Aprovechamiento de recursos TIC para mejorar el aprendizaje de los lenguajes de las Ciencias: Investigaciones didácticas en el aula

Aprovechamiento de recursos TIC para mejorar el aprendizaje de los lenguajes de las Ciencias: Investigaciones didácticas en el aula

 

Albert Gras-Martí (a), Marisa Cano-Villalba (a), Yuri Milachay (b), Vicent Soler-Selva (c), Julio Santos Benito (a)

(a) Dept. Física Aplicada, Universitat d’Alacant, E-03080 Alicante, España. (agm@ua.es, http://ticat.ua.es)

(b) Dept. Física, Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas, Lima, Perú

(c) IES Sixto Marco, E-03203 Elx, España

Resumen

Hemos investigado las mejoras en el aprendizaje que se derivan del uso de herramien- tas de modelización basadas en las TIC (Tecnologías de la Información y la Comunica- ción). En esta comunicación mostraremos algunos resultados de su aplicación para la obtención de datos experimentales con sensores y con vídeos, las simulaciones con miniaplicaciones o applets, y las hojas de cálculo. Se han realizado estudios detallados de las respuestas de los alumnos en test pre y post aplicación de la herramienta corres- pondiente, así como comparaciones entre los resultados de diversos cursos. Las conclu- siones de nuestras investigaciones promueven el uso de estas herramientas que facilitan la comprensión de los distintos lenguajes de la ciencia: el lenguaje icónico, algebraico, tabular, formal, etc.

Palabras clave: TIC, simulaciones (applets), hojas de cálculo, sensores, vídeo.


Abstract

We have investigated about learning improvements derived from the use of modeling tools based on the information and communication technologies (ICT). In this paper we will show how its implementation turned out, obtaining experimental data using sen- sors and videos, simulations and spreadsheets. Detailed studies of the student’s answers have been made, before and after the use of the respective tool, as well as comparisons between the results of several courses. The conclusions of our investigations encourage the use of this tools that facilitates the understanding of science’s different languages as: iconic language, algebraic, tabular, formal, etc.

Key Words: ICT, simulations, spreadsheets, sensors, video.


Introducción

Constantemente, se desarrollan herramientas digitales que tienen como ayuda el ordenador y que llamaremos laxamente. Desde el punto de vista de la Normativa, no hay razón Tecnologías de la Información y de la Comunicación (TIC). Las TIC hacen referencia a servicios, aplicaciones y tecnologías que usan equipos y programas informáticos, y que, a menudo, se transmiten a través de las redes de telecomunicaciones. Las TIC permiten el almacenamiento, la recuperación, el trato, la adquisición, la producción, la comunicación, el registro, y la presentación de datos y de información.

Estas innovaciones tecnológicas, que se encuentran en soporte lógico (programas) y físico (equipos), pueden servir para mejorar el proceso de enseñanza/aprendizaje (E/A) de las ciencias, en general, y de las matemáticas y la física, en particular. Los ejemplos de herramientas aprovechables son múltiples: hojas de cálculo, miniaplicaciones (applets), cámaras de vídeo, aulas digitales o campus virtuales, webQuests, instrumentación digital para la experimentación, test en línea, etc. La adquisición de conocimientos y de habilidades relacionadas con las TIC, y su aplicación en las tareas docentes representan un reto para los docentes que exige replantear e integrar los contenidos y la puesta en práctica de metodologías nuevas en el proceso de E/A.

Si se desea evitar un uso indiscriminado o con poco fundamento didáctico de las TIC en la E/A (Gómez González, 1998), es necesario documentar las pruebas y las evaluaciones que se elaboran a partir de las puestas en práctica en el aula (tanto en formato presencial tradicional como en modalidades mixtas, que integran actividades realizadas en formato virtual o no presencial). La difusión y la confrontación de experiencias didácticas tiene como uno de sus principales objetivos lograr la construcción de un “mapa comunitario” (Redish, 1999) entre los docentes, a través de la comunicación constante en línea, el intercambio de experiencias y de propuestas de mejora, la evaluación y la crítica continua, etc. En definitiva, se busca promover, en la comunidad educativa, un procedimiento habitual de la investigación científica como es publicar y los experimentos educativos. A partir de investigaciones empíricas sistemá- ticas (que usan métodos cuantitativos o cualitativos), se busca lograr comportamientos reproducibles en la estructura de los resultados educativos y en la forma en la que estos evolucionan.

