este sentido, existe un
paralelismo entre estructura cognoscitiva y paradigma teórico y, por otra parte, entre
métodos para integrar los conocimientos en la estructura cognoscitiva, o provocar
cambios en dicha estructura, y los desarrollos y transformaciones de los paradigmas
teóricos (Gil, D. 1983)
b. Relativización del valor educativo del experimento
para realzar contenidos
procedimentales tales como la emisión de hipótesis, el diseño del experimento y el
análisis de los resultados, que promueven formas de pensamiento divergente.
c. Consideración del carácter social y colectivo del desarrollo científico, como se pone de
manifiesto no sólo en el hecho de que el paradigma científico vigente se ha construido
por las aportaciones de generaciones de investigadores, sino también en que la
investigación científica actual se lleva a cabo por equipos de científicos colaborando y
trabajando en determinadas líneas. Esta circunstancia se traduce en una propuesta
didáctica para la resolución de problemas, basada en la realización en equipo de trabajos
de investigación guiada por el profesor (Gil, D. 1993). La transformación de los
-45-
problemas en situaciones problemáticas precisa que el profesor confiera un carácter
suficientemente abierto al enunciado de los problemas.
Este enfoque didáctico considera que los alumnos deben abordar los trabajos de investigación
según las siguientes etapas:
a. Análisis cualitativo de la situación, intentando delimitar el problema y explicitando las
condiciones iniciales.
b. Emisión de hipótesis, identificando las variables relevantes para la resolución del
problema e imaginando casos límite de fácil interpretación.
c. Elaboración de estrategias de resolución orientadas a la contrastación de las hipótesis,
evitando el simple ensayo-error.
d. Resolución del problema, verbalizando al máximo tanto para evitar un operativismo no
significativo como para facilitar revisiones críticas y el diagnóstico de los errores.
e. Análisis de los resultados, con objeto de contrastar las hipótesis emitidas.
En definitiva, el modelo didáctico por investigación concibe la ciencia como una empresa
fundamentada en la resolución de problemas, por lo que su enseñanza ha de plantearse en
torno a interrogantes significativos para los estudiantes, cuya respuesta debe ser investigada
bajo la dirección del profesor.
La resolución de problemas se convierte así en el contexto adecuado para el cambio
conceptual, el aprendizaje de procedimientos y la adquisición de actitudes derivadas de la
propia investigación.
2.5
¿Qué es un simulador?
Según: Héctor Bustamante la define así: "Simulación es una técnica numérica para conducir
experimentos en una computadora digital. Estos experimentos comprenden ciertos tipos de
relaciones matemáticas y lógicas, las cuales son necesarias para describir el comportamiento y
la estructura de sistemas complejos del mundo real a través de largos periodos de tiempo".
Una definición más formal formulada por R.E. Shannon es: "La simulación es el proceso de
diseñar un modelo de un sistema real y llevar a término experiencias con él, con la finalidad
de comprender el comportamiento del sistema o evaluar nuevas estrategias, dentro de los
limites impuestos por un cierto criterio o un conjunto de ellos, para el funcionamiento del
sistema".
-46-
Según Glass-Husain Todo simulador debe tener tres atributos:
1. Imita la realidad
2. No es real en sí mismo
3. Puede ser cambiado por sus usuarios
a. Un simulador imita la realidad
La imitación de la realidad es lo que distingue un simulador de un juego. Por ejemplo el juego
SimCity es un simulador y un juego porque el usuario, que es el alcalde de un pueblo, puede
conseguir que el pueblo sea próspero y la gente feliz o hundirlo en la bancarrota mediante sus
decisiones y acciones.
b. Un simulador no es real
Un simulador se usa para practicar algo, no sustituye experiencias reales. Rose Tremain
escribió que “la vida no es un ensayo general”. También es cierto que un ensayo general no es
la vida. Si cometes un error durante un ensayo general no hay costo, solo repites la escena
hasta que salga bien.
Un simulador es una simplificación de la vida real. Los simuladores sencillos son,
normalmente, mejores que los complicados. Los simuladores complejos pueden hacer que el
usuario se pierda en los detalles y no pueda extraer el aprendizaje o las lecciones valiosas del
simulador
La consultora McKinsey, en un artículo titulado “Is Simulation Better Than Experience?”
expone que las simulaciones pueden ser mejores que la experiencia real ya que comprimen el
tiempo y elimina detalles irrelevantes. A diferencia de la vida, las simulaciones han sido
optimizadas para el aprendizaje.
b. Un simulador puede ser cambiado por sus usuarios
Las simulaciones son activas, fuerzan a los estudiantes pasivos hacia un aprendizaje activo. El
profesor de psicología Salvatore Soraci ha demostrado que la gente recuerda mejor las cosas
que ha aprendido después de un esfuerzo mental. Siempre hay un “¡ah –ha! “Cuando alguien
genera su propia hipótesis de cómo funciona algo antes de descubrir la respuesta correcta. Ese
“¡ah –ha! “No ocurrirá nunca cuando el aprendizaje sólo es empírico. Es preciso practicar e
interactuar.
-47-
2.6
¿Qué se entiende por interactividad educativa en la Web?
Para maximizar el aprendizaje y mantener el interés y la motivación, es importante que el
aprendizaje basado en la Web esté diseñado para ser lo más interactivo posible. La
interactividad no implica presionar botones, ver animaciones o video o escuchar sonido;
involucra la participación activa del estudiante1, haciendo elecciones, contestando
preguntas, haciendo simulaciones, etc. Para que el estudiante se comprometa, hay que darle
una oportunidad de entrada. Dicho esto, la interactividad necesita ser adecuada a los usuarios,
el contenido y los objetivos del curso, en cuanto a la cantidad y a la forma. No debe ser algo
gratuito, sino que debe estar diseñada para promocionar el aprendizaje de los objetivos del
curso. Existen varios tipos y niveles de interactividad, como los siguientes:
a) Elección del paso siguiente. Esto involucra las capacidades básicas de navegación, puntos
de elección planificados y acceso opcional a cualquier parte del curso por medio de un
menú o un mapa del curso.
b) Recursos o actividades complementarias, por ejemplo, textos, periódicos, documentos
corporativos, o sitios Web a los que el estudiante puede recurrir para obtener información
adicional.
c) Ramificación como resultado de las respuestas a las preguntas.
d) Ejercicios que constan de más de un paso (por ejemplo, ejercicios de investigación, de
estudios de casos y de laboratorio)
e) Juegos y simulaciones
f) La oportunidad para comunicarse con un mentor o un experto
g) Discusiones de grupo (ya sea de forma sincrónica o asíncrona)
h) Preguntas y respuestas. Las preguntas pueden presentarse en varias etapas. También deben
incluirse ejercicios de evaluación intercalados.
i) Retroalimentación ¿Existen características de retroalimentación únicas y ricas?
1
http://www.learningreview.com/tecnologias-para-la-capacitacion-y-el-desarrollo/colaboraciones/disenio
-48-
2.7
Programas de simulación
Las simulaciones por ordenador o programas de simulación están adquiriendo en los últimos
tiempos un importante grado de desarrollo y aplicación en la educación científica y
tecnológica, debido al avance progresivo de la informática y al perfeccionamiento cada vez
mayor de las capacidades de cálculo y expresión gráfica de los ordenadores. Las simulaciones
proporcionan una representación dinámica del funcionamiento de un sistema determinado, por
lo que tienen cada vez más importancia en la enseñanza de la física o la tecnología, ya que
permiten visualizar el desarrollo de procesos simples o complejos, mostrando la evolución del
sistema representado y la interacción entre los diversos elementos que lo integran o al menos
algunas consecuencias de tales interacciones. Las simulaciones utilizan modelos de sistemas
donde se modifican algunos parámetros o variables y se obtienen resultados observables que
permiten realizar inferencias sobre la influencia de tales variables en el comportamiento del
sistema representado, por tanto proporcionan al alumno la oportunidad de interactuar,
reflexionar y aprender, participando de forma activa en el proceso educativo.
Este tipo de programas tienen importantes aplicaciones en la enseñanza de la ciencia y de la
ingeniería cuando se utilizan en la presentación de situaciones no asequibles en la práctica o
que pueden ser peligrosas, en la idealización de las condiciones de un experimento, en la
representación de situaciones que requieren un equipo muy complejo, en la utilización de
modelos parciales del mundo real o de modelos completamente teóricos, en la manipulación y
el control de variables, entre otras aplicaciones. En particular, la simulación por ordenador ha
permitido desarrollar muchas aplicaciones importantes para la enseñanza de la física y la
tecnología, como la que se muestra en la figura 5, sobre todo en lo que se refiere al estudio de
los procesos dinámicos, movimientos y trayectorias, descripción vectorial de los fenómenos
físicos, descripción de campos de fuerza formación de imágenes en óptica geométrica,
fenómenos ondulatorios, procesos atómicos y nucleares, etc. Además de la física, el desarrollo
y aplicación de las simulaciones también desempeña, desde hace tiempo, una función
educativa importante en otras materias necesarias para la formación de ingenieros como la
química, la mecánica, el electromagnetismo, la electrónica o la tecnología en general.
-49-
Figura 5: Ejemplo de simulación de un sistema físico experimental.
Fuente: Internet
2.8
Funciones que pueden desempeñar las TIC en la Educación
Se comenzara por analizar los fines que se pueden alcanzar mediante el uso de las TICs en la
enseñanza de las ciencias, o las funciones educativas que pueden desarrollarse si se utilizan
adecuadamente tales recursos. A lo largo del periodo que ya ha recorrido la informática
educativa en países como Estados Unidos o Gran Bretaña, desde de la década de los años
setenta del pasado siglo, se han diseñado numerosos recursos para todas las materias y niveles
educativos, se han realizado muchas experiencias educativas y se ha publicado una gran
cantidad de trabajos de investigaciones sobre la influencia de los programas de ordenador en
múltiples aspectos del proceso de enseñanza y aprendizaje. En algunos trabajos de revisión y
síntesis de tales investigaciones (Long, 1991; Insa y Morata, 1998; Sierra, 2003) se han
expuesto las múltiples funciones que pueden desempeñar las tecnologías de la información y
la comunicación (TICs) en la educación, tanto en lo que se refiere a la formación de
estudiantes de todos los niveles educativos como en la formación inicial y permanente del
profesorado.
2.8.1 El papel de las TICs en la formación de estudiantes de ciencias
Tras el análisis de estudios sobre la influencia de los programas de ordenador en la formación
de estudiantes, se puede clasificar las funciones formativas de las TICs en tres categorías
relacionadas con el desarrollo de objetivos conceptuales, procedimentales y actitudinales, que
se sintetizan en la tabla 1 y se comentan a continuación.
Entre los objetivos de carácter conceptual, ligados a la adquisición de conocimientos teóricos,
hay que destacar la función de las TICs en facilitar el acceso a la información y su influencia
-50-
en el aprendizaje de conceptos científicos. Diversos trabajos sobre el tema (Stewart et al.,
1989; Hennessy et al., 1995) han puesto de manifiesto que los recursos multimedia
desempeñan importantes funciones informativas y contribuyen a mejorar la adquisición de
conocimientos de tipo conceptual porque, entre otras cosas, facilitan el acceso a contenidos
educativos sobre cualquier materia y permiten presentar todo tipo de información (textos,
imágenes, sonidos, vídeos, simulaciones, ...) relacionada con fenómenos, teorías y modelos
científicos.
Con relación a los objetivos de carácter procesal o procedimental que pueden desarrollarse
con ayuda de las TICs, hay que referirse al aprendizaje de procedimientos científicos y al
desarrollo de destrezas intelectuales de carácter general. Algunos de los muchos trabajos
realizados sobre esta amplia temática (Rieber, 1994; Kelly & Crawford, 1996; Cortel, 1999)
muestran la existencia de diversos tipos de recursos informáticos que contribuyen a
desarrollar conocimientos procedimentales y destrezas como la construcción e interpretación
de gráficos, la elaboración y contrastación de hipótesis, la resolución de problemas asistida
por ordenador, el manejo de sistemas informáticos de adquisición de datos experimentales, o
el diseño de experiencias de laboratorio mediante programas de simulación de procedimientos
experimentales. Por otra parte, el manejo de Internet también fomenta el desarrollo de
destrezas intelectuales como la capacidad indagadora, el autoaprendizaje o la familiarización
con el uso de las TICs (Lowy, 1999).
Tabla 6 : Fines y funciones de las TIC en la formación de los estudiantes
Objetivos educativos
Conceptuales
Procedimentales
Actitudinales
Funciones a desarrollar
-
Facilitar el acceso a la información
-
Favorecer el aprendizaje de conceptos
-
Aprender procedimientos científicos
-
Desarrollar destrezas intelectuales
-
Motivación y desarrollo de actitudes favorables al aprendizaje de la
ciencia.
Fuente: Lowy, 1999
Por último hay que indicar que el uso educativo de las TICs fomenta el desarrollo de actitudes
favorables al aprendizaje de la ciencia y la tecnología. Como han puesto de manifiesto
diversos trabajos sobre el tema (Jegede, 1991; Yalcinalp et al., 1995; Escalada y Zollman,
-51-
1997), el uso de programas interactivos y la búsqueda de información científica en Internet
ayuda a fomentar la actividad de los alumnos durante el proceso educativo, favoreciendo el
intercambio de ideas, la motivación y el interés de los alumnos por el aprendizaje de las
ciencias. Muchos alumnos también participan en foros de debate sobre temas científicos o
llegan a elaborar sus propias páginas webs y pequeños programas de simulación.
2.8.2 El papel de las TICs en la formación del profesorado
El segundo tipo de funciones educativas que ha señalado anteriormente está relacionado con
la formación docente del profesorado en el uso educativo de las TICs.
Este es un tema que se ha estudiado también en diversos trabajos de investigación, de los que
se han deducido algunas conclusiones interesantes. Por ejemplo el uso de las TICs en
actividades de formación favorece la familiarización del profesorado con estas herramientas y
mejora sus recursos didácticos (Kimmel et al., 1988), permite desarrollar habilidades
científicas tales como el trabajo en grupo o la emisión y contrastación de hipótesis utilizando
programas de simulación (Baird & Koballa, 1988) y también ayuda a mejorar la formación
científica o a adquirir una imagen más adecuada de la ciencia (Greenberg et al. 1988). En
tales investigaciones, y en otros trabajos de carácter más general (Insa y Morata, 1998), se ha
puesto de manifiesto que la formación del profesorado en el uso educativo de las TICs,
cuando se hace de forma adecuada, permite desarrollar diversas funciones tales como la
mejora de la formación en los tres aspectos que se describen a continuación:
• Formación tecnológica. Este aspecto de la formación docente está relacionado con el
manejo de programas de ordenador de propósito general (procesadores de texto,
presentaciones, bases de datos, hojas de cálculo,...), con la búsqueda de información educativa
en Internet y con el manejo de software específico para la enseñanza de cada disciplina.
• Formación científica. Se puede ampliar o actualizar la formación científica, mediante la
búsqueda de información actualizada sobre cualquier tema de su disciplina y el manejo de
programas de simulación o de resolución de problemas que pueden resultar útiles para su
actividad docente.
• Formación pedagógica. Se puede mejorar la formación pedagógica, mediante el diseño y
experimentación de estrategias que utilicen las TICs en la práctica docente como instrumentos
que puedan favorecer el aprendizaje activo y reflexivo de los alumnos.
-52-
2.9
Recursos informáticos para la enseñanza de las ciencias
Una vez que se han analizado las funciones y posibles objetivos educativos de las TICs, tanto
en la docencia como en la formación del profesorado, se plantea algunas cuestiones
relacionadas con la utilización de estas herramientas en la práctica docente. Parece interesante
plantearse todavía si son muchos o pocos los profesores que utilizan los ordenadores como
medios de enseñanza, qué tipo de problemas encuentran para utilizar tales medios y qué tipos
de recursos informáticos presentan mayor interés para el profesorado que utiliza los
ordenadores en su práctica docente.
2.9.1 Implantación de las TICs como recursos educativos
Con relación a la cuestión del grado de aplicación de las TICs en la enseñanza hay que indicar
que existen actualmente muchos programas de ordenador y páginas Web de carácter
educativo, para todas las materias y niveles de enseñanza, pero son todavía muchos los
profesores que no los utilizan (Pépin, 2001), de modo que la mayoría de tales programas se
van quedando obsoletos o anticuados sin llegar a aplicarse en contextos educativos reales y
sin evaluar su posible utilidad didáctica. Esto puede deberse al hecho de que tales programas
están diseñados en lenguajes de programación de alto nivel y se proporcionan como
instrumentos cerrados, que el usuario puede ejecutar siguiendo una serie de instrucciones o
pasos determinados. En principio el profesor puede utilizar tales programas sin poseer
conocimientos específicos del lenguaje de programación, pero entonces no puede modificar
su estructura ni sus contenidos. Tampoco puede diseñar actividades de aprendizaje, incluidas
en el propio programa, aunque en algunos casos se dispone de libertad para seleccionar
algunas de las tareas que están disponibles en el programa.
Si el profesor quiere disponer de un programa informático que se adapte por completo a sus
necesidades o a sus intenciones educativas, parece que la única solución consiste en conocer
bien un lenguaje de programación para elaborar sus propios programas o para introducir
modificaciones en los programas existentes. Pero esta tarea no es fácil de llevar a cabo por
parte de un sólo profesor y hay que hacerla en equipo, con el inconveniente añadido de que la
producción de programas es un proceso lento y que los programas informáticos tienden a
quedar anticuados en poco tiempo.
-53-
En los últimos tiempos esta situación está cambiando. Por una parte se están desarrollando
sistemas y lenguajes de autor, que facilitan el diseño de unidades didácticas por parte de los
profesores interesados en esta temática. Mediante un sistema de autor se pueden elaborar
lecciones, incluyendo diagramas, gráficos, imágenes, textos, cuestiones y permitiendo la
evaluación de las respuestas, mediante la realimentación adecuada. Estas herramientas
permiten al profesor mayor libertad en la estructura de los temas pero también requieren
bastante dedicación. Por otra parte, los lenguajes y sistemas de autor están evolucionando
rápidamente en conexión con los avances sobre tutores inteligentes y sistemas adaptativos
multimedia (Macias y Castell, 2000), que están mejorando notablemente las posibilidades de
interacción del alumno con los programas, el acceso a la información, la presentación de
contenidos y el diseño de actividades de aprendizaje. Esta panorámica abre unas importantes
expectativas para la evolución futura de la enseñanza asistida por ordenador, ya que permite
diseñar sistemas tutoriales flexibles y adaptados al nivel de conocimientos de cada alumno.
Con relación a los problemas que encuentra el profesorado de ciencias, sobre todo de la
enseñanza no universitaria, para incorporar en mayor medida el uso de los ordenadores en su
práctica docente, además de los hechos señalados anteriormente, hay que referirse a dos
aspectos importantes señalados en el informe de la Comisión Europea antes citado (Pépin,
2001): la falta de inversión económica para dotar adecuadamente todos los centros educativos
de un número suficiente de ordenadores conectados a Internet y la falta de mecanismos que
aseguren un grado adecuado de formación inicial y permanente del profesorado en el uso
educativo de las TICs. Estos problemas no presentan el mismo grado de incidencia en todos
los países de la Unión Europea, puesto que existen países como Finlandia, Luxemburgo,
Dinamarca, Suecia o Reino Unido, que presentan datos sobre la implantación de las TICs en
los centros educativos mucho más favorables que otros países como Grecia, Italia, Portugal o
España. En lo que respecta a nuestro país, aunque en los últimos años se está haciendo un
esfuerzo importante por incrementar los recursos destinados a mejorar la implantación de las
TICs en los centros educativos, sobre todo en algunas comunidades autónomas, es necesario
recorrer todavía un largo camino en el terreno de la inversión en recursos y en formación del
profesorado para alcanzar los niveles de uso de la informática educativa que presentan los
países más avanzados.
-54-
2.9.2 Tipos de recursos informáticos que puede utilizar el profesorado
Con relación a la cuestión de los tipos de recursos informáticos que puede utilizar el
profesorado y las posibles aplicaciones educativas de los diferentes recursos, hay que hacer
una distinción entre los recursos informáticos de propósito general y los programas
específicos de enseñanza asistida por ordenador. En la tabla 7 se citan los ejemplos más
conocidos de estos tipos de recursos y en los apartados siguientes se describen tales
aplicaciones.
Tabla 7: Recursos informáticos que puede utilizar el profesorado de ciencias
Aplicaciones de propósito general
Aplicaciones de carácter específico
Procesadores de texto
Programas de ejercitación y autoevaluación
Bases de datos,
Tutoriales interactivos
Hojas de cálculo,
Enciclopedias multimedia
Diseño de presentaciones,
Simulaciones y laboratorios virtuales
Entornos de diseño gráfico
Laboratorio asistido por ordenador
Navegadores de Internet
Tutores inteligentes
Gestores de correo electrónico
Sistemas adaptativos multimedia
Diseño de páginas Web
Sistemas de autor
Fuente: Elaboración propia
2.9.2.1 Recursos informáticos de propósito general
Se denominan programas de propósito general a las aplicaciones informáticas que pueden ser
útiles para todo tipo de usuarios de ordenador (Pontes, 1999), entre las que actualmente
destacan las llamadas herramientas de ofimática tales como procesadores de texto (Word,
Word Perfect,...), bases de datos (DBase, Acces,...), hojas de cálculo (Excel, ...),
presentaciones (Harvard Graphics, Power Point, ...), entornos de diseño gráfico (Paint, Corel
Draw, Autocad,...) y otro tipo de herramientas como los navegadores de internet (Explorer,
Nestcape, ...), gestores de correo electrónico (Outlook Express, ...) y recursos para la edición y
diseño de páginas Web (FrontPage,...).
