Perales Palacios, F. Javier

Sierra, J.L.

Sierra, J. L.

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1ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2005. NÚMERO EXTRA. VII CONGRESOESTUDIO DE LA INFLUENCIA DEL PROGRAMADE SIMULACIÓN MOBILE EN EL APRENDIZAJEPOR INVESTIGACIÓN DE LA FÍSICA EN BACHILLERATOSIERRA1, J.L. y PERALES2, F.J.1 IES Hiponova. Montefrío. Granada.2 Departamento de Didáctica de las Ciencias Experimentales. Universidad de Granada. Palabras clave: Tecnología de la información y comunicación; Simulación por ordenador; Aprendizaje exploratorio.OBJETIVOS• Elaborar un programa informático de simulación fundamentado en la Didáctica de las CienciasExperimentales y en la ingeniería de software.• Diseñar actividades de investigación adecuadas para ser abordadas por el alumnado con ayuda del simu-lador didáctico.• Evaluar la eficacia de una metodología para la enseñanza de la mecánica newtoniana en bachilleratobasada en la realización de actividades de investigación por parte del alumnado con ayuda de un pro-grama informático de simulación y bajo la dirección del profesor.• Fomentar el aprendizaje cooperativo entre los estudiantes.• Introducir a los estudiantes de bachillerato en la cultura científica actual que concibe la simulación porordenador como una herramienta fundamental para la investigación y la experimentación. • Elaborar nuevos instrumentos de diagnóstico, tales como: un test de exploración sobre conceptos demecánica newtoniana, un cuestionario de evaluación de software educativo y una encuesta sobre el usoy el conocimiento del ordenador.MARCO TEÓRICOComo afirma Giordan (1999), una democracia exige a sus ciudadanos tener acceso a un nivel de conoci-miento científico suficiente, sobre todo en una sociedad hipertecnificada como la actual, que les permitaadoptar sus propias decisiones, así como formarse una opinión fundamentada acerca de los debates susci-tados en su comunidad.En consecuencia, la educación científica no puede limitarse a la adquisición de saberes puramente forma-les, sino que también debe procurar la adquisición de una actitud asentada en la capacidad de asombro, laconfianza en sí mismo y el espíritu crítico, así como de habilidades científicas experimentales. Esta preo-cupación por la alfabetización científica de los ciudadanos se ha concretado en España a través del Informede la Ponencia sobre la situación de las enseñanzas científicas en la educación secundaria, constituida en elseno de la Comisión de Educación, Cultura y Deporte 543/000012 (BOCG Senado nº 445 del 5 de junio de2002 y BOCG Senado nº 660 del 22 de mayo de 2003).2 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2005. NÚMERO EXTRA. VII CONGRESOA pesar de la creciente importancia concedida a la educación científica, los resultados ofrecidos en el infor-me PISA de 2000 y 2003 ponen de manifiesto cierto fracaso escolar en las disciplinas científicas, acompa-ñado de un creciente rechazo de los estudios científicos y de actitudes negativas hacia la ciencia. Las asig-naturas optativas y los itinerarios científicos son escogidos cada vez más por una minoría de estudiantes deeducación secundaria. Paradójicamente, durante los últimos años la ciencia viene despertando el interés de la ciudadanía, comose refleja en la gran aceptación de los museos interactivos de ciencia y la incorporación de contenidos cien-tíficos en la publicidad y la televisión. Por consiguiente, el papel preeminente desempeñado por la imagen dinámica en la actual sociedad delconocimiento puede y debe ser aprovechado para la alfabetización científica (Perales, Vílchez y Sierra,2004), especialmente mediante el uso en el aula de los programas informáticos de simulación de fenóme-nos físicos. Asumiendo que la educación científica debe facilitar a las personas una interpretación racional del mundoen el que viven, la simulación por ordenador facilita la puesta en relación de la realidad y los modelos cien-tíficos, entre lo concreto y lo abstracto. Asimismo, los simuladores didácticos permiten actividades demanipulación de modelos que favorecerán la adquisición de conocimientos conceptuales y procedimenta-les (Sierra, 2000; Sierra y Perales, 1999, 2003).Njoo y de Jong (1993) consideran el aprendizaje exploratorio como la metodología didáctica más adecua-da para que el alumnado resuelva pequeños trabajos de investigación con el apoyo del