Martínez, S.

Perales Palacios, F. Javier

Sierra, J. L.

Sánchez, A.

Diposit Digital de Documents de la UAB

1ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2005. NÚMERO EXTRA. VII CONGRESOEL APRENDIZAJE DE LA FÍSICA EN BACHILLERATO:INVESTIGACIÓN CON SIMULADORES INFORMÁTICOSVERSUS AULA TRADICIONALSÁNCHEZ1, A.; SIERRA2, J. L.; MARTÍNEZ1, S. y PERALES3, F. J.1 IES Fuentenueva. El Ejido. Almería.2 IES Hiponova. Montefrío. Granada.3 Departamento de Didáctica de las Ciencias Experimentales. Universidad de Granada. Palabras clave: Tecnología de la información y comunicación; Simulación por ordenador; Aprendizaje exploratorio.OBJETIVOS• Diseñar actividades de investigación adecuadas para el alumnado de bachillerato y para los simuladoresutilizados en el aula.• Fomentar el aprendizaje cooperativo entre los estudiantes.• Introducir a los estudiantes en la cultura científica actual que concibe la simulación por ordenador comouna herramienta fundamental para la investigación y la experimentación.• Probar que la enseñanza de la física mediante pequeños trabajos de investigación con ayuda de simula-dores por ordenador procura un aprendizaje más significativo de los contenidos conceptuales, procedi-mentales y actitudinales que la enseñanza tradicional meramente transmisiva.MARCO TEÓRICOEl desarrollo de pequeños trabajos de investigación de una manera activa por parte del alumnado es con-siderado por distintos investigadores como un elemento importante en la enseñanza de las ciencias (Gil yMartínez-Torregrosa, 1987; de Jong y van Joolingen, 1998; Reid , Zhang y Chen, 2003). Sin embargo, lasTecnologías de la Información y de la Comunicación (TIC) no suelen participar en este proceso, o al menosno con todo el potencial didáctico detectado en numerosas investigaciones educativas (Sierra y Perales,1999, 2003; Jimoyiannis y Komis, 2001).La incorporación del ordenador en el aula, fundamentada pedagógicamente, no sólo supone una mejoraen el proceso educativo, sino que se adapta eficazmente a un enfoque constructivista del proceso de apren-dizaje de las ciencias. Esta consideración se fundamenta en los resultados obtenidos del Proyecto deInvestigación Educativa (Referencia PIE-102/99) financiado por la Junta de Andalucía durante los cursos1999-2000 y 2000-01, abordando “el estudio de la influencia en la mejora de la calidad de la enseñanza dela Física y Química en ESO y Bachillerato de nuevas estrategias docentes basadas en el aprendizaje pordescubrimiento y por investigación, utilizando programas informáticos”  (Sierra, Perales y Vílchez, 2003).Por otra parte, la experiencia profesional de los profesores de ciencias constata que la mayoría de los estu-diantes encuentra grandes dificultades tanto en la comprensión de algunos conceptos científicos como en2 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2005. NÚMERO EXTRA. VII CONGRESOla aplicación de los procedimientos propios de la metodología científica. Prueba de ello es la resistencia delalumnado a cambiar sus ideas alternativas erróneas, incluso después de haber estudiado los mismos conte-nidos en sucesivos años (Hierrezuelo y Montero, 1991). Esta circunstancia favorece, en ocasiones, que losestudiantes mantengan valores, creencias y actitudes sobre la ciencia distintas a las que se pretenden ense-ñar en el aula.Por consiguiente, la realización de actividades de investigación científica por los estudiantes, bajo la direc-ción del profesor y utilizando distintos programas informáticos de simulación, puede ayudar a superar lasdificultades diagnosticadas en la enseñanza de la física (Sierra, 2003; Perales, Vílchez y Sierra, 2004).Jonassen (1996) considera los simuladores didácticos como “herramientas cognitivas”, ya que aprovechanla capacidad de control del ordenador para amplificar, extender o enriquecer la cognición humana. Estasaplicaciones informáticas pueden activar destrezas y estrategias relativas al aprendizaje, que a su vez elalumno puede usar para la adquisición autorregulada de otras destrezas o de nuevo conocimiento.Asimismo, distintas investigaciones (Sierra, 2003; Reid, Zhang y Chen, 2003) destacan el potencial didác-tico de la realización de actividades de investigación con apoyo de simuladores informáticos, al estimularel interés del alumnado por diversos motivos: a) se implica activamente en el proceso de aprendizaje; b)utiliza el ordenador (hacia el cual sienten una motivación intrínseca, por lo general) para aprender cienciasexperimentales; c) realiza tareas propias de los científicos (delimitación de un problema, observación, emi-sión de hipótesis, discusión en grupo, diseño de estrategias para contrastar hipótesis, control de