-55-
2.9.2.2 Programas específicos de enseñanza de las ciencias asistida por
computadora
En general, la enseñanza asistida por ordenador (EAO) consiste en la utilización de programas
específicos diseñados para instruir y orientar al alumno sobre aspectos concretos de las
diversas materias y contenidos de la enseñanza entre estos programas tenemos:
a. Programas de ejercitación y auto evaluación
Estos programas de ejercitación, también conocidos como programas de ejecución y práctica,
son programas de preguntas y respuestas al más puro estilo de la enseñanza programada
tradicional, que se fundamenta en la psicología conductista (Pozo, 1989).
Tales programas presentan ejercicios o cuestiones que requieren una respuesta inmediata por
parte del alumno y proporcionan un diagnóstico sobre la veracidad o falsedad de la respuesta.
Cuando las preguntas son de carácter conceptual o teórico se suelen plantear como cuestiones
de opción múltiple, con una respuesta correcta y varios distractores. También pueden plantear
problemas sencillos o ejercicios que requieren la utilización de leyes científicas y
procedimientos de cálculo antes de introducir la respuesta. En realidad este tipo de programas
corresponden a la primera etapa de la informática educativa y se han utilizado generalmente
como instrumentos de repaso y autoevaluación de una lección determinada, de modo que
pueden ser útiles todavía para la recuperación de deficiencias de aprendizaje (Fidalgo, 1992.)
b. Tutoriales interactivos
Los programas tutoriales están diseñados con un enfoque educativo más general ya que se
plantean ayudar al alumno a desarrollar un proceso individualizado de aprendizaje de los
contenidos de un tema específico o de una materia, incluyendo conceptos y destrezas
(Vaquero 1992). Tales programas proporcionan información estructurada sobre el tema y
también plantean actividades de aprendizaje, que pueden ser preguntas de tipo conceptual o
ejercicios y problemas, de manera que el sistema puede controlar o registrar información
sobre el ritmo de trabajo, las dificultades encontradas o los fallos cometidos en las actividades
y otras características del proceso de aprendizaje. En realidad los programas tutoriales se
diferencian de los programas de ejecución y práctica por disponer de un módulo de
contenidos educativos, parecido al que pueda ofrecer un libro de texto, de modo que el
alumno puede acceder a esa información teórica o conceptual a la hora de realizar las
actividades de aprendizaje que se incluyen en el tutorial. En muchos casos los programas
-56-
tutoriales disponen de un módulo de evaluación al final de cada unidad, que proporciona
información sobre el rendimiento global del trabajo realizado por el alumno con el programa.
c. Enciclopedias multimedia
Las enciclopedias interactivas de carácter multimedia son recursos formativos que pueden
utilizar el profesor y el estudiante para hacer consultas de todo tipo. Estas herramientas, que
se ofrecen normalmente en soporte CD-rom y también en Internet, están integradas por un
sistema hipertexto que permite navegar fácilmente por los contenidos de la aplicación y
acceder con rapidez a la información sobre cualquier concepto.
En la actualidad estas herramientas multimedia, además de textos, incluyen numerosas
imágenes, animaciones y vídeos. Existen enciclopedias de carácter general, como Encarta o
Micronet, que pueden servir a todo tipo de estudiantes.
d. Simulación de fenómenos y laboratorios virtuales
Los programas de simulación están adquiriendo en los últimos tiempos un importante grado
de desarrollo y aplicación en la educación científica, debido al avance progresivo de la
informática y al perfeccionamiento cada vez mayor de las capacidades de cálculo y expresión
gráfica de los ordenadores. Las simulaciones proporcionan una representación dinámica del
funcionamiento de un sistema determinado, por lo que tienen cada vez más importancia en la
enseñanza de la física, la tecnología, la biología, la astronomía, la medicina, la química, la
geología y todas las ciencias en general, ya que permiten visualizar el desarrollo de procesos
simples o complejos, mostrando la evolución del sistema representado y la interacción entre
los diversos elementos que lo integran o al menos algunas consecuencias de tales
interacciones (Martínez et al., 1994). Las simulaciones utilizan modelos de sistemas donde se
modifican algunos parámetros o variables y se obtienen resultados observables que permiten
realizar inferencias sobre la influencia de tales variables en el comportamiento del sistema
representado, por tanto proporcionan al alumno la oportunidad de interactuar, reflexionar y
aprender, participando de forma activa en el proceso educativo (Andaloro et al., 1991).
Este tipo de programas tienen importantes aplicaciones en la enseñanza de la ciencia cuando
se utilizan en la presentación de situaciones no asequibles en la práctica o que pueden ser
peligrosas, la idealización de las condiciones de un experimento, la representación de
situaciones que requieren un equipo muy complejo, la utilización de modelos parciales del
-57-
mundo real o de modelos completamente teóricos, la manipulación y el control de variables
entre otras aplicaciones (Zamarro et al., 1997).
En particular, la simulación ha permitido desarrollar muchas aplicaciones educativas
interesantes para la enseñanza de la Física, como la que se muestra en la figura 1 (Esquembre
et al., 2004), sobre todo en lo que se refiere al estudio de los procesos dinámicos, sistemas en
movimiento, dibujo de trayectorias, descripción vectorial de los fenómenos físicos,
descripción de campos de fuerza, formación de imágenes en óptica geométrica, fenómenos
ondulatorios, procesos atómicos y nucleares, etc. (Gorsky & Finegold, 1992; Ehrlich et al.
1993; Bedford & Fowler, 1996; Windschitl & Andre, 1998; Franco, 2000). Además de la
Física, el desarrollo y aplicación de las simulaciones también desempeña, desde hace tiempo,
una función educativa importante en otras materias como Biología (Jegede, 1991), Química
(Yalcinalp et al., 1995) o Tecnología (Li, 1998).
Dentro de los programas de simulación, además de las simulaciones científicas de carácter
general, también existen algunos tipos de aplicaciones educativas muy específicas como son
la modelización animada de fenómenos o procesos y las experiencias de laboratorio simuladas
por ordenador. Una animación o modelización animada consiste en la simulación de un
proceso (físico, químico, biológico, tecnológico, ...), sin incluir parámetros cuantitativos que
puedan ser introducidos o modificados por el usuario, de modo que el objetivo de este tipo de
simulación consiste en mostrar desde un punto de vista gráfico o visual la evolución de un
sistema como puede ser el caso del crecimiento de una célula, el movimiento de los planetas,
los cambios atómico-moleculares de una reacción química o el funcionamiento de una
aplicación tecnológica (Pontes et al., 2003).
Las experiencias simuladas por ordenador, también denominadas laboratorios interactivos de
simulación y laboratorios virtuales, muestran de forma realista o de forma simbólica un
sistema experimental, formado por instrumentos de medida y otros componentes materiales
de un laboratorio científico o técnico, en el que se permite a los alumnos diseñar experiencias
simuladas arrastrando componentes desde una caja de herramientas virtual hasta una ventana
de simulación del experimento, o se presenta en pantalla el montaje de una experiencia virtual
para que el alumno modifique las variables de entrada del sistema y observe los resultados
que ofrecen los instrumentos de medida virtuales que forman parte del sistema (Pontes et al.,
2003). Con los avances tecnológicos que se están produciendo actualmente en el campo de la
-58-
realidad virtual y sus aplicaciones en la educación científica (Bell y Fogler, 1996), es probable
que en los próximos años podamos disponer de laboratorios virtuales muy parecidos a los
montajes experimentales reales.
e. Laboratorio asistido por ordenador
Además de las experiencias simuladas que se han descrito antes, el ordenador puede utilizarse
también en el laboratorio científico como sistema de control de sensores físicos y de
adquisición de datos en aquellos experimentos en los que se necesitan un gran número de
éstos, pudiendo ser procesados además con programas del propio ordenador (Collins &
Greensalde, 1989). En la actualidad, los fabricantes de material de laboratorio de ciencias
experimentales van incluyendo cada vez mayor número de equipos experimentales que llevan
ordenadores acoplados, los cuales recogen y tratan los datos experimentales, a partir de los
cuales se pueden realizar simulaciones, construir gráficas que muestran la relación entre
variables o realizar cálculos y ajustes de diferente tipo que ayudan al estudiante en el
desarrollo de la experiencia. Esta aplicación de los ordenadores puede ser muy útil en la
enseñanza experimental de la Física, de la Química o de la Tecnología, a nivel básico y
avanzado, ya que puede servir de introducción al interesante dominio de la automatización
que tiene tanta importancia en la vida moderna.
2.9.3 La simulación como soporte de distintos tipos de representación
Beaufils defiende desde una perspectiva epistemológica la existencia ontológica de un mundo
de significantes (incluidos en éste tanto las teorías como los modelos), que debe obligar a la
didáctica a separar el mundo real del mundo de los signos. (Durey, A. y Beaufils, D. 1998)
La figura 6 muestra la relación establecida entre la realidad física, los modelos y los símbolos.
Así, la actividad con entornos de simulación se situaría en la interacción entre el mundo de los
signos y el de las ideas, mientras que las actividades enfocadas hacia la manipulación de lo
concreto pueden desarrollarse sólo en el eje mundo real-mundo de las ideas, y la utilización
de los dispositivos experimentales permite la comunicación entre el mundo real y el de los
signos.
Por otra parte, Beaufils considera que la comprensión de los conceptos de la Física pasa por la
puesta en juego de diferentes registros semióticos. Concretamente, en los programas de
simulación se pueden distinguir distintas representaciones: figurativa (representación de
-59-
objetos, por ejemplo), formal (ecuaciones, símbolos), gráfica de datos (curvas, diagramas,
etc.). (Beaufils, D. (2000)
Por tanto, las actividades con entornos de simulación permiten y facilitan que el alumno
relacione diferentes registros de representación, favoreciendo la comprensión de las teorías y
modelos.
En este contexto, se pueden identificar dos características de los simuladores: la extensión
semiótica y la distancia al mundo de los objetos.
En definitiva, los programas de simulación presentan diferencias de naturaleza ligadas al
dominio del conocimiento que representan.
Así, en Mecánica, la existencia de una ley de interacción permite tanto simulaciones
explicativas de los fenómenos macroscópicos como la utilización de representaciones
figurativas de los objetos y de los fenómenos. En cambio, en electrónica y electricidad, se
trata de manipular símbolos y obtener resultados numéricos relativos a tensiones e
intensidades.
A continuación Beaufils, D. 2000, señala la relación entre la realidad física, modelos y
símbolos.
Figura 6: Relación entre la realidad física, modelos y símbolos
Fuente: Beaufils, D. 2000
-60-
2.9.4 Nuevas tecnologías de información y comunicación, interacción y
aprendizaje
La interacción como influencia mutua o recíproca debe ser atendida por el contexto de
aprendizaje. Los entornos de aprendizaje deben permitir no sólo el trabajo individual en el que
se produce una interacción con el material de aprendizaje y con el medio empleado sino que,
también, deben facilitar el trabajo en colaboración con otros alumnos y profesores que pueden
estar situados en espacios y tiempos diferentes y pueden tener un nivel de competencia
diferente.
Figura 7: Interacción con nuevas tecnologías
Fuente: Cabero. 2000
La calidad del aprendizaje estará condicionada por la interacción que debe conducir a la
construcción de nuevos conocimientos. Esta interacción se presenta dentro de un entorno
conformado no sólo por profesor y alumno sino por otros elementos implicados: materiales,
entorno de trabajo, grupo, actividades, institución...
2.9.5 El Constructivismo en la educación
Piaget, en sus estudios sobre epistemología genética, en los que determina las principales
fases en el desarrollo cognitivo de los niños, elaboró un modelo explicativo del desarrollo de
la inteligencia y del aprendizaje en general a partir de la consideración de la adaptación de los
individuos al medio.
Para Piaget el individuo es un organismo activo que selecciona las informaciones que le
llegan del mundo exterior, las filtra y les da sentido. Conocer es, sobre todo, actuar en la
realidad que nos rodea. Estas acciones se organizan en una unidad básica: el esquema.
-61-
La teoría genética del aprendizaje de Piaget nos presenta una actividad de asimilación y
acomodación que hace que los esquemas se modifiquen a través de la interacción con la
realidad que nos rodea.
Entre las diferentes ideas que esta perspectiva plantea podemos encontrar:
a) Considera tres estadios de desarrollo cognitivo universales: sensoriomotor, estadio de las
operaciones concretas y estadio de las operaciones formales. En todos ellos la actividad es
un factor importante para el desarrollo de la inteligencia.
b) Construcción del propio conocimiento mediante la interacción constante con el medio. Lo
que se puede aprender en cada momento depende de la propia capacidad cognitiva, de los
conocimientos previos y de las interacciones que se pueden establecer con el medio. En
cualquier caso, los estudiantes comprenden mejor cuando están envueltos en tareas y
temas que atraen su atención. El profesor es un mediador y su metodología debe promover
el cuestionamiento de las cosas, la investigación...
c) Reconstrucción de los esquemas de conocimiento. El desarrollo y el aprendizaje se
producen a partir de la secuencia equilibrio – desequilibrio – reequilibrio (que supone una
adaptación y la construcción de nuevos esquemas de conocimiento)
d) Aprender no significa ni reemplazar un punto de vista (el incorrecto) por otro (el correcto)
ni simplemente acumular nuevo conocimiento sobre el ya existente, sino más bien
transformar el conocimiento. Esta transformación, a su vez, ocurre a través del
pensamiento activo y original del aprendiz. Así pues, la educación constructivista implica
la experimentación y la resolución de problemas y considera que los errores no son
antitéticos del aprendizaje sino más bien la base del mismo.
e) El constructivismo considera que el aprendizaje es una interpretación personal del mundo
(el conocimiento no es independiente del alumno), de manera que da sentido a las
experiencias que construye cada estudiante. Este conocimiento se consensual con otros,
con la sociedad.
-62-
Capitulo 3. Elementos
técnicas
de
la
y
propuesta.
“Laboratorio Virtual de Física”
Este capítulo se desarrollará los elementos y técnicas para el diseño e implementación de la
aplicación multimedia, basado fundamentalmente en simuladores y la parte de la conexión
mediante sensores a la computadora del Laboratorio de Cinemática.
3.1
Diseño curricular nacional del área de ciencia, tecnología y ambiente
Según Resolución Ministerial Nº 0440-2008-ED, el área de Ciencia, Tecnología y Ambiente,
dentro del cual se encuentra la asignatura de Física, consta de las siguientes capacidades y
conocimientos:
Tabla 8: Diseño curricular del área de Ciencia, Tecnología y Ambiente
CAPACIDADES
CONOCIMIENTOS
Comprensión de información
. Analiza información sobre diferentes tipos de
investigación.
. Organiza información sobre movimiento de los cuerpos.
. Interpreta las teorías y conocimientos sobre las leyes
Mundo Físico, Tecnología y Ambiente, Ciencia,
investigación
. Proyectos de investigación sobre astronomía.
. Investigación, Innovación y desarrollo
. Fases del proyecto de investigación
. Magnitudes físicas y el sistema internacional de unidades.
. Magnitudes escalares y vectoriales.
Movimiento
. Movimiento de los cuerpos, Movimiento Rectilíneo
Uniforme. Movimiento rectilíneo uniformemente variado.
. Caída libre de los cuerpos.
. Movimiento parabólico. Movimiento circular.
. Causa del movimiento de los cuerpos. Leyes de Newton.
. Plano inclinado.
. Ley de gravitación universal.
. Condiciones de equilibrio mecánico.
. Cantidad de movimiento.
. Biomecánica.
. Centro de gravedad.
. Las articulaciones.
El trabajo mecánico, la potencia y energía
. Trabajo Mecánico. Trabajo de una fuerza.
. Potencia mecánica. Energía. Principio de conservación de
energía.
Electricidad
. Electrostática.
. Ley de Coulomb.
Indagación y experimentación
. Interpreta los fenómenos físicos de la materia
. Describe los fenómenos relacionados con la luz y el
sonido.
. Formula la hipótesis con base de conocimientos
cotidianos, conocimientos científicos, teorías leyes y
modelos científicos.
. Establece diferencias entre modelos, teorías, leyes e
hipótesis
. Aplica principios y leyes de la Física para resolver
problemas de los diferentes fenómenos físicos.
. Realiza mediciones con instrumentos adecuados a las
características y magnitudes de los objetos de estudio.
. Verifica las relaciones
entre distancia recorrida,
velocidad y fuerza involucrada en diversos tipos de
movimientos.
. Establece diferencia entre descripción, explicación y
evidencia.
. Registra las observaciones y resultados utilizando
esquemas gráficos y tablas.
-63-
. Experimenta los principios del trabajo mecánico, potencia
y energía.
. Verifica la acción de fuerzas electrostáticas-Magnéticas y
explica su relación con la carga eléctrica.
. Relaciona los movimientos internos de los seres vivos
con los principios físicos
. Investiga las diferentes fuerzas en el interior de los seres
vivos y la relación de los movimientos con las funciones
biológicas.
. Analiza y aplica las fuerzas utilizando las máquinas
simples.
. Establece relación entre diferentes fuerzas que actúan
sobre los cuerpos en reposo o en movimiento.
. Elabora informes científicos, monografías, tesinas,
ensayos.
. Analiza el desarrollo de los componentes de los circuitos
eléctricos y su importancia en la vida diaria, así como el
proceso de la transformación de energía mecánica en
energía térmica.
. ACTITUDES
. Demuestra curiosidad en las prácticas de campo.
. Participa en los trabajos de investigación de manera
creativa.
. Cuida y protege su ecosistema.
. Muestra iniciativa e interés en los trabajos de
investigación.
. Valora el uso de lenguaje de la ciencia y tecnología.
. Propone alternativa de solución frente a la contaminación
del ambiente.
. Valora los aprendizajes desarrollados en el área como
parte de su proceso formativo.
. Valora la biodiversidad existente en el país.
. Campo eléctrico.
. Energía potencial eléctrica y potencial eléctrico.
. Electrodinámica.
. Fuerza electromotriz. Ley de Ohm. Circuitos de corriente
eléctrica
Electromagnetismo
. Magnetismo. Fuerza magnética
. Electromagnetismo. Campo magnético. Ley de Biot-Savart.
. Inducción electromagnética. Ley de Faraday y Ley de Lenz.
: Generadores.
Onda: sonido y Luz
. Movimiento vibratorio. Movimiento Ondulatorio
. Sonido Intensidad de sonido.
. Ondas electromagnéticas.
. La luz. Rayos X.
Mundo Viviente, Tecnología y Ambiente
Movimiento interno de los seres vivos.
. Hidrostática. Los líquidos en reposo
. Presión arterial
. El Principio de Pascal. Principio de Arquímedes.
. Hidrodinámica.
. Principio de Bernoulli.
. Viscosidad. Tensión superficial
Fuerza
. Resistencia y esfuerzo físico
. Influencia de la fricción en el movimiento de los cuerpos.
. Equilibrio de fuerzas y momentos en el cuerpo humano.
. Energía en los seres vivos
Física en el siglo XX
. Física cuántica. Hipótesis de Plank.
. El fotoeléctrico.
. El principio de incertidumbre. Teoría de la relatividad
especial.
. Astronomía.
Salud Integral, Tecnología y sociedad
. Calentamiento global
. Proyectos de gestión ambiental. Equilibrio ecológico.
. Energías renovables
Fuente: Ministerio de educación, Perú 2008
3.2
Diseño de software educativo
“El medio didáctico es definido como un elemento curricular que, por su sistema simbólico y
estrategia de utilización, propicia el desarrollo de habilidades cognitivas en los estudiantes
en un contexto determinado, facilitando la intervención mediada sobre la realidad, el empleo
de determinadas estrategias de aprendizaje y la captación y comprensión de la información”.
(Cabero, J. 1990)
A estas características se añaden, en el caso del software educativo, la capacidad de influir en
los objetivos, los contenidos y las estrategias de enseñanza; de ahí la importancia que tiene la
elaboración de software educativo de calidad.
-64-
Marqués destaca dos cualidades básicas en todo programa informático con finalidad
educativa: debe permitir al profesor su adaptación a múltiples situaciones que faciliten ciertos
aprendizajes a los alumnos y, además, debe ser coherente con las teorías pedagógicas actuales
y los requerimientos del sistema educativo, en cuanto a sus objetivos, contenidos y
procedimientos de uso. (Marqués, P. 1995)
Para satisfacer estos requerimientos, Marqués distingue las siguientes etapas en el proceso de
diseño y desarrollo de software educativo, entendido éste no como un proceso lineal sino
iterativo:
a. Génesis de la idea-semilla: la elaboración de un programa educativo parte siempre de
una idea inicial que configura unas actividades atractivas para el alumno y que puede
facilitar la consecución de ciertos objetivos didácticos. Esta idea inicial encierra el qué y
el cómo se quiere enseñar.
b. Prediseño o diseño funcional: se elabora a partir de la idea inicial y constituye el primer
guión del programa, concretando los aspectos pedagógicos (contenidos, objetivos,
estrategia didáctica, alumnado destinatario, ventajas respecto a otros recursos didácticos,
tareas cognitivas que desarrollará, elementos motivadores, integración curricular…), los
aspectos algorítmicos e informáticos (diagramas de flujo de la información, hardware y
software necesarios, organización de los menús…) así como el modo de interacción del
alumno con el programa (pantallas, ayudas, control de respuestas…).
c. Estudio de viabilidad y marco del proyecto: se trata de evaluar la viabilidad y la
calidad del programa, con el asesoramiento de profesores y expertos en didáctica de la
materia que hay que enseñar, y de informáticos. Si el estudio de viabilidad resulta
positivo, se establecerá un plan de trabajo en el que se concrete la temporalización, las
herramientas informáticas de desarrollo, el personal implicado en el proyecto…
d. Dossier completo de diseño o diseño orgánico: en esta etapa se desarrollan los
elementos del diseño funcional, prestando una atención especial a los elementos
estructurales, es decir, el algoritmo, las bases de datos y el entorno de comunicación.
e. Programación y elaboración del prototipo alfa-test: siguiendo las especificaciones del
diseño orgánico, el programador desarrolla un prototipo del programa, listo para ser
ejecutado en la plataforma informática establecida en el diseño orgánico.
f. Redacción de la documentación del programa: se elabora el manual del programa y
una guía didáctica para el profesor.