software de simu-lación. Sin embargo, los estudios sobre aprendizaje exploratorio con simulaciones por ordenador no infor-man de éxitos concluyentes. Njoo y de Jong identifican dos razones que justifican la relativa ineficacia delsimulador como recurso didáctico: en primer lugar, los procesos implicados en el aprendizaje exploratorioson difíciles para el alumnado, y por otra parte, éste no es tan activo como asumimos, por lo que, aunteniendo las destrezas necesarias, los alumnos no suelen aplicarlas.Esta situación puede ser superada si el simulador didáctico implementa determinadas medidas instructivas(White, 1998) relacionadas con: a) la graduación de la dificultad; b) la riqueza conceptual de los fenóme-nos representados y la variedad de propuestas de investigación para el alumno; c) las ayudas ofrecidas porel software y su opcionalidad.DESARROLLO DEL TEMAAunque en países de nuestro entorno cultural se han realizado distintas investigaciones con resultados dis-pares acerca del aprendizaje de la Física en educación secundaria con simuladores de fenómenos físicos, enEspaña son escasos los estudios sistemáticos en esta línea. Es por ello que esta investigación pretende evaluar la eficacia de la simulación por ordenador en el apren-dizaje adquirido por estudiantes de Bachillerato, tanto de contenidos conceptuales de mecánica newtonia-na como de procedimientos y actitudes científicas, en el contexto de un aula de ordenadores típica de uninstituto de educación secundaria. El modelo didáctico asumido en la investigación está basado en la resolución de problemas cualitativos yabiertos de mecánica newtoniana, concebidos como trabajos de indagación científica bajo la dirección ysupervisión del profesor.En esta situación de aprendizaje el ordenador presenta la dualidad de ser herramienta cognitiva de ayudaa la investigación, a la vez que laboratorio virtual donde el estudiante realiza sus investigaciones. El orde-nador actúa como mediador entre un modelo físico oculto y el estudiante, que desempeña un papel activo3ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2005. NÚMERO EXTRA. VII CONGRESOal controlar y servirse del software para descubrir por sí mismo a través de una estrategia de investigaciónguiada por el profesor.El programa de simulación Mobile que se utiliza en el aula, ha sido diseñado y desarrollado por el profe-sor tomando en consideración los fundamentos de la didáctica de las ciencias experimentales y la ingenie-ría de software. Básicamente, este programa constituye una versión evolucionada de Dinamic (Sierra,1997) que incorpora importantes mejoras técnicas y didácticas. Mobile simula el movimiento de hasta tres cuerpos simultáneamente, implementando distintos entornos desimulación con modelos físicos de distinta complejidad: unos permiten sólo el estudio cualitativo del fenó-meno físico y otros un análisis cuantitativo más avanzado.La actividad investigadora llevada a cabo por el estudiante con el simulador está dirigida mediante unasecuencia de problemas que el profesor previamente ha planteado e incorporado en la base de datos delsimulador. Asimismo, el alumno puede solicitar ayuda al programa para desarrollar su investigación. Independientemente del modelo físico asociado a la actividad planteada, todos los entornos de simulaciónofrecen al alumno la posibilidad de modificar distintas variables relevantes.El programa presenta dos áreas de trabajo:a) Entorno de diseño de actividades, accesible sólo al profesor mediante una clave, para elaborar las fichasde trabajo conteniendo los enunciados de los problemas, el tipo de simulador necesario y las ayudas querecibirá el alumno sobre la investigación a realizar.b) Entorno de usuario, accesible tanto al alumno como al profesor, que dispone de un ámbito experimen-tal y otro teórico:b.1) Cuaderno de Trabajo, donde el alumno podrá llevar a cabo distintas tareas, tales como: abrir unaficha de trabajo, escribir sus hipótesis acerca de los problemas, escribir sus conclusiones tras haberexperimentado con el simulador y grabar su cuaderno de trabajo.b.2) Laboratorio virtual, que constituye el simulador propiamente dicho, donde el alumno realiza susexperimentos para comprobar sus propias hipótesis de investigación. Este entorno experimentalofrece al alumnado imágenes dinámicas de interés didáctico, tales como: gráficos de magnitudes físi-cas en tiempo real, representaciones vectoriales y trayectoria del móvil. Con objeto de evaluar la eficacia didáctica del programa de simulación, las siguientes variables son diag-nosticadas entre el alumnado participante en la experiencia:• Conocimiento conceptual: obtenido a partir del test sobre conceptos de mecánica newtoniana diseñadopor el profesor (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 el profesor para evaluar el nivelde conocimiento del alumnado sobre distintos programas informáticos (Sierra, 2003).