variables);d) pierde el miedo a responder a las cuestiones planteadas, al asumir que para llegar a la hipótesis correc-ta se debe seguir un proceso de correcciones sucesivas; e) la dinámica de la clase es más participativa; f) losprogramas didácticos de simulación permiten al alumnado cambios en las condiciones experimentales queen el laboratorio real serían difíciles de conseguir, e incluso, en ocasiones, inviables; g) la comunicaciónentre el profesor y los alumnos, y de éstos entre sí se hace más fluida.DESARROLLO DEL TEMAEn 2002 se inició un Proyecto de Innovación Educativa financiado por la Consejería de Educación de laJunta de Andalucía denominado “INTELECCION: Integración de tecnologías electrónicas de la informa-ción en la enseñanza de las ciencias mediante estrategias de investigación” (Referencia PIN-114/02), conuna duración de dos años. Una de las finalidades de este proyecto fue la validación en el aula de una metodología basada en la reali-zación de pequeños trabajos de investigación con ayuda de simuladores informáticos. Para ello, se consi-dera una muestra formada por estudiantes de dos grupos de primer curso de bachillerato del IES“Fuentenueva” de El Ejido (Almería): a) Un grupo experimental de 25 alumnos que sigue la metodología propuesta.b) Un grupo de control de 18 estudiantes  que sigue una metodología tradicional basada en la enseñanzatransmisiva.Con objeto de evaluar y comparar la eficacia didáctica de las metodologías aplicadas en el aula, las siguien-tes variables son diagnosticadas entre el alumnado participante en la experiencia:• Conocimiento conceptual: obtenido a partir del cuestionario sobre conceptos de mecánica newtonianadiseñado por Sierra (2003).• Conocimiento procedimental: obtenido a partir del test sobre procedimientos científicos TIPS (“Test ofIntegrated Process Skills”) elaborado y validado por Dillashaw y Okey (1980). • Actitud hacia la ciencia: obtenida a partir de un test de escala tipo Likert elaborado y validado porPenichet y Mato (1999).• Conocimiento de informática: obtenido a partir de un test elaborado por Sierra (2003) para evaluar elnivel de conocimiento del alumnado sobre distintos programas informáticos.3ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2005. NÚMERO EXTRA. VII CONGRESO• Nivel de razonamiento lógico: obtenido a partir del test de razonamiento lógico elaborado y validado porAcevedo y Oliva (1995).• Rendimiento académico: obtenido de las calificaciones en la asignatura de Física y Química.El alumnado, tanto del grupo experimental como de control, responde a los tests de conceptos de mecáni-ca, procedimientos científicos, actitudes hacia la ciencia, nivel de razonamiento lógico y de conocimientosinformáticos, antes de dar comienzo el entrenamiento con el programa de simulación Mobile (Sierra,2003). Las sesiones de entrenamiento con el simulador se alternan con sesiones dedicadas al estudio de loscontenidos de Cinemática.Las actividades de investigación propuestas a los estudiantes están integradas en la base de datos del pro-grama Mobile y son realizadas en parejas formadas libremente, según la secuencia establecida por el pro-fesor de manera que la complejidad del modelo implementado sea progresiva.La estrategia de resolución de los problemas propuestos con ayuda del simulador didáctico implica lassiguientes etapas: 1. Delimitación del problema planteado.2. Identificación de las variables relevantes en el problema.3. Elaboración de hipótesis contrastables acerca de la solución del problema.4. Construcción de un diseño experimental que permita contrastar las hipótesis emitidas inicialmente.5. Experimentación con el simulador informático, ejecutando el diseño experimental seleccionado previa-mente.6. Observación e interpretación de los resultados producidos por el simulador.7. Si los resultados refutan la hipótesis, entonces el estudiante debe emitir una nueva hipótesis y continuarla investigación a partir de ésta. En caso de que la hipótesis sea confirmada, el estudiante elabora sus pro-pias conclusiones.La labor del profesor durante las sesiones de trabajo del grupo experimental consiste en: a) resolver dudasacerca del enunciado de los problemas; b) facilitar al grupo de estudiantes la información que le ha sidosolicitada por más de un alumno; c) supervisar y orientar el trabajo de investigación de cada estudiante.Por otro lado, los estudiantes del grupo de control atienden a las explicaciones ofrecidas por el profesor ya continuación realizan los ejercicios y problemas correspondientes que propone el libro de texto de físicay química.El alumnado, tanto del grupo experimental como de control, dedica las dos últimas sesiones