-65-
g. Evaluación interna: el equipo implicado en el proyecto evalúa la versión alfa, lo que
constituye una evaluación formativa, en tanto que aporta información para realizar
posibles mejoras técnicas, pedagógicas o funcionales en el programa.
h. Ajustes y elaboración del prototipo betatest: las modificaciones prescritas por la
evaluación interna son incorporadas en el prototipo alfa, generándose un nuevo prototipo,
la versión beta.
i. Evaluación externa: el prototipo beta es utilizado por alumnos y profesores en el aula,
para después comunicar su opinión mediante cuestionarios. Esta etapa constituye una
evaluación sumativa.
j. Ajustes y elaboración de la versión 1.0: si fuera preciso, los puntos débiles de la
versión beta detectados mediante la evaluación externa serán corregidos, obteniéndose el
programa definitivo.
k. Publicación y mantenimiento del producto: una vez que el programa se distribuye en
los centros educativos, es conveniente realizar el seguimiento de su uso para recoger la
opinión de los usuarios (profesores y alumnos), que será tenida en cuenta para posteriores
versiones del programa.
En particular, el diseño y desarrollo de los programas informáticos didácticos en Ciencias
Experimentales presenta las siguientes dificultades según (Garrido Romero, J. M. (1991)
a.
Necesidad de un equipo de trabajo multidisciplinar, integrado por informáticos, expertos
en Didáctica de las Ciencias, profesores y psicólogos.
b.
Definición poco precisa de las características del programa en la fase de diseño.
c.
En ocasiones, una adecuación insuficiente a los objetivos educativos propuestos, al nivel
cognitivo de los estudiantes, al conocimiento previo de los estudiantes sobre los
contenidos enseñados, al modelo didáctico puesto en juego por el profesor, etc.
d. Utilización poco optimizada, a veces, de los recursos técnicos ofrecidos por la
informática. e.
Necesidad de evaluación como recurso didáctico: diseño experimental de tipo 6 de
(Campbell-Stanley. 1978). Garrido Romero destaca unas características específicas en la creación de software educativo de Ciencias Experimentales, que justifican la
consideración de un paradigma propio, articulado en los siguientes módulos:
a. Contexto ecológico, referido al análisis de las características del entorno escolar
(dificultades de aprendizaje, recursos didácticos tradicionales, hardware y software
disponibles, necesidades de software didáctico).
-66-
b. Cognición, enfocado al análisis de los contenidos científicos que hay que enseñar,
mediante la selección, estructuración, adaptación y procesamiento conceptuales.
c. Diseño, que determina tanto las herramientas y los métodos de programación aplicados
como la estructura operativa del programa informático.
d. Creación, que implica la codificación del programa y la obtención de distintos ficheros
(ejecutables, auxiliares, bases de datos, de instalación, etc.).
e. Evaluación, referida al cumplimiento de las especificaciones iniciales, establecidas en las
etapas anteriores, en relación con los aspectos técnico, científico y didáctico del programa.
f. Mantenimiento, relacionado con las futuras mejoras y ampliaciones del programa.
El carácter científico del “Diseño y creación de software educativo en Didáctica de las
Ciencias Experimentales” se fundamenta, desde la perspectiva de análisis epistemológico de
Schwab, en unas estructuras sustantiva, sintáctica y organizativa específicas de la disciplina.
En cuanto a su estructura sustantiva, constituida por el ámbito de actuación y la finalidad de la
disciplina, el “Diseño y creación de software educativo en Didáctica de las Ciencias
Experimentales” tiene por objeto la elección, planificación y evaluación de los objetivos de
diseño y creación de software educativo que faciliten, según las experiencias que pueda
propiciar o inhibir el proceso instructivo, la interpretación de la Naturaleza, teniendo en
cuenta el estado inicial del sujeto para el aprendizaje y sus diferencias individuales, su
interacción con los demás sujetos y los recursos didácticos que intervienen en la situación de
aprendizaje-enseñanza.
La estructura sintáctica, referida a las reglas que rigen las relaciones entre los elementos de la
estructura sustantiva, está integrada por los métodos científicos y por las técnicas de análisis,
diseño, programación, evaluación y mantenimiento de software.
Por último, la estructura organizativa, vinculada a la articulación interna de la disciplina y a
su relación con otras ciencias, en el “Diseño y creación de software educativo en Didáctica de
las Ciencias Experimentales” es consecuencia de la síntesis epistemológica de las Ciencias
Experimentales, las Ciencias de la Educación y la Informática.
3.3
Integración de las tecnologías de la información y comunicación en las
instituciones educativas
Cerych distingue tres factores determinantes para la incorporación del ordenador en los
centros educativos: (Cerych, L. 1985)
-67-
1. Pedagógico: según el cual el ordenador se concibe como una nueva herramienta
pedagógica que destaca por su carácter interactivo.
2. Sociológico: la necesidad del ordenador en la educación es propiciada por padres de
alumnos, autoridades, organizaciones educativas internacionales, editoriales, etc.
3. Económico: las necesidades y exigencias del mercado de trabajo obligan al uso de los
ordenadores y, por tanto, a la alfabetización informática de los futuros trabajadores.
Esta transferencia de las TIC a los centros educativos suele llevarse a cabo a lo largo de tres
etapas:
1° etapa: el ordenador se introduce como una nueva utilidad educativa, convirtiéndose en
objeto de estudio.
2° etapa: el valor de las TIC como recurso educativo comienza a ser apreciado y desarrollado
Como consecuencia, las TIC se convierten en un contenido transversal del currículum.
3° etapa: las TIC influyen en el contenido y los objetivos de la enseñanza, así como en la
metodología y el sistema de enseñanza.
Hasta la fecha, la mayoría de las Instituciones Educativas aún no ha superado la primera
etapa, ya que al intentar integrar las TIC en la práctica docente surgen dificultades, tales
como:
a. Obstáculo físico: se crean aulas de ordenadores que son utilizadas casi exclusivamente
para la asignatura de Informática, no disponiéndose de horas suficientes para el resto de
las asignaturas.
b. Obstáculo de currículum: como consecuencia del obstáculo físico, no es posible
considerar actividades basadas en el ordenador en las programaciones de las distintas
asignaturas.
c. Carencia de soporte técnico: por lo general, el profesor de informática actúa también
como técnico, asesor y proveedor de programas informáticos.
d. Factor humano: las administraciones educativas invierten en software, ordenadores y
periféricos (Programa Huascaran) pero no suficientemente en la formación inicial y
continúa del profesorado en relación a las TIC.
e. Actitud del profesor: en ocasiones, debido a la falta de información, la informática se
percibe como una amenaza, un desafío, una innovación más, manteniendo el profesor una
actitud escéptica frente a las potenciales mejoras que puede aportar.
-68-
f. Inadecuación de algunos programas informáticos a una realidad escolar concreta,
por su complejidad, interfaz poco ergonómica, contenido que hay que enseñar no incluido
en la programación de la asignatura, etc.
g. Nuevo papel de los profesores: se necesitan nuevas estrategias y metodologías de
enseñanza para conseguir que las TIC actúen como verdaderos estimuladores
intelectuales.
h. La innovación no es un proceso directo y natural, ya que los entornos informáticos son
complejos y requieren de un cierto tiempo para aprender su manejo. Además, la
aplicación
informática
puede
involucrar
ciertas
decisiones
pedagógicas
y
epistemológicas.
i. Insuficiente cooperación entre las Instituciones Educativas y la industria
informática: los programadores y fabricantes de programas informáticos educativos
deben tener más en cuenta el entorno escolar al cual van dirigidos sus productos, así
como las necesidades y prescripciones de los profesores.
j. Coexistencia de los medios informáticos con los recursos didácticos tradicionales,
aprovechando lo mejor de cada uno según el contexto de aprendizaje. El profesor tiene
que ser consciente tanto de las virtudes como de las limitaciones del entorno informático
en relación con los recursos clásicos de aula.
3.4
La evaluación del software educativo
En ocasiones, los programas informáticos disponibles en el mercado no se adaptan de manera
óptima a los requerimientos del aula.
Por tanto, los profesores necesitan dominar técnicas de valoración de los programas de
revisión y la selección de éstos, al igual que hacen con otros materiales educativos, como
libros de texto, revistas de divulgación científica, vídeos, diapositivas, etc.
Se entiende por selección del software la valoración que los profesores hacen de los
programas informáticos, con antelación a su empleo en el aula con grupos de estudiantes o
con alumnos individuales.
Por otra parte, la revisión se refiere al proceso de valoración que se realiza con el fin de
redactar un resumen de las características del programa, para información de terceros que
participan también en la selección. La revisión es un primer paso para la selección.
Por último, la evaluación de un programa informático consiste en su valoración basada en la
observación concreta de la utilización del mismo. Puede efectuarse tanto durante la fase de
-69-
desarrollo del programa como durante la fase de utilización en el aula. En el primer caso se
denomina evaluación formativa y se centra en las posibles modificaciones del programa con
objeto de mejorar su eficacia. El segundo caso hace referencia a la evaluación sumativa, que
se ocupa de la calidad y la variedad de experiencias que puede apoyar el programa
informático.
Una de las técnicas más difundidas para valorar los programas informáticos educativos es la
utilización de las “listas de control”, que son cuestionarios confeccionados según un
determinado criterio, para guiar al profesor en el análisis crítico sobre las características
técnicas y pedagógicas del programa. (Murillo, F. J. 1992)
Squires y McDougall consideran que el uso de programas educativos está relacionado
esencialmente con las siguientes cuestiones: (Squires, D. y McDougall, A. 1997)
a. ¿Cómo puede mejorarse el aprendizaje de los estudiantes mediante el uso del programa
informático?
b. ¿Cómo puede éste ser utilizado por los profesores para mejorar y ampliar su enseñanza?
c. ¿Cómo interactúan docentes y estudiantes en las aulas donde se utiliza el programa?
Estos interrogantes no pueden ser contestados a través de sencillas listas de control, por lo que
Squires y McDougall plantean un nuevo criterio para valorar los programas educativos,
basado en la consideración de las interacciones posibles entre las distintas perspectivas de los
actores principales (profesor, alumno y programador). La interacción se produce entre las
formas de ver el currículum y los procesos de aprendizaje.
3.5
La simulación por ordenador
Según: Alfonso Pontes 1999. “Uno de los objetivos clave en la enseñanza de la Física es
establecer una relación entre los objetos, eventos y fenómenos del mundo real y las teorías y
modelos que permiten su interpretación al estudiante. Estos mundos remiten a
esquematizaciones próximas pero diferentes: El mundo de los modelos y de los signos con el
mundo real de los objetos y eventos. En este contexto, la simulación por ordenador puede
facilitar la conexión entre la realidad y los modelos explicativos, ya que incorpora
procedimientos de cálculo numérico y de representación gráfica para reproducir algún aspecto
de un fenómeno o dispositivo, analizado a la luz de un determinado modelo físico.
Algunas de las ventajas destacables de la simulación por ordenador como recurso didáctico
son las siguientes: Permite reproducir fenómenos naturales difícilmente observables de
manera directa en la realidad, por motivos diversos: Peligrosidad, escala de tiempo, escala
-70-
espacial o carestía del montaje; el alumno pone a prueba sus ideas previas acerca del
fenómeno simulado mediante la emisión de hipótesis propias, lo cual redunda en una mayor
autonomía del proceso de aprendizaje; el alumno comprende mejor el modelo físico utilizado
para explicar el fenómeno, al observar y comprobar interactivamente la realidad que
representa; la simulación posibilita extraer una parte de la física que subyace en una
determinada experiencia, simplificando su estudio, lo que facilita la comprensión del
fenómeno; el alumno puede modificar los distintos parámetros y condiciones iniciales que
aparecen en el modelo físico del simulador, lo que ayuda a formular sus propias conclusiones
a partir de distintas situaciones; la simulación evita al alumno los cálculos numéricos
complejos, lo que le permite concentrarse en los aspectos más conceptuales del problema; la
simulación ofrece al alumno una amplia variedad de datos relevantes, que facilita la
verificación cualitativa y cuantitativa de las leyes científicas; los problemas físicos con un
trasfondo matemático complejo pueden ser tratados, haciéndolos asequibles al estudiante
(sistemas no lineales, caos,..)
Por otra parte, la simulación permite al alumno la adquisición de diversos contenidos:
contenidos conceptuales, relacionados con fenómenos naturales físicamente inaccesibles,
peligrosos, complejos, que necesitan montajes experimentales caros, que tienen lugar en
intervalos espaciales y temporales inusuales, etc.; contenidos procedimentales: Elaboración de
conjeturas que pueden ser contrastadas; deducción de predicciones a partir de experiencias,
datos, etc.; emisión de hipótesis a partir de una teoría; construcción de relaciones de
dependencia entre las variables; realización de un proceso de control y de exclusión de
variables; elaboración de una estrategia para la resolución de un problema; registro cualitativo
y cuantitativo de datos; interpretación de observaciones, datos, medidas, etc.; formulación de
relaciones cualitativas; manipulación de modelos analógicos; contenidos actitudinales:
reconocimiento de la influencia de los modelos en la elaboración del conocimiento científico;
reconocimiento del carácter provisional y perfectible de los modelos”.
La simulación se puede concebir desde una doble perspectiva. Por un lado, constituye un
espacio intermediario, que puede facilitar la puesta en relación de la realidad y las teorías o
modelos, entre lo concreto y lo abstracto (Barberá, O. y Sanjosé, V. 1990)
Por otra parte, representa un instrumento que permite actividades de manipulación de modelos
mundo controlable, según Bork que facilitarán la adquisición de conocimientos conceptuales
y procedimentales (Bork, A. 1981)
-71-
a. El alumno pone a prueba sus ideas previas acerca del fenómeno que se simula mediante
la emisión de hipótesis propias, lo cual redunda en una mayor autonomía del proceso de
aprendizaje.
b. El alumno comprende mejor el modelo físico-químico utilizado para explicar el
fenómeno, al observar y comprobar, de forma interactiva, la realidad que representa.
c. La simulación posibilita extraer una parte de la física o la química que subyace en una
determinada experiencia, simplificando su estudio, lo cual facilita la comprensión del
fenómeno.
d. El alumno puede modificar a voluntad los distintos parámetros y condiciones iniciales
que aparecen en el modelo físico-químico del simulador, lo que ayuda a formular sus
propias conclusiones a partir de distintas situaciones. e. La simulación evita al alumno los cálculos numéricos complejos, lo que le permite
concentrarse sólo en los aspectos más científicos del problema. f. La simulación ofrece al alumno una amplia variedad de datos relevantes, que facilita la
verificación cualitativa y cuantitativa de las leyes científicas.
g. Los problemas físicos o químicos con un trasfondo matemático complejo pueden ser
tratados, haciéndolos asequibles al estudiante (sistemas no lineales, caos…).
Por otra parte, la simulación permite al alumno la adquisición de diversos contenidos:
a.
Contenidos
conceptuales,
relacionados
con
fenómenos
naturales
físicamente
inaccesibles, peligrosos, complejos, que necesitan montajes experimentales caros, que
tienen lugar en intervalos espaciales y temporales inusuales, etc.
b.
Contenidos procedimentales: elaboración de conjeturas que pueden ser contrastadas;
deducción de predicciones a partir de experiencias, datos, etc.; emisión de hipótesis a
partir de una teoría; construcción de relaciones de dependencia entre las variables;
realización de un proceso de control y de exclusión de variables; elaboración de una
estrategia para la resolución de un problema; registro cualitativo y cuantitativo de datos;
interpretación de observaciones, datos, medidas, etc.; formulación de relaciones
cualitativas; manipulación de modelos analógicos.
c.
Contenidos actitudinales: reconocimiento de la influencia de los modelos en la
elaboración del conocimiento científico; reconocimiento del carácter provisional y
perfectible de los modelos.
La teoría constructivista del aprendizaje concibe al alumno como un agente activo en la
adquisición de conocimiento. El modelo didáctico de aprendizaje por descubrimiento guiado
-72-
asume esta premisa. La información no es ofrecida a los alumnos de manera expositiva, sino
que un entorno abierto de aprendizaje promueve que sean los alumnos por sí mismos quienes
construyan su propio conocimiento, mediante la indagación, la resolución de problemas, los
razonamientos hipotético-deductivo e inductivo, etc.
Asumimos y, por tanto, aun teniendo las destrezas necesarias, los alumnos no suelen
aplicarlas.
Esta circunstancia puede ser superada si el simulador incorpora determinadas medidas
instructivas:
a.
Implementación de modelos de complejidad creciente.
b.
Prohibición a los alumnos de introducir ciertos valores a algunas variables.
a.
Riqueza conceptual de los fenómenos simulados y variedad de los métodos de
investigación demandados al alumno.
b.
Estímulo a los alumnos para llevar a cabo acciones exploratorias, lo cual está
estrechamente vinculado a la complejidad del simulador.
c.
Orientación en el modo de actuar del alumno, permitiéndole un margen de libertad
adecuado que favorezca el desarrollo de un razonamiento divergente.
d.
Sistemas de ayuda asociados al simulador sobre distintos aspectos (conceptos implicados
en el problema propuesto, utilización del programa, estrategias puestas en juego, etc.),
encaminados a evitar que el alumno con insuficiente conocimiento de la materia actúe de
modo arbitrario y sin planificación.
e.
Equilibrio entre medidas obligatorias (de cumplimiento obligado por los alumnos) y
medidas no obligatorias (los alumnos tienen el control sobre el uso de las medidas
instruccionales).
Los programas de simulación pueden clasificarse, según el referente que asumen, en dos
grupos:
a) Programas que adoptan como referencia la fenomenología, es decir, los objetos e
instrumentos así como los aspectos visibles de los fenómenos representados. En este caso,
pueden plantearse dos situaciones:
-La simulación se basa en datos experimentales.
-La simulación se basa exclusivamente en valores predefinidos y cálculos puramente
técnicos.
-73-
b) Programas que adoptan como referencia el modelo: los objetos son representados de
manera simbólica y los instrumentos están ausentes o son representados de modo
simbólico.
Del mismo modo, las actividades con simuladores pueden presentar dos orientaciones:
- El alumno se centra en los conocimientos relativos al modelo y/o a la teoría.
- El alumno se centra en los conocimientos factuales y sus aptitudes en el reconocimiento de
fenómenos.
Beaufils identifica en la simulación tres subniveles interrelacionados: (Beaufils, D. 2001)
a.
Nivel de implementación del modelo, donde aparecen los cálculos efectuados, ecuaciones
de la teoría o del modelo, método de resolución numérica, etc.
b.
Nivel de representación simbólica del modelo, en el que unos objetos básicos, dotados de
ciertas propiedades, son interrelacionados para modelizar un sistema más complejo, del
cual se estudia el comportamiento.
c.
Nivel de representación figurativa, en el que se puede poner en escena el modelo de
modo que evoque el espacio de realidad.
-74-
Capitulo 4. La propuesta.
“Laboratorio Virtual de Física”
En la enseñanza de la Física es necesario introducir gran cantidad de conceptos y fenómenos,
controlados por variables espaciales y temporales, cuya captación plena por parte de los
alumnos resulta difícil, sobre todo cuando no se dispone de la posibilidad de visualización
animada del fenómeno en cuestión, sino únicamente de la visión estática que se pueda realizar
en la pizarra. Estas dificultades, junto a otras intrínsecas de la Física, hacen que sea
generalmente considerada por los alumnos como una materia difícil, y con demasiada
frecuencia, les lleva a un aprendizaje no significativo; es decir, a un conocimiento absurdo de
fórmulas y rutinas matemáticas, sin comprender realmente el proceso físico que esas
ecuaciones describen.
El uso de las nuevas tecnologías informáticas abre grandes posibilidades de atenuar las
dificultades mencionadas en el párrafo anterior. En los últimos años se han desarrollado
bastantes programas informáticos de uso didáctico, de los cuales son más interesantes
aquellos que, no sólo hacen posible visualizar un fenómeno físico en la pantalla del
ordenador, sino que además permiten interaccionar con él. Con este tipo programas,
denominados genéricamente simulaciones informáticas, el usuario puede modificar variables,
predecir resultados, realizar medidas, etc., permitiendo una auténtica experimentación
simulada con aspectos que serían difíciles de reproducir realmente en los laboratorios
escolares.
De este modo, el monitor del ordenador puede convertirse en una pizarra animada e
interactiva, que suponga una eficaz ayuda para conseguir que los alumnos adquieran un
conocimiento significativo.
Con esa idea principal nace la idea de desarrollar el “laboratorio virtual de Física”, programa
basado en simuladores y determinar la influencia que ejerce en el aprendizaje por
investigación de la Física en el nivel secundario de la educación básica regular.
-75-
4.1
Laboratorio virtual de Física
Se trata de un programa didáctico para la simulación de las principales leyes de la Física, de
los más importantes tópicos de esta área, tal como se puede observar en la figura 8, las cuales
son complementadas con una conexión mediante sensores que hacemos con la computadora al
“laboratorio de Cinemática”
Figura8: Menú principal del programa de simulación “Laboratorio Virtual de Física”
El alumno puede modificar distintas variables del fenómeno, como se puede apreciar en la
figura 9, para luego pasar a responder las preguntas que se realiza en cada una de las
simulaciones.
4.1.1 Uso de los simuladores.
Si es la primera vez que se usará las simulaciones, se recomienda que siga los siguientes pasos
en la que se explican los elementos habituales en una simulación:
-76-
:
Figura 9: Primer paso a realizar al experimentar con el simulador.
En la figura 10 se muestra el segundo paso a realizar al interactuar con los simuladores, en
esta zona encontraran los diferentes contenidos del ejercicio, según el botón que haya pulsado
en el primer paso, en la parte derecha de la pantalla se muestra en botón “salir” el cual se debe
pulsar una vez que se haya terminado con el ejercicio.
Figura 10: Segundo paso a realizar al experimentar con el simulador.