Nuestro equipo tiene ha adquirido cierta experiencia en la aplicación de las TIC en la E/A y cuenta con una serie de trabajos publicados. Por ejemplo, la búsqueda de información en la red que constituye una simple muestra de replicación de una herramienta digital se puede leer en Gras- Martí et al. (2003a). Hemos investigado también las aplicaciones didácticas de las herramientas de un Campus Virtual, o plataforma de teleformación (análoga a Moodle, Dokeos, etc.) (Gras-Martí y Cano-Villalba, 2005), las simulaciones de procesos físicoquímicos (Torres y Soler-Selva, 2004), la experimentación automatizada (Soler-Selva et al., 2002), los test en línea (Gras-Martí et al., 2003b), etc. También tenemos experiencia en el uso de las TIC en la formación inicial y permanente del profesorado (Mendoza Rodríguez et al., 2004), y en el desarrollo de estrategias de formación en TIC y la elaboración de experiencias piloto para un Departamento de Recursos Tecnológicos (Boada Sotomayor et al., 2005). Se pueden ver otros trabajos del grupo en el portal de E/A de física (http://www.fisica-basica.net ), especialmente en el apartado de investigación didáctica: http://ticat.ua.es/meet/recerca-didactica/recercadidactica.htm , así como en nuestras páginas personales: http://ticat.ua.es/agm/recercaCV.htm

Los lenguajes de la ciencia

El aprendizaje de conocimientos científicos por parte de los alumnos implica la adquisición de la capacidad para comunicar los fenómenos físicos a través del uso simultáneo de diversos tipos de lenguajes o descripciones (Juan et al., 2003):

  1. el lenguaje icónico, que usa diagramas para mostrar, de forma esquemática, có- mo varía una magnitud en función de otras (tiempo, posición, etc.);

  2. la descripción tabular, que recoge de forma ordenada los valores de las magni- tudes correspondientes;

  3. el lenguaje gráfico, que consiste en representar en unos ejes de coordenadas la variación de una magnitud con una variable determinada;

  4. la representación verbal, que es la narración del fenómeno mediante términos más o menos técnicos;

  5. el lenguaje algebraico, que busca encontrar ecuaciones que relacionan las mag- nitudes investigadas.

Como ejemplo de nuestras líneas de trabajo de investigación didáctica sobre la integración de las TIC en la E/A de las ciencias describiremos, en esta comunicación, la aplicación (y la evaluación) de cuatro herramientas TIC (vídeo digital, hojas de cálculo, simulaciones y experimentación con sensores e instrumentación digital) en el estudio de un tema de física en unperiodo de tres años, y compararemos los resultados entre sí y con los de un curso en el que no hemos usado ninguna de estas herramientas. El estudio busca explicitar interrelacio- nes entre los lenguajes de representación que se usan en la práctica científica, y las posibili- dades de comunicación y de expresión que proporcionan las herramientas TIC utilizadas. (Fig. 1)

En primer lugar, describiremos el objetivo del trabajo y la población estudiada. A continua- ción, comentaremos el análisis realizado a partir de los resultados obtenidos.

Población e instrumentos analíticos

El proyecto pretende evaluar el efecto que tienen los elementos TIC relacionados con diversos lenguajes de la ciencia sobre el aprendizaje de los estudiantes. La experiencia educativa se ha desarrollado con alumnos que llevan la asignatura “Física de los proce- sos biológicos” que cursan el primer año de la carrera de Ciencias Biológicas de la Universidad de Alicante. Se ha trabajado con una muestra de aproximadamente treinta (30) estudiantes, que reciben la enseñanza en catalán.]

Durante las clases, seguimos un programa-guía de actividades, mediante el cual los alumnos trabajan divididos en pequeños grupos (Furió, 2001). Para profundizar en el estudio de los temas, hemos utilizado las herramientas TIC que muestra la Tabla 1, una herramienta por cada uno de los tres cursos. El curso más antiguo (01-02), en el que no se introdujeron herramientas TIC, sirve de referencia. Se pueden ver más detalles sobre la metodología usada en la referencia de la columna de la derecha.

Los instrumentos diseñados para la evaluación de la experiencia didáctica son de tres tipos:

  • Cuestionarios (pre y post tema)

  • Análisis taxonómicos de los cuadernos de trabajo

  • Cuestionarios abiertos

En lo que respecta al primer tipo de instrumentos, hemos aprovechado una herramienta ampliamente conocida y utilizada en la investigación didáctica, en particular en la en- señanza de la física: el Force Concept Inventory (Hake, 2000) y hemos desarrollado cuestiones análogas para el tema particular que estudiamos. El segundo instrumento de análisis se basa en una taxonomía de seis niveles de conocimientos y de habilidades ba- sada en el informe PISA (2003) (Tabla 2). El tercer instrumento de análisis permite in- dagar sobre las actitudes y la motivación de los estudiantes hacia la asignatura. Por li- mitaciones de espacio, únicamente describiremos, brevememente, la taxonomía que hemos mencionado.

Como vemos, la taxonomía distingue entre un modelo y una representación (comparar el nivel 3 con el superior). Es evidente que el análisis completo de un modelo científico en- globa representaciones múltiples interrelacionadas. No hace falta decir que hemos tenido que adaptar la aplicación de estos niveles a estudiantes que tienen conocimientos de ma- temáticas y de física muy rudimentarios (Santos Benito y Gras-Martí, 2003).