a cumplimen-tar los post-tests sobre conceptos de mecánica, procedimientos y actitudes científicas.CONCLUSIONESLa muestra de alumnos estudiada permite detectar una diferencia significativa entre el conocimiento con-ceptual adquirido por los estudiantes que realizan trabajos de investigación con simulador y los estudian-tes que siguen una metodología transmisiva. Los primeros consiguen un conocimiento de los conceptos demecánica newtoniana más próximo al conocimiento científico que los segundos.En cambio, el estudio realizado no detecta diferencias significativas entre estos alumnos con relación alconocimiento procedimental y actitudinal adquirido.La metodología basada en la realización de trabajos de investigación con ayuda de los simuladores, propi-cia la evolución de las creencias científicas del alumnado hacia un planteamiento más próximo al pensa-miento científico.4 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2005. NÚMERO EXTRA. VII CONGRESOAsimismo, se observa que los alumnos encuentran más dificultad en el desarrollo de las actividades deinvestigación con simulador que en la resolución de los problemas tradicionales. En consecuencia, la inter-vención del profesor es primordial para guiar al alumnado en su tarea investigadora.Por último, se constata que el proceso de cambio conceptual debe ser entendido como una evolución decategorías conceptuales. Los resultados de esta investigación indican que la mayoría de los estudiantes delgrupo experimental sustituye sus esquemas previos por otras concepciones alternativas más próximas alpensamiento científico. En cambio, el alumnado del grupo de control mantiene las mismas ideas previasiniciales.REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICASACEVEDO, J.A. y OLIVA, J.M. (1995). Validación y aplicaciones de un test de razonamiento lógico. Revista dePsicología General y Aplicada, 48(3), 339-351.DE JONG, T. y VAN JOOLINGEN, W.R. (1998). Scientific discovery learning with computer simulations of concep-tual domains. Review of Educational Research, 68, 2, 179-201.DILLASHAW, F.G. y OKEY, J.R. (1980). Test of the Integrated Science Process Skills for secondary science students.Science Education, 64(5), 601-608.GIL, D. y MARTÍNEZ-TORREGROSA, J. (1987). La resolución de problemas de Física. Una didáctica alternativa.Ministerio de Educación y Ciencia. Dirección General de Renovación Pedagógica.HIERREZUELO, J. y MONTERO, A. (1991). La ciencia de los alumnos. Su utilización en la Didáctica de la Física yQuímica. Vélez-Málaga: Editorial Elzevir.JIMOYIANNIS, A. y KOMIS, V. (2001). Computer simulations in physics teaching and learning: a case study on stu-dent's understanding of trajectory motion. Computers and Education, 36, 183-204.JONASSEN, D.H. (1996). Computers in the classroom: Mindtools for critical thinking. Englewood Cliffs, New Jersey:Prentice-Hall.PENICHET, A. y MATO, M.C. (1999). Las actitudes del alumnado de secundaria hacia las ciencias experimentales.Alambique. Didáctica de las Ciencias Experimentales, 22, Octubre, 9-16.PERALES, F.J., VÍLCHEZ, J.M. y SIERRA, J.L. (2004). Imagen y educación científica. Cultura y Educación, 16(3),289-304.REID, D.J., ZHANG, J. y CHEN, Q. (2003). Supporting scientific discovery learning in a simulation environment.Journal of Computer Assisted Learning, 19, 9-20.SIERRA, J.L. (2003). Estudio de la influencia de un entorno de simulación por ordenador en el aprendizaje por inves-tigación de la Física en Bachillerato. Tesis Doctoral. Universidad de Granada.SIERRA, J.L. y PERALES, F.J. (1999). Validation à petite échelle d’un environnement d’apprentissage par décou-verte fondé sur la simulation de phénomènes physiques, dans l’enseignement secondaire. Bulletin de l’Uniondes Physiciens, vol. 93, nº 814, 809-821.SIERRA, J.L. y PERALES, F.J. (2003). The effect of instruction with computer simulation as a research tool on open-ended problem solving in a Spanish physics classroom of 16-year-olds. Journal of Computers in Mathematics andScience Teaching, 22(2), 119-140.SIERRA, J.L., PERALES, F.J. y VÍLCHEZ, J.M. (2003). Proyectos de Investigación Educativa 1999 (Síntesis de lasmemorias): Estudio de la influencia en la mejora de la calidad de la enseñanza de la Física y Química en ESO yBachillerato de nuevas estrategias docentes basadas en el aprendizaje por descubrimiento y por investigación, uti-lizando programas informáticos de modelización y simulación de fenómenos físico-químicos. Consejería deEducación y Ciencia. Junta de Andalucía.

El aprendizaje de la Física en bachillerato : investigación con simuladores informáticos versus aula tradicional

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