En la figura 11 se muestra el tercer paso a realizar al experimentar con el simulador, es decir,
una vez que se haya investigado en la solución de un problema determinado, recién se pulsa el
botón “s” el cual nos conducirá a la simulación respectiva del problema.
-77-
Figura 11: Tercer paso a realizar al experimentar con el simulador.
4.1.2 Requerimientos mínimos
Para poder usar las simulaciones sin problemas, la computadora debe cumplir o superar los
requisitos indicados:
- Pentium-II 233MHz
- 64 MB de RAM
- Resolución pantalla 800x600
- Macromedia Flash Player 6 o superior
En la figura 12 se muestra una interfaz donde el usuario puede cambiar las variables de
acuerdo a sus intereses.
Figura 12: Presentación de una simulación como ejemplo
El programa presenta tres áreas funcionalmente diferenciadas (figura 13):
-78-
a) Un área de ejercicios o preguntas, representado por un botón de color azul con la letra “e”
donde el usuario hará clic para leer la pregunta o ejercicio, y luego de entenderlo pasara a la
simulación respectiva.
b) Un área representada por un botón de color azul representado por la letra “s” la cual al
hacer clic el usuario le trasladara a la simulación del tema tratado.
c) Un área representado por un botón de color azul, representado por el signo de interrogación
“?” , donde se le presentaran al alumno varias alternativas de selección múltiple, las cuales
serán respondidas después de haber interactuado con el simulador, el usuario puede volver al
simulador cuantas veces lo desee, hasta que este seguro de la respuesta.
El programa posee un botón “menú” el cual nos llevará al menú principal situado en la parte
superior de la pantalla, mediante el cual el alumno puede: comenzar una nueva experiencia,
fijando o modificando los valores de las magnitudes físicas relevantes para la respectiva ley
Física; el usuario puede salir del programa; activar o desactivar la visualización de la
simulación.
El menú principal hay un botón denominado “Laboratorio de Cinemática” el cual nos llevará
a la conexión de la computadora con el puerto serial de la misma, las cuales nos van a permitir
enviar datos a la computadora, y los datos serán procesados a través del programa Visual
Basic.
La figura 13 nos muestra los tres botones principales que nos llevan a las tres áreas
fundamentales de que consta cada simulador
Figura 13: Botones principales del programa
Por otra parte, se está trabajando para que en un futuro el programa didáctico inicialmente
solicite al alumno identificarse, con objeto de registrar en un fichero todos los diseños
experimentales que va realizando cada alumno, junto con su nombre, día y hora. De esta
-79-
manera el profesor puede hacer un seguimiento del proceso de razonamiento y aprendizaje de
cada alumno.
4.1.3 Características técnicas y didácticas
El programa puede ser ejecutado desde Cd y necesita de tener instalado el programa Visual
Basic, y Flash Player para que funcione el “laboratorio de Cinemática.
El programa “Laboratorio Virtual de Física” bajo Windows rentabiliza más las prestaciones
técnicas de los nuevos ordenadores con los que se dotan las instituciones Educativas e
incorpora distintas novedades con un importante valor educativo:
a) Presentación de gráficas en tiempo real de la posición, velocidad y aceleración del móvil
frente al tiempo.
b) Visualización de los vectores de posición, velocidad y fuerzas aplicadas (distinguiendo
entre peso y fuerza de rozamiento), así como de la trayectoria del móvil.
c) Posibilidad de que el alumno pueda comprobar la gravedad Terrestre experimentalmente.
d) Ayuda al estudiante sobre el rango de los valores numéricos permitidos para cada variable
y sobre la utilización del simulador.
El simulador está concebido para su uso en el aula como un “laboratorio virtual” que facilita
al alumno el aprendizaje de la Física mediante pequeñas investigaciones dirigidas por el
profesor.
Por ello, la pretendida evolución de los esquemas previos de los estudiantes es asumida en los
siguientes objetivos didácticos del programa:
a) Analizar el principio fundamental de las leyes de la Física, observando la influencia de las
distintas variables en el fenómeno experimentado.
b) Analizar el principio de la inercia, observando que un cuerpo mantiene su movimiento sin
que actúe ninguna fuerza sobre él.
c) Distinguir los conceptos de trayectoria y gráfica posición-tiempo.
d) Distinguir los conceptos de desplazamiento y espacio recorrido.
e) Comprobar que la fuerza de rozamiento siempre se opone al movimiento.
f) Comprender el concepto de vector de posición.
-80-
g) Analizar y comparar la caída libre de los cuerpos sometidos a rozamiento y en el vacío.
h) Interpretar las gráficas posición-tiempo, velocidad-tiempo y aceleración-tiempo.
i) Identificar las gráficas características de los movimientos uniforme, uniformemente
acelerado y variado.
j) Reconocer que la velocidad instantánea no siempre tiene la misma dirección y sentido que
la fuerza.
k) Reconocer que un cuerpo sometido a una fuerza externa y a rozamiento adquiere con el
tiempo un movimiento uniforme.
l) Analizar las variables que influyen en un lanzamiento horizontal.
m) Analizar las variables que influyen en un lanzamiento parabólico.
n) Comprobar experimentalmente el valor de la aceleración de la gravedad Terrestre.
o) Comprobar experimentalmente las leyes de caída libre de los cuerpos, movimiento semiparabólico, y movimiento parabólico.
p) Y otras leyes que se muestran en el menú general.
-81-
En la figura 14 se muestra el diagrama de flujo de funcionamiento del “laboratorio virtual de
Física”, de la parte de la conexión mediante sensores a través del puerto serial del computador
Inicio
Seleccionar tema
No
Si
Si
¿Salir del
programa?
El usuario
debe introducir
No
cambios
No
Iniciar
Animación
Fin
¿Detener
Si
animación?
Si
¿Salir del
Calcular nuevas
programa?
variables
Figura 14: Diagrama de flujo de funcionamiento del “laboratorio virtual de Física”
Tras la realización de determinadas experiencias con el simulador, algunos alumnos
reconocen la incorrección de sus hipótesis iniciales, pero son incapaces de justificar
razonadamente el comportamiento inesperado del móvil que han observado.
Por consiguiente, con objeto de minimizar estas dificultades detectadas en el aula, se decide
incorporar las siguientes modificaciones en el programa informático de simulación:
-82-
Distintos niveles de complejidad para el modelo físico incorporado, de manera que cada
actividad de investigación ofrezca ciertas variables activadas y manipulables por el estudiante,
mientras permanecen otras desactivadas, para así centrar la atención del alumno en los
aspectos del modelo físico más adecuados a su nivel de conocimiento.
a) El aprendizaje de algunos procedimientos científicos puede ser facilitado cuando el
simulador presenta al estudiante más de un cuerpo en movimiento.
b) Los modelos físico-matemáticos incorporados no serán todos cuantitativos, sino que
también el simulador incorporará modelos de naturaleza cualitativa.
c) Las actividades de investigación deben estar integradas en la base de datos del simulador
y deben presentar una complejidad progresiva.
d) Los mensajes de ayuda de carácter técnico ofrecidos por el simulador serán
complementados con orientaciones de índole didáctica que faciliten al estudiante la
comprensión del fenómeno observado.
4.1.3.1 Flash MX y Action Script
Los lenguajes de programación se utilizan para comunicarse con las computadoras enviando y
recibiendo información. A través de dichos lenguajes, el usuario podrá decirle al ordenador lo
que debe hacer, así como preguntarle por cualquier información. Gracias a la programación,
la computadora escucha, prueba o realiza las acciones requeridas por el usuario y da
respuestas.
Al igual que los lenguajes humanos, esta comunicación se realiza mediante un vocabulario y
una gramática ya establecidos. Y en nuestro caso el lenguaje de programación Action Script,
se ha convertido actualmente en una herramienta poderosa, para realizar las simulaciones que
se presentan el software educativo multimedia, a través de Action Script se han programado
cada una de las principales leyes de la Física.
4.1.3.2 Macromedia Director
Macromedia Director ha sido utilizado para armar toda la película interactiva, ya que es un
programa compatible con Macromedia Flash.
-83-
4.1.4 Laboratorio de cinemática
El laboratorio de Cinemática se ha desarrollado con la finalidad de demostrar
experimentalmente algunas leyes de la Cinemática, para ello se realiza una conexión mediante
sensores con la computadora, utilizando el puerto serial de 9 pines, este puerto nos va a
permitir recibir señales eléctricas provenientes de conexiones externas, estas señales serán
procesadas mediante un programa desarrollado en Visual Basic (anexo 13). Las conexiones
las realizamos a los pines 1- y 9 del puerto serial. Luego para armar el equipo del Laboratorio
utilizamos una pila de 3 voltios, la cual enviará una señal eléctrica al programa (tal como
observamos en la figura 15)
Figura 15: Esquema de armado del equipo “Laboratorio de Cinemática”
-84-
En la figura 16 se muestra el instrumento físico que es una parte del laboratorio virtual de
Cinemática donde la función principal de este instrumento es el de comprobar
experimentalmente el valor de la aceleración de la gravedad terrestre.
Figura 16: Equipo para demostrar experimentalmente el valor de la gravedad Terrestre
En la figura 17 se muestra todos los instrumentos de la parte física (material) que constituyen
parte del laboratorio virtual de Cinemática, con ellos se demuestra experimentalmente algunas
leyes de la cinemática.
Figura 17: Equipo para demostrar experimentalmente las leyes del movimiento parabólico
-85-
En la figura 18 se muestra la interfaz para comprobar experimentalmente el valor de la
aceleración de la gravedad Terrestre, es decir, la parte del procesamiento de los datos, es aquí
donde el usuario ingresa la altura (h) desde la cual soltara el objeto (billa de acero), y luego de
soltado el objeto, al momento de caer al piso la billa de acero, se mostrara en pantalla el
tiempo (t) que demoro la billa en caer al piso y lo más importante nos mostrara el valor de la
aceleración de la gravedad terrestre (g)
Figura 18: Interfaz para comprobar el valor de la gravedad terrestre
En la figura 19 se muestra la interfaz de procesamiento de datos para comprobar
experimentalmente las leyes del movimiento semi parabólico, donde el usuario, además de
ingresar la altura (h) desde la cual lanzara el objeto, también deberá ingresar la distancia
horizontal (d) donde cayo el objeto y en pantalla se mostrara: El tiempo de caída del objeto
(t), el valor de la aceleración de la gravedad terrestre (g), la velocidad horizontal (Vx), la
velocidad vertical (Vy) y la velocidad resultante (Vr).
-86-
Figura 19: Interfaz para comprobar leyes de movimiento semi parabólico
En la figura 20 se muestra la interfaz grafica de procesamiento de datos para comprobar
experimentalmente las leyes del movimiento parabólico donde el usuario deberá ingresar los
datos requeridos y los resultados también se mostraran en pantalla.
Figura 20: Interfaz para comprobar las leyes del movimiento parabólico
En la figura 21 se muestra la interfaz gráfica de a ayuda del laboratorio virtual de Cinemática,
donde se presenta información respecto al armado del equipo, así como información teórica
del tema tratado
-87-
Figura 21: Interfaz de ayuda del sistema
4.1.4.1 Desarrollo del laboratorio de cinemática
Para desarrollar el laboratorio de cinemática se utiliza una computadora compatible, donde se
utiliza el puerto serial que consta de 9 pines (DB9), este puerto, nos va a permitir recibir
señales eléctricas provenientes de conexiones externas, estas señales serán procesadas
mediante un programa desarrollado en Visual Basic, perteneciente a Microsoft Visual Studio
6.0
Figura 22: Puerto serial de la computadora
Las conexiones se realizan a los pines 1-5 y 9 del puerto serial de la computadora.
A continuación se detalla la función de las entradas del puerto serie utilizadas, en el lado de la
computadora se tiene un conector DB9 macho, pero para la interfaz se tiene un conector DB9
hembra para poder lograr la comunicación física:
RX: Señal de recepción. Son los datos que se reciben. (Entrada)
GND: Es la masa. Como toda señal, tiene que estar referida a una masa.
TX: Señal de transmisión. Por aquí salen los datos. (Salida)
-88-
DTR: Data Terminal Ready. Indica que el Terminal está encendido. (Salida)
DSR: Data Set Ready. Se ha establecido conexión. (Entrada)
CTS: Clear To Send. El terminal está aceptando datos. (Salida)
RTS: Request to Send. Aquí se introduce una señal cuando se pide un dato. (Fin)
4.1.4.2 Razón por la que se utiliza la pila de 3 voltios en la conexión
El puerto serie es sensible a voltajes que van desde -15 a -3V y desde 3 a 15V, debido a esto
se utiliza una pila de 3V, para poder indicar al puerto que se esta enviando una señal, esta
señal será enviada, gracias a la esfera metálica, que al soltarse abre un circuito.
4.1.4.3 Descripción del equipo para armar el laboratorio de cinemática
a.
El experimento que proponemos es medir el valor de la aceleración de la gravedad, para
lo cual dejaremos caer un objeto desde diferentes alturas y mediremos el tiempo que
tarda en llegar al suelo con la computadora, después de conectada con cables finos a dos
partes de la figura que se describen a continuación.
b. PARTE A: Un broche de ropa, de madera conectada con cables finos a cada patita del
broche de manera que haga contacto con la masa metálica. Esta parte A deberá estar sujeta
a una altura deseada. Al abrir el broche deja de circular corriente entre las patitas del
gancho de ropa, la computadora recibe el aviso de que la masa metálica comenzó a caer.
c. PARTE B: Debajo de la parte A, en el suelo ubicamos el sensor que le comunicara a la
computadora que la masa llegó abajo. Armamos esta parte como un “sándwich” de las
piezas que se muestran en la figura (son de unos 20cm.x20cm.) sujetas con cables finos en
cada vértice y cuidando que las hojas de papel de aluminio no entren en contacto. De tal
manera que al caer la masa metálica sobre el sensor haga que entren en contacto las dos
hojas de aluminio y la corriente pueda pasar de un cable a otro
d. Lo cables que vienen de las partes A y B deberán ser conectadas a la computadora tal
como se muestra en la figura 23.
-89-
5
9
1
Figura 23. Esquema principal de armado el Laboratorio de Cinemática
4.1.5 Requerimientos funcionales y no funcionales del sistema
5.1.3.1 Requerimientos funcionales:
a. El sistema nos permitirá simular las leyes más importantes de la Física, además comprobar
experimentalmente el valor de la aceleración de la gravedad terrestre, y el movimiento
compuesto en la Cinemática utilizando sensores elaborados con materiales caseros.
b. El sistema permitirá tratar los temas de la Cinemática, de forma tangible, más real, para el
alumno, disminuyendo considerablemente la demora entre la captura de datos y el análisis
de los mismos.
c. Permite cambiar las condiciones del experimento y visualizar inmediatamente en la
pantalla, los efectos que provocó dicho cambio. En un tiempo muy breve el alumno puede
estudiar diversas situaciones experimentales, reflexionar sobre la influencia de los
parámetros que están en juego.
d. Se permite al usuario la utilización de sensores para la captura de datos, lo cuál favorece y
facilita la precisión de captura de datos, cuando los eventos son muy lentos o muy rápidos,
además distinguir las variables importantes de las que no los son.
e. El sistema permitirá dar los conceptos fundamentales de la Cinemática, además de su
correspondiente aplicación práctica.
f. Que el sistema sirva tanto para adquirir un nuevo conocimiento, como para repasar un
concepto ya estudiado y que además tenga la cualidad, de que motive el estudio de la física
en los alumnos que se enfrenten por primera vez a la disciplina, mediante la presentación
-90-
amena de aplicaciones físicas a la ciencia ya la técnica, que se relacionan con la vida
cotidiana de ellos.
g. El sistema permite dar la posibilidad a los alumnos de tener una gran interactividad con el
computador, teniendo en cuenta el cumplimiento parcial de los objetivos que va venciendo
el estudiante que lo este utilizando
h. El sistema nos permite ofrecer la reafirmación de los conocimientos adquiridos mediante
un auto evaluación muy práctica.
4.1.5.2 Requerimientos no funcionales del sistema:
a. La velocidad de aprendizaje depende de las características individuales de cada usuario, ya
que cada individuo es una realidad muy compleja y distinta a los demás.
b. En el sistema es indispensable la elaboración de los sensores, utilizados para la parte
práctica, de lo contrario se obtendrán datos con escaso grado de confiabilidad.
c. Se deberá disponer de un equipo con las características multimedia, de lo contrario
tendremos resultados con escasa ergonomía y poca usabilidad.
d. El sistema funciona con cualquier sistema operativo que tenga instalado el Visual Basic,
y el proyector de Flash.
e. La aplicación multimedia está financiada íntegramente por el autor de la construcción del
Sistema.
f. Se deberá obtener un diseño de interfaz con unas pautas muy concretas para mejorar el
mismo de cara al usuario. Estas pautas principalmente son: armonía, semejanza,
simplicidad, coherencia, equilibrio y contraste.
g. En el sistema la Interfaz de usuario utilizado es una interfaz gráfica, es decir, el medio de
comunicación entre el usuario y el sistema, basado en elementos gráficos que interaccionan
indirectamente con el sistema.
h. Para manejar el sistema el usuario final no necesita tener ningún tipo de experiencia, ya
que podrá interactuar con mucha facilidad guiado por las flechas de avance y retroceso.
i. El sistema tiene la cualidad de robustez,
pues se
comporta razonablemente aun en
circunstancias que no fueron anticipadas en los requerimientos.
-91-
j. El ambiente en el que se desarrollará la aplicación debe ser apropiado, porque se tiene que
tener en cuenta que se debe armar el equipo de laboratorio con los sensores en un
ambiente adecuado.
4.1.6 Diagrama de casos de uso
La figura 24 nos muestra el diagrama de casos e uso del programa cuyo actor es el alumno el
cual puede realizar tres tareas principales con el programa de simulación: Plantearse los
ejercicios, realizar la simulación del ejercicio y luego dar la respuesta al ejercicio.
Usuario
Ingresa al programa
halla la gravedad terrestre
experimentalmente
Responde ejercicio
Lee el planteamiento del ejercicio
Realiza la simulación
Figura 24: Diagrama de casos de uso del alumno
La figura 25 nos muestra el diagrama de casos de uso, cuyo actor es el profesor cuyas tareas
principales son: Proporcionar los fundamentos teóricos, revisar el ejercicio que realiza el
alumno y fundamentalmente dirigir el aprendizaje de los alumnos.
Profesor
Ingresa al programa
Dirige el aprendizaje
Proporciona fundamentos teóricos
Revisa el ejercicio
Figura 25: Diagrama de casos de uso del Profesor
-92-
El diagrama 26 nos muestra el diagrama de secuencias de la interacción del alumno con el
programa
Menu general
Topicos de
Física
lee el ejercicio
respectivo
Desarrolla el
ejercicio
Realiza la
simulacion
: usuario
Ingresa al menu
Escoge tema
Lee y comprende el ejercicio
Resuelve el ejercicio
Realiza la simulación
Vuelve al menu general
Salir del programa
Figura 26: Diagrama de secuencias
-93-
Capitulo 5.
Análisis y determinación
de los resultados
En el presente capítulo se analiza el conocimiento científico y la habilidad para el
razonamiento formal de 27 estudiantes de 5º de secundaria. Para evaluar estas variables, el
alumnado del grupo experimental y de control complementa una serie de cuestionarios
diseñados a tal efecto.
El test sobre conceptos de Mecánica newtoniana descrito en el capítulo anterior permite
diagnosticar el nivel de conocimiento conceptual de los estudiantes acerca de la cinemática y
la dinámica. El cuestionario sobre procedimientos científicos de Dillashaw y Okey (1980)
permite evaluar en los alumnos el dominio de algunas destrezas científicas.
La actitud y las creencias del alumnado hacia la ciencia, su aprendizaje y sus implicaciones
sociales se recogen mediante los cuestionarios mencionados.
La habilidad de razonamiento formal de los estudiantes se diagnostica a través del test de
Acevedo y Oliva (1995).
Por último, se analiza la relación entre el conocimiento científico conceptual, procedimental y
actitudinal y el nivel de razonamiento lógico.
5.1
Situación de los alumnos en la fase pre-instructiva
5.1.1 Nivel de razonamiento lógico.
La distribución porcentual de las puntuaciones Obtenidas en el test de razonamiento lógico de
Acevedo y Oliva (1995), se muestra en el diagrama de barras representado en la figura.
A partir de los resultados obtenidos en la prueba, se decide considerar tres grupos de
estudiantes en función de su habilidad para el razonamiento formal, como se muestra en la
tabla 9. Esta clasificación facilitará el estudio de las correlaciones entre el nivel de
-94-
razonamiento lógico y otras variables. La tabla 10 presenta el porcentaje de alumnos que
responden correctamente a cada uno de los ítems de la prueba, siendo superior a un 60% En
los distintos tipos de razonamiento excepto en el probabilístico, para el cual menos de un 40%
del alumnado responde adecuadamente.
Figura 27: Distribución porcentual de las puntuaciones obtenidas en el test de razonamiento lógico
Tabla 9: Clasificación de los estudiantes según su nivel de razonamiento lógico.
NIVEL
PUNTUACIÓN
PORCENTAJE DE
ALUMNOS
Bajo
0a6
36
Medio
7
26
Alto
8 a 10
38
Tabla 10: Porcentaje de respuestas correctas para cada ítem del test de razonamiento lógico
TIPO DE
RAZONAMIENTO
ITEM
PORCENTAJE DE
ALUMNOS
Razonamiento
proporcional
1
88
2
85
3
74
4
76
5
37
6
39
7
80
8
84
9
66
10
60
Control de
variables
Razonamiento
probabilístio
Razonamiento
correlacional
Razonamiento
combinatorio
-95-
5.1.2 Nivel de conocimiento conceptual.
La persistencia de ciertas ideas erróneas sobre Mecánica en los estudiantes, aun después de
haber seguido una asignatura de Física elemental en grados anteriores se pone de manifiesto
en el bajo porcentaje de respuestas correctas dadas a los ítems del test sobre conceptos de
Mecánica, independientemente de la habilidad para el razonamiento lógico del alumnado.