Resultados y discusión

La Tabla 3 muestra un análisis de los ejercicios propuestos a los alumnos sobre un tema concreto el movimiento armónico Los ejercicios fueron desarrollados por los alumnos antes (pre) y después (post) de haber trabajado la herramienta TIC correspondiente. En el primer caso (primera línea), cuando no se usó ninguna herramienta TIC conjunta- mente con las discusiones teóricas, no tenía sentido hacer post test. Por otro lado, las fluctuaciones anuales (de herramienta en herramienta) en las calificaciones medias, <x> y, en la desviación típica, σ, , obtenidas en los pre y post test son fluctuaciones espera- bles por el hecho de que se trata de promociones diferentes de estudiantes. De los resul- tados de la tabla, se constata que la aplicación de un instrumento TIC mejora siempre los resultados por lo que se refiere a <x>, al tiempo que, generalmente, la dispersión aumenta apreciablemente. De la misma forma, el efecto se deja notar en el porcentaje de alumnos que aprueba la asignatura (3ª columna). Esta columna refleja el resultado de la aplicación repetida, en diversos temas, de la misma herramienta TIC.

La última columna de la Tabla 3 muestra los valores <x> y σ  de los niveles de clasifi- cación de habilidades de los alumnos con los modelos y las representaciones (según la escala de 1 a 6 de la Tabla 2): a cada alumno se le asigna un nivel en función de unas cuestiones breves y del análisis del cuaderno de trabajo. La media difícilmente supera la tasa de 3 puntos, la mitad de la escala de capacidades posibles. Es clara, también, la mejora general progresiva que se observa al pasar de una E/A, sin el recurso acceso a las TIC (donde, como cabe esperar, la desviación estándar es baja y, alrededor de un nivel medio, también es bajo), a una E/A basada en la experimentación, en el vídeo o en las simulaciones. Las encuestas realizadas a los estudiantes reflejan nítidamente que tienen una buena disposición hacia una E/A que usa recursos TIC, aunque la parte instrumental (ExAC) no les resulta sencilla a los estudiantes que no están habituados a la experimentación en física (es decir, a realizar “prácticas de laboratorio”). El uso del vídeo les resulta más atractivo, dado que los estudiantes de Biología están más habituados al uso de la imagen gráfica en sus materias; sin embargo, la posterior modelización de los datos añade la dificultad de las matemáticas. Finalmente, la simulación de proce- sos con miniaplicaciones (applets), por su carácter más visual e interactivo, es la activi- dad mejor valorada que se traduce en una mejora relativa en los valores taxonómicos. Igual que ocurre con las calificaciones de los test, se observa una gran dispersión en las respuestas de los estudiantes en el trabajo con modelos, siempre dentro de unos valores más bajos de lo deseable.

Resulta evidente que, aunque el objetivo es enseñar a los estudiantes a modelizar, se debe enfatizar en la transposición entre las representaciones que usamos y los modelos. Dejamos para una comunicación posterior el análisis más detallado del uso de las herramientas TIC en cada curso y de los resultados transversales entre cursos.

Conclusiones

En conjunto, entonces, hemos conseguido mejoras en un proceso de E/A que integra her- ramientas TIC. Somos conscientes de que la tecnología es un simple vehículo para llevar a término actuaciones que contribuyen con el proceso de E/A y que, por sí misma, no proporciona mejoras en el aprendizaje si no va unida a una programación docente adecuada.

Investigaciones como la presente son de interés para empezar a construir el camino hacia el sistema de créditos europeos (el llamado sistema ECTS), donde la adquisición de habilidades transversales y capacidades de alto nivel cognitivo cobra un gran protagonismo.

Agradecimientos

Al ICE, y al Secretariado y Vicerectorado de Convergencia Europea y Calidad de la Universidad de Alicante (UA) por la ayuda (Redes Docentes y Portal para la E/A de la Física, dentro del programa de aplicación de las TIC para la mejora de la enseñanza). Al Proyecto Habana de la UA por la ayuda que ha permitido varias colaboraciones. Al PPUA de la UA (Unidad de recursos informáticos y apoyo a la docencia) por la concesión de dos ayudas a dos de nosotros (Julio Santos y Albert Gras) en la convocatoria de ayudas a proyectos de Innovación Educativa 2005B/04.

Agradecemos también a Adrián (adgvelazquez@yahoo.com) por la traducción de la información en catalán a español de una versión preliminar de este artículo.

 

Bibliografía

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Referencia de los autores:

Los autores son miembros del equipo “tic@’t”, http://ticat.ua.es, que desarrolla e im- parte cursos de formación continuada en las TIC y de aplicación de las TIC en la en- señanza y en el aprendizaje, tanto a profesores de todos los niveles educativos como a alumnos y familiares de estos. La razón social de la asociación universitaria tic@’t y la entidad certificadora de los cursos impartidos por la misma es la Universidad de Alicante (España).





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