Salvo el porcentaje de respuestas correctas para el ítem 11, el correspondiente a las demás
cuestiones es igual o inferior al 75%. Esta situación se refleja en la baja puntuación media Un
70% del alumnado responde correctamente a menos de la mitad de los ítems del test
conceptual, como se muestra en la figura 28.
Figura 28: Distribución porcentual de las puntuaciones obtenidas en el test sobre conceptos de Mecánica
Newtoniana
5.1.3 Nivel de conocimiento procedimental.
Un cuestionario integrado por 9 ítems, extraídos del test sobre procedimientos científicos
TIPS de Dillashaw y Okey (1980), permite evaluar el conocimiento del alumnado sobre
algunos procedimientos científicos.
La puntuación media obtenida por los estudiantes es 5,66 sobre un máximo de 9 puntos, con
una desviación típica de 1,82. La distribución porcentual de las respuestas correctas a los
distintos ítems de la prueba se muestra en la tabla 11.
Los resultados más destacables son la dificultad del alumnado en la identificación de la
variable dependiente en un problema y la confusión entre las variables dependiente e
independiente, que se deriva del bajo porcentaje de respuestas correctas al ítem 2.
-96-
Tabla 11: Distribución porcentual de las respuestas en el test sobre procedimientos científicos.
CONTENIDO PROCEMIMENTAL
ÍTEM
PORCENTAJE DE
ALUMNOS
Identificación de la variable dependiente.
1
30
Definición operacional de una variable.
2
32
5
86
Identificación de variables independientes.
3
73
Establecimiento de hipótesis contrastables.
4
39
6
55
Selección de un diseño experimental adecuado
para contrastar una hipótesis.
7
61
Representación gráfica de datos.
8
95
Interpretación de una gráfica.
9
95
La figura 29 nos muestra la distribución porcentual de las puntuaciones obtenidas en el test de
procedimientos científicos.
Figura 29: Distribución porcentual de las puntuaciones obtenidas en el test sobre procedimientos científicos
Tabla 12: Clasificación de los alumnos según su nivel de conocimiento procedimental.
NIVEL
PUNTUACIÓN
PORCENTAJE DE ALUMNOS
Bajo
0a4
30
Medio
5a6
40
Más de 6
30
Alto
-97-
Con respecto a la clasificación de los alumnos según su nivel de conocimiento procedimental
se puede observar en la tabla 12 que existe la tendencia a que un porcentaje medio de alumnos
se ubica en un nivel de conocimiento procedimental medio.
5.1.4 Nivel de conocimiento actitudinal.
Con objeto de evaluar las actitudes y las creencias del alumnado sobre la ciencia, su
aprendizaje y sus implicaciones sociales, se han empleado distintos test, que han sido
validados por sus autores con estudiantes de educación secundaria.
5.1.4.1 Test de Penichet y Mato.
Este cuestionario de escala Likert contiene siete ítems con un enunciado positivo hacia la
ciencia y otros seis con un enunciado negativo, a los que el estudiante responde seleccionando
una de las cinco opciones que representan distintos grados de acuerdo o desacuerdo con el
enunciado del ítem.
La puntuación media obtenida es de 50,63, con una desviación típica de 4,98.
Figura 30: Distribución porcentual de las puntuaciones obtenidas en el test de Penichet y Mato.
Con objeto de facilitar el análisis de las correlaciones entre la actitud hacia la ciencia y otras
variables, se decide establecer tres subgrupos de alumnos atendiendo a su nivel de actitud
hacia la ciencia, medido a través del test de Penichet y Mato, tal como se muestra en la tabla
13.
-98-
Tabla 13: Clasificación de los alumnos según su actitud hacia la ciencia.
NIVEL
PUNTUACIÓN
PORCENTAJE DE ALUMNOS
Bajo
0 a 48
35
Medio
49 a 52
26
Alto
Más de 52
39
5.1.4.2 Test de García.
Este cuestionario presenta dos bloques con distinto formato: una primera parte constituida por
once ítems, a los que el estudiante responde seleccionando una de las cinco opciones que
representan distintos grados de acuerdo o desacuerdo y otra sección, que plantea cuatro ítems
de opción múltiple.
La tabla 14 muestra que al menos un 70% del alumnado está de acuerdo con las cuestiones
que se plantean en la primera parte del test de García, salvo con el ítem referente al rol activo
del estudiante de ciencias, en el que menos de la mitad del alumnado considera necesario
recoger otros datos distintos a los ofrecidos por el problema abordado.
En cuanto a la concepción del alumnado acerca del origen de la ciencia, casi la mitad
mantiene un pensamiento inductivista, al asumir los hechos y los datos experimentales como
punto de partida del conocimiento científico.
Casi tres cuartas partes de los estudiantes creen que el objetivo de la ciencia es crear modelos
que ayuden a la comprensión de los fenómenos naturales.
La validez de las soluciones propuestas por la ciencia a los problemas se fundamenta en su
capacidad de explicar los fenómenos naturales para más de la mitad de los alumnos.
Por último, todas las respuestas consideran que el avance de la ciencia es ilimitado, ya que
surgen continuamente nuevos problemas.
-99-
Tabla 14: Distribución porcentual de las respuestas de los alumnos a la primera parte del test
de Garcia
PORCENTAJE DE
ITEM
INDICADOR
RESPUESTAS
A
B
C
D
1
Multicasualidad
16
53
24
6
2
Enfoque teórico-práctico
47
43
4
6
3
Pensamiento divergente
47
45
8
0
4
Multicontextualización
18
63
18
0
5
Apertura cognitiva
35
41
22
0
6
Enfoque relacional
20
57
18
6
7
Carácter social del conocimiento
35
49
16
0
8
Persistencia
18
67
10
6
9
Preferencia
20
55
16
8
10
Aceptación
12
63
24
0
11
Rol activo
10
37
43
10
Tabla 15: Distribución porcentual de las respuestas de los alumnos a la segunda parte del test
de García.
PORCENTAJE DE
ITEM
INDICADOR
RESPUESTAS
A
B
C
D
12
Origen de la ciencia
29
0
46
25
13
Función de la ciencia
12
20
68
-
14
Validez de la ciencia
6
39
55
-
15
Limites de la ciencia
0
0
100
-
5.1.5 Nivel de conocimiento de informática.
Un 60% de los estudiantes tienen computadora en casa, de los que más de la mitad no lo
utiliza diariamente (figura 31).
-100-
Figura 31: Distribución porcentual de tiempo promedio dedicado por los alumnos diariamente al uso de la
computadora en casa.
La figura 32 muestra el número de aplicaciones informáticas utilizadas habitualmente por los
estudiantes entre las siguientes: procesador de textos, hoja de cálculo, programas didácticos,
correo electrónico, páginas Web. Más de las tres cuartas partes del alumnado son usuarios de
cuatro o más de estas utilidades informáticas.
Figura 32: Distribución porcentual del número de aplicaciones informáticas utilizadas por los alumnos.
5.2
Descripción de la fase instructiva
La metodología propuesta consiste en que los estudiantes aprendan Física mediante la
resolución de problemas cualitativos, concebidos como pequeños trabajos de investigación
dirigida por el profesor, utilizando la simulación por ordenador como medio de
experimentación y manipulación de modelos físicos.
En consecuencia, este capítulo amplía la descripción acerca de la experimentación en el aula
donde la muestra está formada por estudiantes de 5º de secundaria, un grupo experimental de
27 alumnos que sigue la metodología propuesta en la tesis y un grupo de control de 31
alumnos que sigue una metodología tradicional basada en la enseñanza transmisiva.
-101-
El alumnado, tanto del grupo experimental como de control, responde a los test de conceptos
de Mecánica, actitudes hacia la ciencia, nivel de razonamiento lógico y de conocimientos
informáticos, antes de dar comienzo el entrenamiento con el programa.
La labor del profesor durante las sesiones de trabajo del grupo experimental consiste en:
a.
Resolver dudas acerca del enunciado de los problemas.
b.
Facilitar al grupo aquella información que le ha sido solicitada por más de un alumno.
c.
Supervisar y orientar el trabajo de investigación de cada estudiante.
5.3
Análisis de la actividad instruccional y de los resultados post-instruccionales
Se analiza el conocimiento científico construido por el alumnado tras haber realizado una
serie de actividades de investigación mediante la simulación de fenómenos físicos por
computador.
El conocimiento científico elaborado por los estudiantes se infiere de los resultados recogidos
por distintos instrumentos de medida: cuestionarios sobre conceptos básicos de Mecánica
newtoniana, sobre algunos procedimientos científicos y acerca de las actitudes y creencias en
relación con la ciencia; registros informáticos de la actividad desarrollada con el simulador; y
observaciones de aula.
Asimismo, el conocimiento conceptual, procedimental y actitudinal adquirido por los
estudiantes mediante la resolución de pequeños trabajos de investigación con simuladores, se
compara con su conocimiento científico inicial.
Este análisis comparativo se enmarca tanto en el paradigma cuantitativo, mediante los
correspondientes métodos de contraste de hipótesis, como en el paradigma cualitativo, a
través del análisis de correspondencias múltiples.
5.3.1 Conocimiento conceptual.
La figura 33 muestra la distribución porcentual de las puntuaciones obtenidas por el alumnado
en el post-test sobre conceptos de Mecánica newtoniana en la que se indica dentro de las
barras el porcentaje correspondiente a cada puntuación
La puntuación media es 13,42 con una desviación típica de 3,59, lo que supone un incremento
notable con respecto a la puntuación media de 8,32 obtenida en el pre-test.
-102-
Figura 33: Distribución porcentual de las puntuaciones obtenidas en el post-test sobre conceptos
Las Tablas 16 y 17 muestran el porcentaje de respuestas que mejoran y que se mantienen
incorrectas para cada ítem entre el pre-test y el post-test.
Casi la mitad de los ítems presentan diferencias significativas entre la respuesta en el post-test
y en el pre-test.
Tabla 16: Porcentaje de respuestas que mejoran y que se mantienen incorrectas en el post-test
con respecto al pre-test.
ITEM
PORCENTAJE DE RESPUESTAS
QUE…
SE MANTIENEN
MEJORAN
INCORRECTAS
1
34ª
20
2
30b
20
3
54c
46
4
24d
5
5
0
95
6
5
62
7
13
37
8
33c
62
9
13
0
10
80
8
11
0
0
El superíndice indica la existencia de una diferencia significativa entre la respuesta en el posttest y en el pre-test.
-103-
Tabla 17: Porcentaje de respuestas que mejoran y que se mantienen incorrectas en el post-test
con respecto al pre-test.
ITEM
PORCENTAJE DE RESPUESTAS
QUE…
SE MANTIENEN
MEJORAN
INCORRECTAS
12
17
0
13
21
37
14
13
33
15
25
16
16
8
8
17
17
8
18
54ª
20
19
33b
29
20
54c
25
21
33
41
22
4
83
El superíndice indica la existencia de una diferencia significativa entre la respuesta en el posttest y en el pre-test.
La figura 34 compara los resultados obtenidos para cada ítem en el pre-test y en el post-test
sobre conceptos, pudiéndose observar que el porcentaje de respuestas correctas aumenta en
todos los ítems salvo en el 5, 6, 11, 12, 14 y 22.
Figura 34: Comparación entre el porcentaje de respuestas correctas al pre-test y al pos-test sobre conceptos.
-104-
La puntuación media y la desviación típica obtenidas en el pre-test y el post-test por los tres
grupos de estudiantes con distinto nivel de razonamiento lógico se muestran en la tabla 18,
donde se puede apreciar que los alumnos con nivel de razonamiento lógico bajo y alto son los
que más incrementan la puntuación media en el test sobre conceptos de Mecánica newtoniana.
Tabla 18: Media y desviación típica de la puntuación obtenida en el pre-test y el post-test
sobre conceptos por estudiantes con diferente habilidad para el razonamiento lógico.
Nivel de
razonamiento
lógico
Puntuación en el
pre-test
Puntuación en el pos-test
Bajo
10,14 ± 1,676
13,29 ± 1,358
Medio
9,50 ± 2,168
11,17 ± 2,858
Alto
10,73 ± 3,717
14,73 ± 3,608
La puntuación media y la desviación típica obtenidas en el pre-test y el post-test por los tres
grupos de estudiantes con distinto nivel de conocimiento informático se muestran en la tabla
19.
Tabla 19: Media y desviación típica de la puntuación obtenida en el pre-test y en post-test
sobre conceptos por estudiantes con diferente nivel de conocimiento informático.
Nivel de
conocimiento
informático
Puntuación en el
pre-test
Puntuación en el pos-test
Bajo
9,00 ± 2,789
12,50 ± 3,598
Medio
11,29 ± 2,215
15,14 ± 3,132
Alto
11,00 ± 3,109
13,00 ± 3,916
-105-
La tabla 20 muestra el valor medio y la desviación típica de las puntuaciones obtenidas en el
pre-test y el post-test sobre conceptos por los grupos experimental y de control.
Tabla 20: Media y desviación típica de la puntuación obtenida en el pre-test y en el pos-test
sobre conceptos por estudiantes que siguen una metodología diferente.
Grupo de
Puntuación en el
alumnos
pre-test
Experimental
5,72 ± 2,740
13,39 ± 2,993
Control
6,50 ± 2,955
7,86 ± 3,325
Puntuación en el pos-test
A continuación se exponen para cada dominio conceptual las correspondencias extraídas del
post-test, siendo comparadas con las ya obtenidas en el pre-test, con objeto de analizar la
influencia ejercida por la metodología propuesta en la investigación sobre la evolución del
conocimiento conceptual sobre Mecánica newtoniana en los estudiantes.
a) Fuerza y movimiento
Los alumnos con un nivel de conocimiento conceptual alto presentan mayor diversidad de
respuestas a los ítems 1 y 2 en el post-test que el resto de los estudiantes (véase anexo 2).
Los alumnos con un nivel de conocimiento conceptual medio siguen considerando que un
cuerpo siempre se mueve en la dirección y sentido de la fuerza aplicada o de la fuerza
resultante del sistema de fuerzas aplicadas sobre él.
b) Movimiento oblicuo
Los alumnos con un nivel de conocimiento conceptual alto evolucionan desde una categoría
de respuesta incorrecta al ítem 20 en el pre-test, hacia una categoría de respuesta correcta en
el post-test (véase anexo 2). Sin embargo, estos mismos alumnos consideran tanto en el pretest como en el post-test que dos bolas idénticas abandonadas desde dos aviones que vuelan a
la misma altura pero con distinta velocidad, llegan al mismo tiempo porque tienen la misma
masa.
Los alumnos con un nivel de conocimiento conceptual bajo consideran en el pre-test que un
tornillo abandonado desde el techo de un vagón de tren, que se desplaza con velocidad
-106-
constante en línea recta, no cae en dirección vertical, puesto que se retrasa con respecto al
vagón. Estos alumnos ofrecen distintas categorías de respuesta a este ítem en el post-test.
c) Representación gráfica
Los alumnos con un nivel de conocimiento conceptual alto presentan mayor diversidad de
categorías de respuesta al ítem 5 que el resto de los compañeros (véase anexo 2)
No obstante, estos alumnos consideran, tanto antes como después de realizar las actividades
con los simuladores, que sobre una pelota lanzada hacia arriba sigue actuando la fuerza
impulsora mientras asciende.
Estos mismos estudiantes responden correctamente tanto en el pre-test como en el post-test a
los ítems 6 y 15.
d) Peso y gravedad
Los alumnos con un nivel de conocimiento conceptual alto presentan cambios en las
respuestas a los ítems 8, 9 y 11 (véase anexo 2): inicialmente creen que sobre una botella llena
actúa mayor fuerza que sobre otra vacía, si ambas botellas están rodeadas de aire, mientras
que en el post-test los estudiantes consideran irrelevante el medio que rodea a las botellas.
En respuesta al ítem 11, los alumnos con un nivel de conocimiento conceptual alto afirman en
el pre-test que la botella llena llega antes al suelo, independientemente del medio (vacío o
aire) que rodee a las botellas.
Sin embargo, tras la realización de las actividades con los simuladores, estos estudiantes
consideran que la botella llena llega antes al suelo en el aire, pero llega junto a la botella vacía
si la caída tiene lugar en el vacío.
Los alumnos con un nivel de conocimiento conceptual medio cambian la respuesta al ítem 14,
de una categoría incorrecta en el pre-test a una respuesta correcta en el pos-test.
e) Fuerza y aceleración
Los alumnos con un nivel de conocimiento conceptual alto presentan cambios en las
respuestas a los items 10 y 12 (véase anexo 2): inicialmente consideran que la botella llena
cae con más aceleración y llega al suelo con más velocidad que la botella vacía,
independientemente del medio (vacío o aire) que rodee a las botellas. En cambio, los
-107-
estudiantes afirman en el post-test que ambas botellas caen con la misma aceleración y llegan
con la misma velocidad al suelo, si caen en el vacío.
5.3.2 Conocimiento procedimental.
La puntuación media obtenida por los alumnos en el post-test procedimental es 6,76 con una
desviación típica de 0,903, lo que constituye una considerable mejora con relación a la
puntuación media del pre-test (5,66).
Figura 35: Distribución porcentual de las puntuaciones obtenidas en el post-test sobre procedimientos científicos,
en las que se indica dentro de las barras el porcentaje correspondiente a cada puntuación
La figura 35 muestra la distribución porcentual de las puntuaciones obtenidas por el alumnado
en el post-test sobre procedimientos científicos, pudiéndose observar una reducción en el
rango de las puntuaciones con respecto a las obtenidas en el pre-test.
La figura 36 compara los resultados obtenidos para cada ítem en el pre-test y en el post-test
sobre procedimientos, pudiéndose observar que el porcentaje de respuestas correctas aumenta
en todos los ítems.
Figura 36: comparación de los resultados obtenidos para cada ítem en el pre-test y en el pos-test sobre
procedimientos
-108-
La tabla 21 recoge para cada ítem el porcentaje de respuestas que mejoran y que se mantienen
incorrectas del pre-test al post-test, constatándose que en tres de los nueve ítems, tabla 21.
Porcentaje de respuestas que mejoran y que se mantienen incorrectas en el post-test con
respecto al pre-test.
Tabla 21: Porcentaje de respuestas que mejoran y que se mantienen incorrectas del pre-test al
post-test
PORCENTAJE DE RESPUESTAS
QUE…
ITEM
MEJORAN
SE MANTIENEN
INCORRECTAS
1
30
23
2
23
52
3
23a
0
4
12
58
5
23b
0
6
12
52
7
24c
5
8
6
0
9
6
0
El superíndice indica la existencia de una diferencia significativa entre la respuesta en el posttest y en el pre-test.
Tabla 22: Media y desviación típica de la puntuación obtenida en el pre-test y el post-test
sobre procedimientos científicos por estudiantes con diferente rendimiento académico.
Rendimiento
Puntuación en el
académico
pre-test
Bajo
4,75 ± 2,217
7,00 ± 0,816
Medio
5,40 ± 0,894
5,80 ± 0,837
Alto
5,63 ± 1,685
7,25 ± 0,463
-109-
Puntuación en el pos-test
No obstante, a partir de los resultados mostrados en la tabla 22 se puede inferir que los
estudiantes con un bajo nivel de razonamiento lógico progresan en el conocimiento científico
procedimental más que el resto.
Tabla 23: Media y desviación típica de la puntuación obtenida en el pre-test y el post-test
sobre procedimientos científicos por estudiantes con diferente nivel de razonamiento lógico.
Nivel de
razonamiento
lógico
Puntuación en el
pre-test
Puntuación en el pos-test
Bajo
4,50 ± 1,915
7,25 ± 0,500
Medio
5,75 ± 1,258
6,25 ± 0,957
Alto
5,56 ± 1,590
6,78 ± 0,972
La tabla 24 muestra que el alumnado con un nivel medio de conocimiento informático
progresa en el conocimiento científico procedimental más que el resto.
Tabla 24: Media y desviación típica de la puntuación obtenida en el pre-test y el post-test
sobre procedimientos científicos por estudiantes con diferente nivel de conocimiento
informático.
Nivel de
conocimiento
informático
Puntuación en el
pre-test
Puntuación en el pos-test
Bajo
5,50 ± 1,000
6,75± 1,258
Medio
5,14 ± 2,268
7,00 ± 0,577
Alto
5,50 ± 1,049
6,50 ± 1,049
La puntuación media y la desviación típica obtenidas en el pre-test y el post-test por los
alumnos de los grupos experimental y de control se muestran en la tabla 25.
-110-
Tabla 25: Media y desviación típica de la puntuación obtenida en el pre-test y el post-test
sobre procedimientos científicos por estudiantes que trabajan con distinta metodología.
Grupo de
Puntuación en el
alumnos
pre-test
Experimental
6,09 ± 1,929
6,70 ± 1,460
Control
6,17 ± 1,339
6,70 ± 1,460
Puntuación en el pos-test
5.3.3 Conocimiento actitudinal.
5.3.3.1 Test de Penichet y Mato.
La puntuación media obtenida por los estudiantes en el post-test es 51,53, con una desviación
típica de 3,140, semejante a la media alcanzada en el pre-test (50,63).
La figura 37 muestra la distribución porcentual de las puntuaciones obtenidas por el alumnado
en el post-test, pudiéndose observar una reducción en el rango de las puntuaciones con
respecto a las obtenidas en el pre-test.
Figura 37: Distribución porcentual de las puntuaciones obtenidas en el pos-test de escala
Likert sobre actitudes.
Como puede apreciarse en la tabla 26, los estudiantes con mayor rendimiento académico
obtienen mayor puntuación en el post-test sobre actitudes.
-111-
Tabla 26: Media y desviación típica de la puntuación obtenida en el pre-test y el post-test
sobre actitudes científicas por estudiantes con diferente rendimiento académico.
Rendimiento
Puntuación en el
académico
pre-test
Bajo
47,00 ± 2,530
49,33 ± 1,862
Medio
53,43 ± 6,051
51,00 ± 3,416
Alto
54,00 ± 4,536
53,75 ± 2,375
Puntuación en el pos-test
La tabla 27 muestra que los valores medios de la puntuación obtenida en el test actitudinal por
estudiantes con distinto nivel de razonamiento formal apenas cambian tras la realización de
las actividades de investigación con simuladores.
Tabla 27: Media y desviación típica de la puntuación obtenida en el pre-test y el post-test
sobre actitudes científicas por estudiantes con diferente nivel de razonamiento lógico.
Nivel de
Puntuación en el
razonamiento
pre-test
Bajo
49,50 ± 4,930
49,00 ± 2,608
Medio
51,00 ± 3,808
52,00 ± 2,449
Alto
53,60 ± 6,186
52,90 ± 2,998
Puntuación en el pos-test
La tabla 28 muestra que los valores medios de la puntuación obtenida en el test actitudinal por
estudiantes con distinto nivel de conocimiento informático apenas cambian tras la realización
de las actividades de investigación con simuladores.
-112-
Tabla 28: Media y desviación típica de la puntuación obtenida en el pre-test y el post-test
sobre actitudes científicas por estudiantes con diferente nivel de conocimiento informático.
Nivel de
conocimiento
informático
Puntuación en el
pre-test
Puntuación en el pos-test
Bajo
49,56 ± 4,126
50,11 ± 2,713
Medio
52,83 ± 5,981
52,17 ± 4,021
Alto
54,17 ± 6,178
53,17 ± 2,041
La tabla 28 muestra que el alumnado con alto nivel de conocimiento informático consigue una
mayor puntuación en el post-test de escala Likert sobre actitudes.
La tabla 29 nos muestra la media y desviación típica obtenida en el pre-test y en el post-test
sobre actitudes científicas por estudiantes con diferente nivel de conocimiento informático,
participantes en la primera etapa de la investigación.
Tabla 29: Media y desviación típica de la puntuación obtenida en el pre-test y en el post-test.
Nivel de
conocimiento
informático
Puntuación en el
pre-test
Puntuación en el pos-test
Bajo
49,50 ± 9,118
47,25 ± 8,413
Alto
51,67 ± 10,07
53,83 ± 7,083
La puntuación media y la desviación típica obtenidas en el pre-test y el post-test por los
alumnos de los grupos experimental y de control se muestran en la tabla 30.
-113-
Tabla 30: Media y desviación típica de la puntuación obtenida en el pre-test y el pos-test de
escala Likert sobre actitudes científicas por estudiantes que trabajan con distinta metodología.
Grupo de
Puntuación en el
alumnos
pre-test
Experimental
49,50 ± 5,050
51,45 ± 7,576
Control
48,59 ± 9,988
49,76 ± 2,068
Puntuación en el pos-test
5.3.3.2 Test de García.
Las figuras 38, 39 y 40 muestran el porcentaje de las respuestas dadas en el pre-test y en el
post-test a los 11 primeros ítems del cuestionario de García, que se corresponden con distintos
grados de acuerdo o desacuerdo (opción a = totalmente de acuerdo; opción b = de acuerdo;
opción c = sin opinión definida; opción d = en desacuerdo; opción e = totalmente en
desacuerdo). Para cada opción, la barra izquierda representa el porcentaje de respuestas en el
pre-test y la barra derecha el correspondiente al post-test.
Como se puede apreciar en las mencionadas figuras, el porcentaje de estudiantes que
suscriben el enunciado del ítem aumenta del pre-test al post-test para todos los ítems salvo
para el ítem 3, del que un exiguo porcentaje de alumnos no tienen opinión definida en el posttest, y para el ítem 10, que no suscita cambio alguno en la opinión de los alumnos tras la
experiencia con los simuladores.
Es destacable el considerable cambio experimentado en la respuesta al ítem 11 sobre el rol
activo del estudiante de ciencias: si inicialmente sólo un 35% del alumnado consideraba
necesario recopilar otros datos distintos a los ofrecidos por el problema abordado, tras la
experiencia con los simuladores este porcentaje se incrementa al 80%.
-114-
La figura 38 nos muestra la Comparación de las respuestas en el pre-test y en el post-test para
los cuatro primeros ítems del cuestionario de García, indicando el porcentaje de alumnos que
elige cada opción antes (barra de la izquierda) y después (barra de la derecha) de la
experiencia con los simuladores.
Figura 38: Comparación de las respuestas en el pre-test y en el post-test para los cuatro primeros ítems del
cuestionario de García
-115-
La figura 39 nos muestra la Comparación de las respuestas en el pre-test y en el post-test para
los ítems del cuestionario de García comprendidos entre el 5 y el 8, indicando el porcentaje de
alumnos que elige cada opción antes (barra de la izquierda) y después (barra de la derecha) de
la experiencia con los simuladores.
Figura 39: Comparación de las respuestas en el pre-test y en el post-test para los ítems del cuestionario de García
comprendidos entre el 5 y el 8.
La figura 40 muestra el porcentaje de las respuestas dadas en el pre-test y en el post-test a los
4 últimos ítems del cuestionario de García es decir, la comparación de las respuestas en el pretest y en el post-test para los ítems del cuestionario de García comprendidos entre el 9 y el 11,
indicando el porcentaje de alumnos que elige cada opción antes (barra de la izquierda) y
después (barra de la derecha) de la experiencia con los simuladores.
Como puede apreciarse en el diagrama de barras, la visión del alumnado acerca del origen de
la ciencia (ítem 12) evoluciona tras la experiencia con los simuladores, aumentando
-116-
considerablemente el número de estudiantes que considera como punto de partida del
conocimiento científico el pensamiento sobre la realidad, al permitir la elaboración de
modelos.
Figura 40: Comparación de las respuestas en el pre-test y en el post-test para los ítems del cuestionario de García
comprendidos entre el 9 y el 11.
Asimismo, en el post-test se incrementa el porcentaje de estudiantes que consideran como
objetivo de la ciencia (ítem 13) crear modelos que ayuden a la comprensión de los fenómenos
naturales.
La visión del alumnado acerca de la validez de las soluciones propuestas por la ciencia a los
problemas permanece inalterada en el pos-test con relación al pre-test: más de la mitad de los
estudiantes fundamenta la validez de las soluciones científicas en su capacidad de explicar los
fenómenos naturales.
-117-
En cuanto al progreso de la ciencia, la mayoría del alumnado mantiene la creencia en un
avance ilimitado que se justifica en la aparición continua de nuevos problemas que hay que
resolver.
El análisis de correspondencias múltiples aplicado a los cuatro últimos ítems de respuesta
múltiple del cuestionario de García permite diagnosticar la existencia en el alumnado de tres
enfoques distintos acerca de la ciencia, que se mantienen invariantes tras la realización de las
actividades de investigación con simuladores.
5.3.4 Opinión de los alumnos sobre las actividades con simulador.
El alumnado complementa, tras la realización de las actividades con los simuladores, un
cuestionario diseñado por el investigador (anexo 10) con el fin de indagar las opiniones de los
estudiantes acerca de la experiencia desarrollada, así como de recoger sus propuestas de
mejora.
La tabla 31 muestra el porcentaje del alumnado que está de acuerdo con las distintas
afirmaciones planteadas en el cuestionario de opinión.
Algunas de las opiniones de los estudiantes sobre el uso de los simuladores en el aula, que
aparecen con más frecuencia en sus respuestas al apartado de “opinión general sobre la
experiencia” (ítem 11 del cuestionario), son las siguientes:
Tabla 31: Opinión del alumnado acerca de las actividades de investigación realizadas con
ayuda de los simuladores.
Porcentaje de
Ítem
alumnos de acuerdo
¿El uso de simuladores en el área de Física es Interesante?
100
¿Trabajar en equipo ayuda a aprender más y mejor?
88
¿La enseñanza de la Física es más interesante cuando se realizan actividades con investigación?
92
¿Se aprenden mejor los conceptos de Física cuando se utilizan simuladores?
71
¿Las actividades de investigación facilitan el aprendizaje de los conceptos de Física?
92
¿La comunicación entre el profesor y los alumnos mejora cuando se realizan actividades
utilizando simuladores?
58
¿El tiempo dedicado a la utilización de simuladores ha sido adecuado?
67
¿El tiempo dedicado a la utilización de simuladores ha sido escaso?
33
-118-
a.
Permite contrastar opiniones entre los compañeros.
b.
Hasta ahora nunca se habían utilizado en clase.
c.
Ayuda a comprender mejor la Física y sus conceptos mediante dibujos en movimiento.
d.
Así puedes contrastar lo que tú piensas con lo que pasa realmente.
e.
Aclara muchas ideas del sentido común.
f.
Es una forma divertida de aprender en grupo.
En cuanto a la valoración de la dificultad encontrada por los alumnos al realizar las
actividades de investigación con los simuladores (ítem 9 del cuestionario), la tabla 32 recoge
la distribución porcentual del alumnado que destaca la dificultad en el desarrollo de cada una
de las etapas del trabajo de investigación. La contrastación de hipótesis, el diseño
experimental y la emisión de hipótesis constituyen las tres etapas más difíciles de la
investigación, en opinión de los estudiantes.
Tabla 32: Porcentaje de estudiantes que considera difícil el desarrollo de cada una de las
etapas de la investigación.
Etapa más difícil de la
investigación
Porcentaje de alumnos
Emisión de hipótesis
25
Diseño experimental
28
Contrastación de la hipótesis
31
Manejo de simulador
3
Trabajo en equipo
13
Por último, el cuestionario de opinión recoge las propuestas de mejora del alumnado sobre la
realización de actividades de investigación con simulador (ítem 10 del cuestionario), entre las
que cabe destacar las siguientes:
a.
Uso individual de los ordenadores.
b.
Uso de distintos programas de simulación.
c.
Realización de las actividades en común.
-119-
d.
Corregir y explicar las actividades una por una.
e.
Incorporar hechos que puedan ocurrir en la realidad.
5.3.5 Observaciones en el aula.
Las sesiones se llevan a cabo en la sala de innovación virtual, las clases de Física hasta
entonces siempre se habían impartido en el aula.
Esta novedad, y el hecho de que los alumnos nunca hubieran trabajado la Física con
computadora, posiblemente hayan propiciado el entusiasmo inicial de los estudiantes.
El ambiente distendido e informal presente en una actividad tan poco habitual en Física incita
a que algunos alumnos se desplacen hasta los puestos de trabajo de otros compañeros para
preguntarles o ayudarles.
Las consultas y los comentarios entre los alumnos son frecuentes.
Los alumnos que habitualmente no participan en las clases consultan al profesor las dudas
surgidas. Se detecta una mayor fluidez en la comunicación entre alumnos y profesor,
favorecida por el hecho de que el profesor se desplaza continuamente por el aula supervisando
el trabajo desarrollado por cada grupo de estudiantes. Esto conlleva una especial
intensificación de la actividad del profesor durante las sesiones con los simuladores.
5.3.6 Estadísticas del rendimiento académico según registros oficiales
de los dos grupos (experimental y control).
Tabla 33: Comparación del rendimiento académico en el área de Física, grupo de control y
grupo experimental.
Grupo de control
Total
Porcentaje
Grupo de experimental
Total
Porcentaje
Alumnos matriculados
31
100%
Alumnos matriculados
27
100%
Alumnos aprobados
23
74%
Alumnos aprobados
25
93%
Alumnos Desaprobados
07
22%
Alumnos Desaprobados
02
7%
Alumnos retirados
01
03%
Alumnos retirados
00
00%
Nota Promedio
12
Nota Promedio
-120-
15
Estos resultados preliminares, que sin embargo necesitan pruebas mas elaboradas diseñadas
con instrumentos y procedimientos mas rigurosos, permite vislumbrar que nuestra propuesta
afecta de manera positiva en el aprendizaje por investigación mediante simuladores, en el
proceso de enseñanza-aprendizaje de la Física; producto de ello es que se advierte una mejora
en el nivel de rendimiento académico de los estudiantes.
5.3.7 Discusión de los resultados
a) Aunque la muestra estudiada no permite extraer diferencias significativas en el
aprendizaje de alumnos con distinta habilidad para el razonamiento lógico, los resultados
experimentales indican que:
-Los alumnos con un nivel bajo de razonamiento lógico mejoran su conocimiento
procedimental más que el resto del alumnado tras la realización de los trabajos de
investigación con ayuda de simuladores.
-Los alumnos, tanto con un nivel bajo como alto de razonamiento lógico, mejoran su
conocimiento conceptual más que el resto del alumnado, tras la realización de los trabajos
de investigación con ayuda de simuladores.
b) El rendimiento académico influye de distinto modo en el aprendizaje de los conceptos,
procedimientos y actitudes. Así, los resultados experimentales muestran que:
-Los alumnos con un rendimiento académico medio mejoran su conocimiento conceptual
más que el resto del alumnado. Sin embargo, la muestra estudiada no permite inferir que
esta diferencia sea significativa.
Además, se observa una correlación positiva entre el conocimiento conceptual alcanzado
en la fase post-instruccional y el rendimiento académico.
-Los estudiantes con un rendimiento académico bajo mejoran su conocimiento
procedimental más que el resto del alumnado. Aunque la muestra estudiada no permite
inferir que esta diferencia sea significativa, en cambio sí se detecta una diferencia
estadísticamente significativa en el conocimiento procedimental alcanzado por el
alumnado, según su rendimiento académico, después de haber experimentado con los
simuladores. Los estudiantes tanto con un rendimiento académico bajo como alto son los
que alcanzan un conocimiento procedimental superior.
-Se detectan diferencias significativas en la actitud hacia la ciencia para estudiantes con
distinto rendimiento académico, después de haber experimentado con los simuladores: la
actitud hacia la ciencia presenta una correlación positiva con el rendimiento académico.
-121-
c) El nivel de conocimiento informático influye de distinto modo en el aprendizaje de los
conceptos, procedimientos y actitudes. Así, los resultados experimentales muestran que:
-Los alumnos con un nivel bajo y medio de conocimiento informático mejoran su
conocimiento conceptual más que el resto del alumnado. Sin embargo, la muestra
estudiada no permite inferir que esta diferencia sea significativa.
-Los alumnos con un nivel medio de conocimiento informático mejoran su conocimiento
procedimental más que el resto del alumnado. Sin embargo, la muestra estudiada no
permite inferir que esta diferencia sea significativa.
-Los alumnos con un nivel bajo de conocimiento informático mejoran su conocimiento
actitudinal más que el resto del alumnado, tras la realización de los trabajos de
investigación con ayuda de simuladores.
Sin embargo, la muestra estudiada no permite inferir que esta diferencia sea significativa.
d) Se detecta una mejora significativa en el nivel de conocimiento procedimental tras la
realización de trabajos de investigación con simulador. Asimismo, se detecta una mejora
significativa en la respuesta dada por los estudiantes a una tercera parte de los ítems del
test sobre procedimientos.
e) Aunque la actitud hacia la ciencia mejora tras la realización de los trabajos de
investigación con simulador, esta diferencia no es estadísticamente significativa.
-122-
Capitulo 6.
Conclusiones y
Recomendaciones
6.1
Introducción
El principal problema abordado en esta tesis ha consistido en la determinar la influencia
de un entorno multimedia de simulación por computadora en el aprendizaje por
investigación de la Física, decir, demostrar que una estrategia didáctica basada en el
aprendizaje mediante investigaciones dirigidas por el profesor y asistidas por simuladores
informáticos de fenómenos físicos, que facilitara la enseñanza de contenidos
conceptuales de Mecánica newtoniana, así como de procedimientos y actitudes
científicas, en la educación secundaria.
La investigación educativa se ha desarrollado el año académico 2008, en los cuales el
alumnado del grupo de control ha seguido una metodología tradicional basada en la
enseñanza por transmisión-recepción, mientras que los estudiantes del grupo
experimental ha realizado pequeños trabajos de investigación bajo la supervisión del
profesor, utilizando los simuladores como herramienta de apoyo.
A continuación se exponen las conclusiones que se derivan de la investigación en
relación con: la hipótesis planteada, los objetivos propuestos, la situación pre-instructiva
del alumnado, la fase experimental y los resultados obtenidos.
6.2
Conclusiones en relación a los objetivos
a. Se ha logrado proponer una aplicación multimedia denominada el “Laboratorio
Virtual de Física”, basado fundamentalmente en simuladores para resolver
problemas del curso de Física mediante investigación y experimentación, en el
nivel secundario.
123
b. Se ha logrado identificar las bases teóricas y psicológicas que fundamentan la
investigación realizada
c. El conocimiento conceptual, procedimental y actitudinal sobre Mecánica
Newtoniana mejora significativamente tras la realización de los trabajos de
investigación con ayuda de los simuladores. Asimismo, se detecta una mejora
significativa en la respuesta de los estudiantes al 40% de los ítems del
cuestionario sobre conceptos de Mecánica.
d. Mediante la utilización de los simuladores por computadora los alumnos se
involucran activamente en la cultura científica actual, ya que ellos son los que
construyen su aprendizaje.
6.3
Conclusiones en relación a la fase pre instruccional.
a. Los alumnos en su mayoría no se encuentran familiarizados con los conceptos
sobre Mecánica Newtoniana.
b. Se detectan diferencias significativas en la actitud hacia la ciencia mantenida por
alumnos con distinto rendimiento académico. El alumnado con mejor rendimiento
académico mantiene una actitud más positiva hacia las ciencias.
6.4
Conclusiones en relación a la fase instruccional.
El análisis de los documentos generados por el alumnado (informes de trabajos y
registros de notas), permite detectar ciertas dificultades que los estudiantes encuentran
durante el desarrollo de los trabajos de investigación y que les conducen en ocasiones a
cometer los siguientes errores:
a. Algunos diseños experimentales no son coherentes con la hipótesis que pretenden
probar.
b. Los fenómenos observados en el simulador son malinterpretados, en ocasiones, lo que
lleva al estudiante a considerar probada una hipótesis falsa.
c. En otros casos, algunos alumnos infieren unas conclusiones adecuadas tras haber
interpretado correctamente las observaciones, pero o bien reconocen ser incapaces de
explicar lo ocurrido, o bien articulan una explicación inconsistente.
124
6.5
Conclusiones en relación a la fase post-instruccional.
a. La metodología basada en la resolución de problemas con ayuda de los simuladores
propicia la evolución de las creencias científicas del alumnado hacia un planteamiento
más próximo al pensamiento científico. Así, se observa un incremento notable del
porcentaje de alumnos que:
- Reconoce necesario recopilar otros datos distintos a los ofrecidos por el problema
abordado (35% en el pre-test y 80% en el post-test).
b. La puntuación mínima obtenida por los alumnos en los cuestionarios sobre conceptos
de Mecánica y sobre procedimientos científicos aumenta considerablemente tras la
realización de los trabajos de investigación.
- Un 26% del alumnado obtiene una puntuación menor o igual que 5 en el pre-test
conceptual, mientras que la puntuación mínima obtenida en el post-test es de 6 puntos.
- Un 30% del alumnado obtiene una puntuación menor que 5 en el pre-test
procedimental, mientras que la puntuación mínima obtenida en el post-test es de 5
puntos.
- Los alumnos sostienen mayoritariamente opiniones favorables a la realización de
actividades de investigación con ayuda de simuladores.
6.6
Conclusiones en relación al entorno multimedia
a) Las tecnologías de la información y la comunicación (TICs) ejercen actualmente
una influencia cada vez mayor en la educación científica, tanto en la enseñanza
secundaria como en la universitaria, no sólo en lo que respecta a la mejora del
aprendizaje de la ciencia por parte de los alumnos de tales niveles, sino que
también desempeñan un papel creciente en la formación inicial y permanente del
profesorado.
125
6.7
Recomendaciones generales
a) Es evidente que mientras avanzamos en el conocimiento de nuestra realidad,
nuevas incertidumbres van surgiendo, trazándonos bosquejos de los posibles
caminos hacia un nuevo conocimiento. Así, aunque esta investigación responde a
las interrogantes que se plantea, también genera numerosas interrogantes.
b) En futuras investigaciones se hace necesario instalar en el Software Educativo,
basado en simuladores un sistema experto, capaz de gestionar y adaptar la ayuda
suministrada al estudiante, en función de la actuación previa.
c) Es recomendable aplicar la metodología del aprendizaje por investigación con
simuladores a la resolución de problemas multidisciplinarios cercanos a la
realidad, que involucren conceptos de distintas ramas de la Física, incluso de otras
disciplinas.
d) En definitiva, permanece abierta la oportunidad de integrar de una manera realista
las tecnologías de información y comunicación en el aula de Física, sin perder de
vista que la computadora constituye una herramienta intelectual con la que el
estudiante puede aprender ciencia, siempre y cuando el profesor incorpore en el
aula un diseño instruccional.
126
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131
Anexos
132
Anexo 1: Test conceptual
1. ¿Puede un cuerpo moverse sin que actúe sobre él una fuerza? ¿Por qué?
2. En caso afirmativo, ¿el cuerpo se movería indefinidamente? ¿Por qué?
3. Si sobre un cuerpo aplicamos una fuerza de igual módulo y dirección pero de sentido
opuesto a la fuerza de rozamiento, ¿se moverá el cuerpo? ¿Por qué?
4. Si dos bolas de acero y del mismo tamaño se dejan caer desde distintos aviones que
vuelan siempre a la misma altura, aunque uno más rápido que el otro, ¿cuál de las dos
bolas llegará antes al suelo?
Dibuja las fuerzas que actúan sobre un balón lanzado verticalmente hacia arriba:
5. Cuando se encuentra ascendiendo.
6. Cuando alcanza la máxima altura.
7. Cuando se encuentra descendiendo, una vez alcanzada la máxima altura.
Si dejamos caer dos botellas de plástico iguales, una llena de agua y otra vacía, desde
la misma altura respecto del suelo en el vacío:
8. Dibuja la(s) fuerza(s) que actúa(n) sobre las botellas.
9. ¿Sobre cuál actúa una fuerza mayor?
10. ¿Cuál caerá con mayor aceleración?
11. ¿Cuál llegará antes al suelo?
12. ¿Cuál llegará al suelo con mayor velocidad?
13. ¿Un cuerpo se mueve siempre en la dirección y sentido de la fuerza aplicada?
Justifica la respuesta con un ejemplo.
Un paracaidista durante su caída desde el avión:
14. ¿Aumenta la velocidad indefinidamente? ¿Por qué?
15. Dibuja la(s) fuerza(s) aplicada(s) sobre el paracaidista.
Un tren circula por una vía recta a velocidad constante. En un vagón hay un pequeño
agujero en el suelo, y en el techo, justo encima del agujero, hay un tornillo.
16. El tornillo se suelta. ¿Dónde cae y por qué?
17. Dibuja la trayectoria del tornillo.
Un barco navega a 30 km/h en un lago en calma. Una bola se deja caer desde lo alto
del palo mayor.
18. ¿Dónde caerá la bola y por qué?
19. Dibuja la trayectoria.
20. Si el barco se desplazara a 60 km/h, ¿dónde caería la bola?
21. ¿Cómo sería su trayectoria?
133
22. Un malabarista juega con 6 bolas idénticas. En un determinado momento, las seis
bolas están a la misma altura, con trayectorias y velocidades como muestra la figura.
Las fuerzas que actúan sobre las bolas, ¿son iguales o diferentes? Justifica tu
respuesta.
134
Anexo 2. Lista de control para evaluación de software
LISTA DE CONTROL PARA LA EVALUACIÓN DEL SOFTWARE
NOTA: Rodea la abreviatura que mejor refleje tu opinión, según el siguiente criterio: MA = Muy de Acuerdo; A = De Acuerdo; D =
En Desacuerdo; MD = Muy en Desacuerdo.
ÍTEM
VALORACIÓN
MA
A
D
MD
1. El contenido es preciso.
2. El contenido tiene valor educativo.
3. El contenido se ajusta a la programación de la asignatura.
4. El programa aprovecha distintas modalidades de aprendizaje (visual, numérico,
verbal).
5. El programa dispone de información clara e inteligible para el profesor.
6. El programa dispone de información clara e inteligible para el alumno.
7. El programa concuerda con mi filosofía de la educación.
8. Las fichas de trabajo constituyen una forma útil de aprovechar el programa.
9. La información que el programa facilita al profesor sobre la actuación de los alumnos es útil.
10. Los objetivos didácticos están bien definidos.
11. Las destrezas previas requeridas por el programa son apropiadas para la
estudiantes a la que se dirige.
población de
12. El programa estimula la creatividad.
13. Las variables utilizadas en la simulación son las más relevantes.
14. La presentación del contenido es clara y lógica.
15. El nivel de dificultad del programa es adecuado para los estudiantes a los que se dirige.
16. Los gráficos y el color se utilizan por motivos instructivos adecuados.
17. El alumno controla la velocidad y la sucesión de las presentaciones.
18. La enseñanza con el programa se integra con la experiencia previa del alumno.
19. El programa es lo bastante flexible como para que pueda aplicarse en diversas situaciones de
enseñanza y aprendizaje.
20. Los alumnos a los que se dirige pueden trabajar con el programa con facilidad y de forma
independiente.
21. Describir los aspectos más positivos del programa.
22. Describir los aspectos más negativos del programa.
23. ¿Qué premisas sobre el aprendizaje y el modo de aprender de los estudiantes se aprecian en el
programa?
24. ¿El programa es autosuficiente o requiere la intervención del profesor?
135
Anexo 3: Situaciones problemáticas para familiarizar a los alumnos con la metodología
hipotética-deductiva.
1. Llegamos a casa, no hay nadie, y encontramos agua en el suelo, saliendo por debajo de
la puerta del baño, que está cerrada.
¿Qué piensas? =Hipótesis.
¿Qué harías? =Estrategia para contrastar la hipótesis.
Todos los grifos están cerrados y hay una gran mancha de humedad en el techo, desde
donde caen gotas de agua.
¿Qué pensarías ahora? =Nueva hipótesis.
¿Cómo comprobarías si tienes razón? =Nueva estrategia de contraste de hipótesis.
El vecino del piso de arriba no tiene agua en el baño.
¿Cómo se explicaría lo ocurrido? =Otra hipótesis.
¿Cómo podría comprobarse tu explicación? =Otra estrategia de contraste.
El vecino del piso de abajo llama a la puerta y te pide una explicación de lo que está
pasando.
¿Qué dirías?
2. En una determinada ciudad, gran número de jóvenes se reúnen las noches de todos los
fines de semana en una plaza. Los vecinos se quejan ante el ayuntamiento por las
molestias originadas por estos jóvenes.
Plantea una estrategia para resolver este problema.
3. En la comarca del poniente almeriense, cada vez hay una mayor demanda de agua para
uso agrícola, mientras que la cantidad de agua subterránea disponible disminuye.
Plantea una estrategia para resolver este problema.
4. En un vivero se ha adquirido una planta exótica y se quiere averiguar las condiciones
óptimas para su crecimiento. Se dispone de un número suficiente de macetas para
experimentar. Se quiere saber cómo influye la temperatura, la cantidad y el tipo de
abono y la luminosidad.
¿Qué diseños experimentales se realizarían?
¿Qué otras variables crees que podrían influir en el desarrollo de la planta y cómo se
podría evaluar su influencia?
5. ¿Cómo mediríamos el tiempo con una pequeña bola metálica y un hilo? ¿Cómo
comprobarías la eficacia del artilugio como reloj?
6. En un plano inclinado, ¿cómo comprobarías qué cuerpos caen más deprisa, los más
densos o los más ligeros?
136
Anexo 4: Test de Penichet y Mato
El siguiente test tiene por objeto recoger información acerca de lo que piensas sobre la
ciencia, los conocimientos científicos y las asignaturas de ciencias. Para cada una de las
afirmaciones, y según tu criterio, puedes marcar:
A, si estás totalmente de acuerdo; B, si estás de acuerdo; C, si no tienes opinión definida;
D, si estás en desacuerdo; y E, si estás totalmente en desacuerdo.
1. El estudio de las ciencias experimentales es el que realizo con más agrado.
ABCDE
2. El estudio de las ciencias experimentales me resulta algo pesado porque no le veo
utilidad.
ABCDE
3. Me gusta resolver problemas relacionados con las ciencias experimentales.
ABCDE
4. Me resulta desagradable estudiar las asignaturas de ciencias experimentales.
ABCDE
5. Me interesa el estudio de las ciencias experimentales porque lo considero importante
como preparación para encontrar un puesto de trabajo.
ABCDE
6. No me gustan las asignaturas de ciencias experimentales porque su estudio me resulta
difícil.
ABCDE
7. Las asignaturas de ciencias experimentales sólo sirven para suspender y obtener malas
notas.
ABCDE
8. Considero que las asignaturas de ciencias experimentales deberían tener más
importancia en la enseñanza.
ABCDE
9. Todo aquello relacionado con las ciencias experimentales lo encuentro interesante.
ABCDE
10. Las clases de ciencias experimentales se me hacen aburridas y pesadas.
ABCDE
11. Las asignaturas de ciencias experimentales las considero importantes porque me
ayudan a reflexionar mejor para mi futura profesión.
12. El estudio de las ciencias experimentales me produce satisfacción.
13. Normalmente desconecto en la clase de ciencias experimentales.
137
Anexo 5: Test de García.
El siguiente test tiene por objeto recoger información acerca de lo que piensas sobre la
ciencia, los conocimientos científicos y las asignaturas de ciencias. Para cada una de las
afirmaciones, y según tu criterio, puedes marcar:
A, si estás totalmente de acuerdo; B, si estás de acuerdo; C, si no tienes opinión definida;
D, si estás en desacuerdo; y E, si estás totalmente en desacuerdo.
1. Los fenómenos naturales pueden ser explicados por un múltiple número de causas.
A B C D E.
2. Dos personas ante los mismos datos y hechos pueden hacer observaciones diferentes.
ABCDE
3. Existen diferentes formas de dar solución a los problemas que el profesor propone en
las clases y a los problemas que nos presentan los libros.
ABCDE
4. Los conceptos científicos pueden y deben ser aplicados para explicar e interpretar
situaciones y problemas de la vida diaria.
ABCDE
5. Dos equipos de investigación diferentes trabajando sobre el mismo problema pueden
llegar ambos a resultados bastante concluyentes, pero totalmente diferentes; por eso,
sus miembros deben admitir enfrentarse a la confrontación con los otros resultados.
ABCDE
6. Los fenómenos y las situaciones experimentadas por un objeto deben ser estudiados
teniendo en cuenta las relaciones entre éste y los demás objetos.
ABCDE
7. El trabajo en grupo es mucho más productivo para el aprendizaje y la producción de
conocimiento que el trabajo individual.
ABCDE
8. Los obstáculos y las dificultades que se encuentran al realizar una tarea o solucionar un
problema en clase de ciencias no son causas suficientes para abandonar el trabajo y
preferir preguntar al profesor.
ABCDE
9. El estudio de las ciencias naturales puede ser mucho más agradable que el estudio de
las otras asignaturas.
ABCDE
10. Las ciencias experimentales en el colegio y en el instituto deberían tener más
importancia y ser tomadas más en serio de lo que usualmente se toman.
ABCDE
138
11. Cuando se soluciona un problema en clase de ciencias, es conveniente reunir otros
datos diferentes a los dados por el problema y a los solicitados por él.
ABCDE
12. En los siguientes enunciados debes marcar la opción de respuesta que te parezca más
correcta (sólo una).
La construcción de los conocimientos científicos puede explicarse desde:
a) las teorías, sus ecuaciones y principios;
b) lo que decidan por consenso los científicos destacados;
c) los hechos y los datos que por observación aporta la experiencia;
d) el pensamiento sobre la realidad, que permite transformarla y elaborar modelos de
ella.
13. La tarea que realizan los hombres de ciencia va dirigida hacia:
a) determinar las leyes que rigen el mundo;
b) crear nuevas realidades mediante el estudio de la naturaleza;
c) idear modelos que nos permitan entender los fenómenos naturales.
14. Las soluciones propuestas por la ciencia a los problemas son válidas para ti porque:
a) siempre pueden ser reemplazadas por otras más acertadas;
b) provienen de la obtención de muchos datos y de la realización de varias
observaciones y experimentos;
c) explican de manera más adecuada los fenómenos naturales y dan la posibilidad de
proponer alternativas para el desarrollo de la ciencia vigente.
15. El progreso de la ciencia puede ser:
a) limitado, debido a que el mundo tiene un orden perfecto y, al determinarlo, ya no se
produciría más conocimiento.
b) ilimitado, ya que, según la cultura y la historia de los pueblos, las teorías podrían
ser interpretadas de muchas formas diferentes.
c) ilimitado, porque, cada vez que la ciencia resuelve un problema, aparece un nuevo
problema cuya resolución hará crecer el conocimiento.
139
Anexo 6: Test de conocimiento informático
1. ¿Tienes ordenador? En caso afirmativo, ¿qué tiempo sueles utilizarlo diariamente?
2. ¿Qué conocimientos tienes de informática?
a) Procesador de textos:
b) Hoja de cálculo:
c) Programas didácticos:
d) Correo electrónico:
e) Webs:
f) Lenguajes de programación:
g) Programas de uso específico:
3. ¿Qué opinión tienes de la informática?
4. ¿Qué opinas acerca de la utilización del ordenador en las clases de Física?
140
Anexo 7: Test sobre procedimientos.
María quería descubrir si la temperatura tiene un efecto sobre el crecimiento del moho del
pan. Cultivó el moho en nueve recipientes que contenían la misma cantidad y tipo de
nutrientes. Tres recipientes se mantuvieron a 0°C, otros tres a 90°C y los otros tres a
temperatura ambiente (alrededor de 27°C). Los recipientes fueron examinados y el
crecimiento del hongo del pan fue registrado pasados cuatro días.
La variable dependiente en este experimento es:
1. Crecimiento del moho del pan.
2. Cantidad de nutrientes en cada recipiente.
3. Temperatura de los recipientes.
4. Número de recipientes a cada temperatura.
2. Un profesor está preocupado por los accidentes escolares. Plantea la hipótesis de que la
difusión de información sobre medidas de seguridad reducirá los accidentes escolares.
Este profesor decide probar su hipótesis en cuatro institutos. Cada instituto utilizará un
número distinto de pósters sobre seguridad escolar, para comprobar si el número de
accidentes se reduce. En cada instituto se registrará el número de estudiantes que deben
ser atendidos a causa de algún accidente.
¿Cómo se mide la cantidad de información sobre medidas de seguridad en este estudio?
1. Número de estudiantes que deben ser atendidos a causa de accidentes escolares.
2. Número de institutos involucrados.
3. Número de pósters sobre seguridad escolar en cada instituto.
4. Número de accidentes escolares.
3. Juan quiere encontrar qué podría afectar a la longitud de una planta de judía. Coloca
una judía envuelta en un trozo de tela húmeda en diez tubos de ensayo idénticos. Cinco
de estos tubos son situados en una ventana soleada y los otros cinco en un frigorífico
resguardados de la luz. Juan mide las longitudes de las plantas de judía de cada grupo
después de una semana. ¿Cuál de las siguientes variables podría afectar a la longitud de
las plantas de judía?
1. Temperatura y humedad.
2. Humedad y longitud de los tubos de ensayo.
3. Luz y temperatura.
4. Luz y tiempo transcurrido.
141
4. Un estudiante está lanzando flechas de idéntica forma con un arco. Las flechas tienen
distinta masa y pueden ser lanzadas con distintos ángulos. El estudiante quiere averiguar
qué podría afectar a la altura alcanzada por una flecha.
¿Cuál de las siguientes es una hipótesis que podría ser comprobada por el estudiante?
1. Las flechas previamente calentadas lograrían más altura que las no calentadas.
2. Las flechas con el extremo puntiagudo alcanzarían más altura que las de extremo
achatado.
3. Las flechas más pesadas alcanzarían más altura que las ligeras.
4. Los arcos más grandes lanzan a más altura las flechas que los arcos pequeños.
5. El efecto del ejercicio físico sobre el ritmo cardíaco es estudiado en una clase de
ciencias. Los estudiantes efectúan un número distinto de saltos y después se miden el
ritmo cardíaco. Un grupo de estudiantes salta durante un minuto. Un segundo grupo lo
hace durante dos minutos. Un tercer grupo salta durante tres minutos. Un cuarto grupo de
estudiantes no salta.
¿Cómo medirías el ritmo cardíaco en este estudio?
1. Contando el número de saltos por minuto.
2. Contando el número de latidos del corazón en un minuto.
3. Contando el número de saltos realizados por cada grupo.
4. Contando el número de ejercicios realizados por cada grupo.
6. Algunas gallinas ponen un huevo casi cada día. Otras gallinas ponen pocos huevos. Un
estudio es planificado para examinar los factores que podrían afectar al número de
huevos puestos por las gallinas.
¿Cuál de las siguientes no es una hipótesis viable para el estudio?
1. Más huevos pondrán las gallinas que reciban más horas de luz.
2. Cuantos más huevos produzcan las gallinas, más peso perderán.
3. Cuanto más grandes sean las jaulas, más huevos pondrán las gallinas.
4. Cuantas más proteínas haya en el pienso, más huevos se pondrán.
7. Ana investiga los factores que influyen en el tiempo que tardan los cubitos de hielo en
fundir. Piensa que el tamaño de los cubitos de hielo, la temperatura de la habitación y la
forma de los cubitos son factores que podrían afectar al tiempo necesario para que se
derrita el hielo. Decide probar la hipótesis de que la forma de un cubito de hielo afecta al
tiempo de fusión.
¿Qué diseño seleccionaría Ana para probar su hipótesis?
142
1. Usar cinco cubitos de hielo, cada uno de distintas masa y forma. Usar cinco
recipientes idénticos sometidos a la misma temperatura. Observar el tiempo que tardan
los cubitos en derretirse.
2. Usar cinco cubitos de hielo, todos con la misma forma pero con distinta masa. Usar
cinco recipientes idénticos sometidos a la misma temperatura. Observar el tiempo que
tardan los cubitos en derretirse.
3. Usar cinco cubitos de hielo, todos con la misma masa pero con distinta forma. Usar
cinco recipientes idénticos sometidos a la misma temperatura. Observar el tiempo que
tardan los cubitos en derretirse.
4. Usar cinco cubitos de hielo, todos con la misma masa pero con distinta forma. Usar
cinco recipientes idénticos sometidos a distintas temperaturas. Observar el tiempo que
tardan los cubitos en derretirse.
8. En una clase de Física y Química se estudió la presión y el volumen con globos. Los
estudiantes llevaron a cabo un experimento en el que cambiaban la presión ejercida sobre
un globo y después medían su volumen. Los resultados obtenidos se presentan en la
siguiente tabla:
¿Cuál de los siguientes gráficos representa correctamente los datos?
9. Para bombear gasolina desde un tanque se utilizan mangueras de cinco tamaños
distintos. La bomba empleada es la misma. El gráfico siguiente muestra las medidas
realizadas en el estudio.
¿Qué enunciado describe la relación entre las variables?
1. Cuanto mayor sea el diámetro de la manguera, más gasolina sería bombeada cada
minuto.
2. Cuanto más gasolina sea bombeada por minuto, más tiempo sería necesario.
3. Cuanto menor sea el diámetro de la manguera, más gasolina sería bombeada cada
minuto.
4. Cuanto menor sea la cantidad de gasolina bombeada, mayor sería el diámetro de la
manguera.
143
Anexo 8: Test de razonamiento lógico
INSTRUCIONES
El cuestionario que te presentamos tiene por finalidad poder comprender mejor la lógica
que usas para pensar. El razonamiento que elijas en cada respuesta se considera tan
importante como la respuesta misma.
Para responder a cada una de las cuestiones, sigue los siguientes pasos:
1. Lee con cuidado el enunciado de la pregunta.
2. Piensa detenidamente la respuesta haciendo los cálculos que estimes oportunos.
3. Escribe tu respuesta en el recuadro correspondiente de la hoja de respuesta.
Ej. 12. Razón
4. Lee la serie de razonamientos que se te presentan como posibles explicaciones de la
respuesta que has elegido.
5. Selecciona cuidadosamente la opción que consideres oportuna teniendo en cuenta el
razonamiento que utilizaste en tu respuesta.
6. Señala en el recuadro correspondiente de la hoja de respuesta la letra que indica la
opción que has elegido.
Ej. 12. Razón
CUESTIÓN 1
Se necesita exprimir cuatro naranjas para obtener seis vasos de zumo. ¿Qué cantidad de
zumo se podría obtener con seis naranjas? (Considera que todas las naranjas son del
mismo tamaño).
a) 7 vasos.
b) 8 vasos.
c) 9 vasos.
d) 10 vasos.
e) Otra respuesta.
Razón:
1. El número de vasos y el número de naranjas estarán siempre en la relación 3 a 2.
2. Con más naranjas, las diferencias serán menores.
3. La diferencia entre las cantidades será siempre de dos.
4. Con cuatro naranjas la diferencia era dos. Con seis naranjas la diferencia sería dos más.
5. No se podría predecir.
144
CUESTIÓN 2
Usando las mismas naranjas de la cuestión 1, ¿cuántas naranjas se necesitarían para hacer
15 vasos de zumo?
a) 7 naranjas y media.
b) 9 naranjas.
c) 10 naranjas.
d) 13 naranjas.
e) Otra respuesta.
Razón:
1. El número de naranjas y el número de vasos de zumo estarán siempre en la relación 2 a
3.
2. El número de naranjas será siempre menor que el número de vasos de zumo.
3. La diferencia entre las cantidades será siempre de dos.
4. El número de naranjas necesarias será la mitad del número de vasos de zumo.
5. No se podría predecir.
CUESTIÓN 3
Supongamos que queremos hacer un experimento para averiguar si al modificar la
longitud de un péndulo cambia también la cantidad de tiempo que tarda en oscilar de un
lado a otro. ¿Qué péndulos deberíamos usar para realizar dicha experiencia?
a) 1 y 4.
b) 2 y 4.
c) 1 y 3.
d) 2 y 5.
e) Todos.
Razón:
1. Compararíamos el péndulo más largo con el más corto.
2. Necesitaríamos comparar todos los péndulos entre sí.
3. Al aumentar la longitud tendríamos que disminuir el peso.
4. Los péndulos elegidos deberían tener todas las mismas longitudes y distinto peso.
5. Los péndulos elegidos deberían tener todos distinta longitud e igual peso.
145
CUESTIÓN 4
Supongamos que queremos realizar un experimento para averiguar si al cambiar el peso
del péndulo cambia también la cantidad de tiempo que tarda en oscilar de un lado a otro.
¿Qué péndulos tendríamos que usar para realizar dicha experiencia? (Usa el mismo
dibujo de la cuestión 3).
a) 1 y 4.
b) 2 y 4.
c) 1 y 3.
d) 2 y 5.
e) Todos.
Razón:
1. Compararíamos el péndulo más pesado con el más ligero.
2. Necesitaríamos comparar todos los péndulos entre sí.
3. Al aumentar el peso tendríamos que disminuir la longitud.
4. Los péndulos elegidos deberían tener distinto peso y la misma longitud.
5. Compararíamos péndulos de igual peso y distinta longitud.
CUESTIÓN 5
Un jardinero compró un paquete que contenía 3 semillas de calabaza y 3 semillas de
judía. Si se extrae una semilla del paquete, ¿cuál es la probabilidad de que ésta sea de
judía?
a) 1 de cada 2.
b) 1 de cada 3.
c) 1 de cada 4.
d) 1 de cada 6.
e) 4 de cada 6.
Razón:
1. Se necesitarían cuatro extracciones, dado que podría suceder que las tres semillas de
calabaza se extrajesen seguidas.
2. Hay seis semillas entre las cuales ha de extraerse una de judía.
3. De las tres semillas de judías que hay se necesita extraer una.
4. La mitad de las semillas son de judías.
146
5. Del total de seis semillas, además de la de judía se podrían extraer tres de calabaza.
CUESTIÓN 6
Un jardinero compró un paquete que contenía 21 semillas de diversas clases. La
composición era la siguiente:
3 de flores pequeñas rojas
4 de flores pequeñas amarillas
5 de flores pequeñas naranjas
4 de flores grandes rojas
2 de flores grandes amarillas
3 de flores grandes anaranjadas
Si sólo ha de plantar una semilla, ¿cuál es la probabilidad de que la planta resultante
tenga flores rojas?
a) 1 de cada 2.
b) 1 de cada 3.
c) 1 de cada 7.
d) 1 de cada 21.
e) Otra respuesta.
Razón:
1. Ha de elegir una semilla entre aquellas que dan flores rojas, amarillas o naranjas.
2. 1/4 de las pequeñas y 4/9 de las grandes son rojas.
3. No importa que sean pequeñas o grandes. De las siete semillas rojas que hay se ha de
elegir una.
4. Ha de seleccionar una semilla roja de un total de 21 semillas.
5. Siete de las 21 semillas darán flores rojas.
CUESTIÓN 7
La figura adjunta representa una muestra de los ratones que viven en un campo. A partir
de la figura, indica si es más probable que tengan rabo negro los ratones gordos que los
delgados.
a) Sí. Los ratones gordos tienen mayor probabilidad de tener rabo negro que los delgados.
147
b) No. Los ratones gordos no tienen mayor probabilidad de tener rabo negro que los
delgados.
Razón:
1. 8/11 de los ratones gordos tienen rabo negro y 3/4 de los ratones delgados tienen rabo
blanco.
2. Tanto algunos ratones gordos como algunos de los ratones delgados tienen rabo
blanco.
3. De los 30 ratones, 18 tienen rabo negro y 12 lo tienen blanco.
4. Ni todos los ratones gordos tienen rabo negro ni todos los delgados lo tienen blanco.
5. 6/12 de los ratones con rabo blanco son gordos.
CUESTIÓN 8
¿Es más probable que tengan rayas anchas los peces gordos que los peces delgados?
a) Sí.
b) No.
Razón:
1. Unos peces gordos tienen rayas anchas y otras estrechas.
2. 3/7 de los peces gordos tienen rayas anchas.
3. 12/28 tienen rayas anchas y 16/28 las tienen estrechas.
4. 3/7 de los peces gordos y 9/21 de los peces delgados tienen rayas anchas.
5. Algunos de los peces con rayas anchas son delgados y otros son gordos.
148
Anexo 9: Encuesta de opinión sobre las actividades utilizando como herramienta la
computadora.
1. El uso de los simuladores en Física es interesante.
A. Muy de acuerdo B. De acuerdo C. Indiferente D. En desacuerdo E. Muy en
desacuerdo
2. Trabajar en equipo ayuda a aprender más y mejor.
A. Muy de acuerdo B. De acuerdo C. Indiferente D. En desacuerdo E. Muy en
desacuerdo
3. La Física es más atractiva cuando se realizan actividades de investigación.
A. Muy de acuerdo B. De acuerdo C. Indiferente D. En desacuerdo E. Muy en
desacuerdo
4. Se aprenden mejor los conceptos de Física cuando se utilizan simuladores.
A. Muy de acuerdo B. De acuerdo C. Indiferente D. En desacuerdo E. Muy en
desacuerdo
5. Las actividades de investigación facilitan el aprendizaje de los conceptos de Física.
A. Muy de acuerdo B. De acuerdo C. Indiferente D. En desacuerdo E. Muy en
desacuerdo
6. La comunicación entre el profesor y los alumnos mejora cuando se realizan actividades
de investigación con simuladores.
A. Muy de acuerdo B. De acuerdo C. Indiferente D. En desacuerdo E. Muy en
desacuerdo
7. El tiempo que se ha dedicado a la utilización de los simuladores ha sido:
A. Muy excesivo B. Excesivo C. Adecuado D. Escaso E. Muy escaso
8. Las actividades de investigación realizadas han sido difíciles.
A. Muy de acuerdo B. De acuerdo C. Indiferente D. En desacuerdo E. Muy en
desacuerdo
9. Indica con un número del 1 al 5 el nivel de dificultad (1 = muy fácil; 5 = muy difícil)
de las distintas etapas del proceso de investigación:
A. Emisión de hipótesis B. Diseño experimental C. Contrastación de hipótesis D.
Manejo del simulador E. Trabajo en equipo
10. Propuestas de mejora en la realización de actividades de investigación con simulador.
11. Opinión general del uso de los simuladores en la enseñanza de la Física.
149
Anexo10: Estadística
1. Test de razonamiento lógico
Tabla 1. Análisis estadístico de la puntuación obtenida en el Test de razonamiento
lógico.
ESTADÍSTICA
Media
13.8
Límite inferior
12.7
Límite superior
14.9
ERROR TÍPICO
0.223
Intervalo de confianza para la media al 95%
Mediana
14.0
Varianza
8.86
Desviación Típica
4.20
Mínimo
5.00
Máximo
20.0
Rango
15.0
2. Cuestionario sobre conceptos de Mecánica newtoniana
2.1. Resultados del pre-test
Tabla 2. Análisis estadístico de la puntuación obtenida en el pre-test sobre conceptos de
Mecánica Newtoniana
ESTADÍSTICA
Media
8.32
Límite inferior
7.45
Límite superior
9.18
ERROR TÍPICO
0.434
Intervalo de confianza para la media al 95%
Mediana
8.00
Varianza
14.2
Desviación Típica
3.78
Mínimo
0.00
Máximo
18.0
Rango
18.0
150
2.2. Resultados del post-test
Tabla 3. Análisis estadístico de la puntuación obtenida en el post-test sobre conceptos de
Mecánica Newtoniana
ESTADÍSTICA
Media
ERROR TÍPICO
13.42
Límite inferior
11.90
Límite superior
14.94
0.735
Intervalo de confianza para la media al 95%
Mediana
14.00
Varianza
12.94
Desviación Típica
3.599
Mínimo
6
Máximo
20
Rango
14
3. Cuestionario sobre procedimientos científicos.
3.1. Resultados del pre-test.
Tabla 4. Análisis estadístico de la puntuación obtenida en el pre-test sobre
procedimientos científicos
ESTADÍSTICA
Media
5.35
Límite inferior
4.54
Límite superior
6.16
ERROR TÍPICO
0.383
Intervalo de confianza para la media al 95%
Mediana
6.00
Varianza
2.49
Desviación Típica
1.57
Mínimo
2
Máximo
8
Rango
6
151
3.2. Resultados del post-test.
Tabla 5. Análisis estadístico de la puntuación obtenida en el post-test sobre
procedimientos científicos
ESTADÍSTICA
Media
6.72
Límite inferior
6.28
Límite superior
7.17
ERROR TÍPICO
0.211
Intervalo de confianza para la media al 95%
Mediana
7.00
Varianza
0.80
Desviación Típica
0.89
Mínimo
5
Máximo
8
Rango
3
4. Test de escala Likert sobre actitudes científicas.
4.1. Resultados del pre-test.
Tabla 6. Análisis estadístico de la puntuación obtenida en el pre-test sobre actitudes
científicas
ESTADÍSTICA
Media
51.81
Límite inferior
49.33
Límite superior
54.28
ERROR TÍPICO
1.186
Intervalo de confianza para la media al 95%
Mediana
51.00
Varianza
29.56
Desviación Típica
5.437
Mínimo
45
Máximo
65
Rango
20
152
4.2. Resultados del post-test.
Tabla 7: Estadística principal de la puntuación obtenida en el post-test de escala de
Likert sobre actitudes científicas.
ESTADÍSTICA
Media
51.57
Límite inferior
50.14
Límite superior
53.00
ERROR TÍPICO
0.685
Intervalo de confianza para la media al 95%
Mediana
52.00
Varianza
9.857
Desviación Típica
3.140
Mínimo
46
Máximo
58
Rango
12
153
Anexo 11: Descripción del contenido del CD-ROM
El CD-ROM adjunto a la tesis está organizado en las siguientes carpetas, cuya
denominación alude a la información que recogen:
a) La carpeta Laboratorio de Física para su correcto funcionamiento debe ser copiado
al disco “C” de su computador con todos sus archivos.
b) La carpeta Gravedad contiene el instalador del Laboratorio de Cinemática, el cual
debe ser instalado para el correcto funcionamiento de la conexión que realizamos de
los sensores con la computadora.
c) Hacer clic en el icono Laboratorio de Fisica.exe para utilizar el software educativo
junto con todas las simulaciones.
d) También se puede utilizar el software directamente desde el CD-ROM.
154
Anexo 12: Programación en Visual Basic para comandar el Laboratorio de Cinemática
Dim tinicio As Long 'Tiempo en que se suelta la esfera
Dim tfinal As Long 'Tiempo en que la esfera llega
Dim tiempo As Long 'Tiempo total de viaje transcurrido
Dim gravedad As Double 'Gravedad calculada en el experimento
Dim altura As Long 'Altura a la cual la esfera es soltada
Dim distancia As Long 'Distancia a la que cae la esfera
Dim vx As Double
'Velocidad horizontal constante
Dim vy As Double
'Velocidad vertical variable
Dim velocidad As Double 'Velocidad resultante de vx y vx
Dim flag As Integer 'Indica la posicion de la esfera
Dim auxaltura As Long
Private Declare Function timeGetTime Lib "winmm.dll" () As Long 'Declara la libreria para usar el timegettime
Private Sub Inicializar()
'Inicializando variables
tinicio = 0
tfinal = 0
tiempo = 0
gravedad = 0
altura = 0
distancia = 0
vx = 0
vy = 0
velocidad = 0
flag = 0
'Inicializando cuadros de texto
txtaltura0.Text = 0
txtaltura1.Text = 0
txtdistancia1.Text = 0
txtdistancia1.Enabled = False
txttiempo0.Text = 0
txtgravedad0.Text = 0
txttiempo1.Text = 0
txtgravedad1.Text = 0
txtvelocidad1.Text = 0
txtvx.Text = 0
txtvy.Text = 0
'Inicializando Botones
cmdgravedad0.Enabled = False
cmdgravedad1.Enabled = False
cmdvelocidad1.Enabled = False
End Sub
Private Sub Form_Load()
Inicializar
SSTab1.Tab = 0
End Sub
Private Sub cmdreset_Click()
Inicializar
End Sub
Private Sub cmdsalir_Click()
If MSComm1.PortOpen = True Then
MSComm1.PortOpen = False
End If
End
End Sub
Private Sub txtaltura0_Change()
If txtaltura0.Text > 0 Then
cmdgravedad0.Enabled = True
altura = txtaltura0.Text
End If
End Sub
155
Private Sub cmdgravedad0_Click()
auxaltura = txtaltura0.Text
Inicializar
txtaltura0.Text = auxaltura 'La altura se ingresa en centímetros
If MSComm1.PortOpen = False Then
MSComm1.PortOpen = True
End If
End Sub
Private Sub MSComm1_OnComm()
If MSComm1.CommEvent = comEvCD Then
If flag = 0 Then
tinicio = timeGetTime
flag = 1
End If
End If
If MSComm1.CommEvent = comEvCTS Then
If flag = 1 Then
tfinal = timeGetTime
tiempo = tfinal - tinicio
'Tiempo expresado en milisegundos
gravedad = (20000 * altura) / (tiempo) ^ 2 'la gravedad esta en m/seg^2
txtgravedad0.Text = gravedad
txtgravedad1.Text = gravedad
txttiempo0.Text = tiempo
txttiempo1.Text = tiempo
flag = 2
MSComm1.PortOpen = False
End If
End If
End Sub
'Hasta Aquí La programación del primer tab
Private Sub txtaltura1_Change()
If txtaltura1.Text > 0 Then
cmdgravedad1.Enabled = True
altura = txtaltura1.Text
End If
End Sub
Private Sub cmdgravedad1_Click()
auxaltura = txtaltura1.Text
Inicializar
txtaltura1.Text = auxaltura
txttiempo1.Text = tiempo
If MSComm1.PortOpen = False Then
MSComm1.PortOpen = True
End If
txtdistancia1.Enabled = True
cmdgravedad1.Enabled = False
cmdvelocidad1.Enabled = True
txtdistancia1.SetFocus
txtdistancia1.Text = ""
End Sub
Private Sub cmdvelocidad1_Click()
distancia = txtdistancia1.Text
vx = 10 * distancia / tiempo 'en m/seg^2
vy = gravedad * tiempo / 1000 'en m/seg^2
velocidad = Sqr(vx ^ 2 + vy ^ 2)
txtvelocidad1.Text = velocidad
txtvx.Text = velocidadvertical
txtvy.Text = velocidadhorizontal
End Sub
156
Anexo 13: Diagrama de clases de la aplicación multimedia
Recurso
tipo
titulo
codigo
duracion
escoger()
Imagen
Texto
nombre
tamaño
duracion
tipo
resolución
nombre
tamaño
tipo
grabar()
imprimir()
Simulación
nombre
tipo tamaño
duración
reproducir()
Video
nombre
tamaño
tipo
duracion
resolución
audio
nombre
tamaño
duración
tipo
grabar()
visualizar()
visualizar()
escena
tipo
tamaño
duracion
escoger()
escena_enseña
escena_evalua
práctica
práctica
visualizar()
grabar()
imprimir()
exportar()
visualizar()
grabar()
imprimir()
exportar()
Respuesta
correcta
incorrecta
grabar()
imprimir()
157
Anexo 14: Diagrama de casos de uso de la aplicación multimedia.
Usuario
Ingresa al programa
halla la gravedad terrestre
experimentalmente
Responde ejercicio
Lee el planteamiento del ejercicio
Realiza la simulación
Profesor
Ingresa al programa
Dirige el aprendizaje
Proporciona fundamentos teóricos
Revisa el ejercicio
158
Anexo 15: Diagrama de secuencias de la aplicación multimedia
a. Diagrama de secuencias para caso de uso: Realizar simulación
Menu general
Topicos de
Física
lee el ejercicio
respectivo
Desarrolla el
ejercicio
Realiza la
simulacion
: usuario
Ingresa al menu
Escoge tema
Lee y comprende el ejercicio
Resuelve el ejercicio
Realiza la simulación
Vuelve al menu general
Salir del programa
b. Diagrama de secuencias para caso de uso: Hallar el valor de la gravedad terrestre
aplicación
menú general
halla el valor de la
gravedad terrestre
ingresa datos
resultados
: Usuario ingresa al sistema
ingresa al menú
elige laboratorio de cinemática
ingresa datos
obtiene resultados
vuelve al menú general
cerrar aplicación
159
ANEXO 17: Criterios de evaluación de usabilidad de la aplicación multimedia
1. Experiencia.
El criterio de evaluación de experiencia se caracteriza por l conocimiento previo
adquirido (conceptual, procedimental y actitudinal) por el usuario.
El grado de experiencia se identifica a través de un análisis del perfil del usuario
y se clasifica en principiante, intermedio y avanzado.
La experiencia no se refiere a la adquirida durante el uso de la aplicación
multimedia, sino se refiere a la que el usuario posee en el momento del primer
contacto con la aplicación
2. Intuición.
El criterio de evaluación intuición significa la inmediata aprehensión de alguna
cosa a través de un proceso básico cognitivo sin razonamiento (D.R.A.D, 1992;
Aurelio, 1986; Oxford, 1995).
La intuición del usuario debe ser considerada tanto en el diseño de la aplicación,
lo que ofrece al usuario una secuencia de tareas que le permita lograr sus
objetivos sin razonamiento previo, como el diseño del contenido.
3. Funcionamiento
El funcionamiento se refiere a los aspectos operativos funcionales desde la
perspectiva de la aplicación, los cuales no están previstos en la fase de análisis y
diseño de la aplicación multimedia
160
4. Portabilidad
La portabilidad se caracteriza por la posibilidad de utilización de la aplicación
multimedia en distintas plataformas informáticas (distintos sistemas operativos,
distintos navegadores o distintos programas de correo electrónico), de manera que
se define el alcance de la aplicación multimedia desde la perspectiva de su
utilización funcional.
5. Gestión de error
La gestión de error se caracteriza por ser uno de los módulos que componen una
aplicación multimedia, el cual se responsabiliza por la indicación de errores, ya
sean operativos o de usuario. De esta manera, este criterio permite al usuario
seguir ejecutando sus tareas de manera dirigida.
6. Tiempo de respuesta
El criterio de evaluación tiempo de respuesta es el periodo de tiempo necesario
para la ejecución de alguna petición (carga de un simulador o animación).
Éste es un indicador importante de eficiencia de la usabilidad de una aplicación
multimedia, debido a la separación física entre usuario que trabaja en una
maquina local y el contenido situado en un servidor.
7. Densidad
El criterio de evaluación densidad se caracteriza por la cantidad de información
pasada por el usuario a través de cada pantalla de la aplicación multimedia. Por
161
eso se recomienda la observación de la densidad desde la preparación del
contenido, hasta los prototipos finales debido a la inserción de varios elementos
estructurales (ejemplo botones de control y menú).
8. Veracidad
El criterio de evaluación veracidad es responsable por la verificación de la
veracidad del contenido, teniendo en cuenta aspectos tales como la congruencia
entre la información, la secuencia lógica de la información y la conformidad de su
alcance.
9. Apariencia
El criterio de evaluación apariencia se relaciona con los colores de presentación
de la interfaz la cual debe ser amigable. Como se muestra en el siguiente ejemplo.
10. Asociación
Este criterio determina si el contenido y su presentación se asocia a su contexto,
es decir, si el propósito de una aplicación multimedia es presentar informaciones
históricas, entonces conviene que la tipología de las letras represente el contexto
histórico (por ejemplo presentación de un tema histórico utilizando letras góticas).
11. Componente de la instrucción: Objetivos
162
El criterio de evaluación componente de la instrucción: Objetivos, dentro del
contexto educativo que representa la presente tesis, se caracteriza por la definición
de guías de estudios de la asignatura, unidades, módulos y apartados.
12. Legibilidad
Este criterio se relaciona no sólo con los aspectos lexicográficos del agente
información, sino también se preocupa con los aspectos físicos del medio donde
se presentará la información (ejemplo la información puede ser diseñada para su
presentación en una pantalla de computadora o impresa en papel).
13. Precisión
El criterio de evaluación precisión permite verificar la exactitud del contenido
respecto a su estructura sintáctica y semántica. Además, a través de este criterio se
verifican los problemas y errores relacionados con el uso de elementos extras (
por ejemplo mensajes innecesarios) que pueden causar detrimentos en la
secuencia del contenido educativo.
14. Desempeño
Se utiliza el criterio de evaluación desempeño en el análisis de los agentes usuario
y aplicación. Por una parte, se traduce como la ejecución satisfactoria de una tarea
por parte del agente usuario. La ejecución satisfactoria de una tarea se asocia a la
eficiencia y eficacia, con los cuales un usuario logra sus objetivos. De esta
163
manera, el desempeño juega un papel importante en la adquisición y retención del
conocimiento.
15. Predicción
El criterio de evaluación predicción se basa en un raciocinio lógico y representa la
acción de anteceder a un hecho. Este criterio se diferencia del criterio intuición
por la dependencia del razonamiento. Aunque existe una relación muy específica
con el agente aplicación, la predicción se caracteriza por estar relacionada
principalmente con el agente usuario.
16. Componente de la instrucción: Test
En el momento de revisión de la aplicación multimedia, donde se realiza una
evaluación sobre los procedimientos de test aplicados al usuario, se utiliza el
criterio de evaluación componente de instrucción: test para identificar las
incongruencias entre el contenido propuesto y su evaluación. Es decir, se
verifican y validad, desde el enfoque educativo los módulos responsables por la
evaluación del alumno.
17. Mantenimiento.
El criterio de evaluación mantenimiento representa un indicador de calidad de la
aplicación multimedia vinculado a la capacidad de gestión de sistema. Además el
mantenimiento ofrece soporte para el análisis de la gestión de costos de
producción del producto o servicio.
164
18. Adaptabilidad
En lo que se refiere a la presente tesis, el criterio de evaluación de adaptabilidad
se caracteriza por la modificación (parcial o total) de una aplicación multimedia
permitiendo que esta desempeñe funciones distintas de aquellas previstas.
19. Consistencia
Este criterio permite identificar el grado de aproximación de una medición entre
los resultados de varias mediciones del mismo uso de la información y los
componentes de operación, es decir, a través de la consistencia se verifica el
grado de estabilidad de toda aplicación multimedia.
20. Organización
El criterio de evaluación organización se caracteriza por ser un proceso que
determina un conjunto de disposiciones ordenadas de acuerdo con criterios
predefinidos, con el propósito de lograr la satisfacción de los objetivos
propuestos. De esta manera, se considera la organización durante el análisis de la
usabilidad de una aplicación multimedia desde las perspectivas de los agentes
aplicación e información.
21. Indicación
El criterio de evaluación indicación permite identificar el uso de referencias
asociativas entre algo (ejemplo un elemento de la presentación, un componente
interactivo o una pieza de contenido) y su significado o función.
Una de las influencias de este criterio es la que ejerce en el contenido. Por
ejemplo, la falta de referencias de figuras o tablas (ejemplo pie de la figura o
título de la tabla, respectivamente) e el texto puede comprometer el entendimiento
del contenido.
22. Propiedad de ser completo
El criterio de evaluación propiedad de ser completo, verifica si los límites de lo
que concierne a os agentes e información está a los estándares predefinidos.
165
Al diseñarse una aplicación multimedia para ser usada en el entorno educacional,
ésta debe considerar un conjunto de estándares tanto estructurales (ejemplo, tipo y
medio de formatos) como educacionales (ejemplo, los objetivos)
23. Componente de la instrucción: Actividad de aprendizaje
El criterio de evaluación componente de la instrucción: Actividades de
aprendizaje, en el momento de revisión de una aplicación multimedia, permite
verificar la calidad de las actividades educativas propuestas con el propósito de
fomentar la consolidación del aprendizaje del usuario.
166