• 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.La experiencia educativa se desarrolla durante el curso académico 2002-03 en el IES Abdera de la localidadalmeriense de Adra, participando un grupo de 19 alumnos de primer curso de bachillerato. Inicialmente los alumnos se familiarizan con el simulador y cumplimentan los pre-tests conceptual, proce-dimental y actitudinal, así como los tests de conocimentos informáticos y de razonamiento lógico.Las actividades de investigación son realizadas por parejas de estudiantes con el programa Mobile.4 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2005. NÚMERO EXTRA. VII CONGRESOLas últimas sesiones son dedicadas a cumplimentar los post-tests conceptual, procedimental y actitudi-n a l .CONCLUSIONESLas observaciones efectuadas en el aula muestran que los estudiantes cuando se inician en la realización detrabajos de investigación y experimentan con el simulador tienden en ocasiones a modificar variables delfenómeno que no son relevantes para contrastar sus hipótesis. De ahí que los entornos informáticos desimulación, como Mobile, que implementan una diversidad suficiente de modelos físicos con distinto nivelde complejidad sean eficaces al orientar la actividad experimental del alumnado. Cada modelo implemen-tado en el programa se corresponde con una determinada pantalla informativa para el estudiante, de mane-ra que la secuencia de trabajos propuestos de investigación requiere que el alumno experimente con dis-tintos modelos de dificultad progresiva.Algunos alumnos reconocen ser incapaces de explicar ciertas observaciones efectuadas en la pantalla delordenador que refutan sus hipótesis iniciales acerca del fenómeno investigado. En estas situaciones, el pro-grama Mobile ofrece al alumno distintos niveles de ayuda específica para cada trabajo de investigación quese aborde.El conocimiento conceptual de mecánica newtoniana mejora significativamente tras la realización de lostrabajos de investigación con ayuda del simulador. Asimismo, se detecta una mejora significativa en la res-puesta de los estudiantes al 40 % de los ítems del cuestionario sobre conceptos de mecánica, así como unaevolución en las categorías de respuestas dadas que reflejaría una modificación de las ideas previas delalumnado.En cuanto al nivel de conocimiento procedimental, se detecta una mejora significativa tras la realizaciónde los trabajos de investigación con simulador. Asimismo, se detecta una mejora significativa en la res-puesta dada por los estudiantes a una tercera parte de los ítems del test sobre procedimientos.Aunque la actitud hacia la ciencia mejora tras la realización de los trabajos de investigación con simulador,esta diferencia no es estadísticamente significativa. No obstante, se observa una evolución de las creenciascientíficas del alumnado hacia un planteamiento más próximo al pensamiento científico.Por último, el estudio no detecta una influencia estadísticamente significativa del razonamiento lógico, elrendimiento académico y el conocimiento informático sobre los resultados.REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICASACEVEDO, J.A. y OLIVA, J.M. (1995). Validación y aplicaciones de un test de razonamiento lógico. Revista de PsicologíaGeneral y Aplicada, 48(3), 339-351.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.GIORDAN, A. (1999). Une Didactique pour les Sciences Expérimentales. Paris : Éditions Belin.NJOO, M. y DE JONG, T. (1993). Exploratory Learning with a computer simulation for control theory: Learning proces-ses and instructional support. Journal of Research in Science Teaching, 30 (8), 821-844.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.SIERRA, J.L. (1997). Dinamic: Un programa didáctico para la simulación en 2-D de la dinámica de una partícula con-finada bajo distintos campos de fuerza. Revista Española de Física, 11 (1), 57-59.SIERRA, J.L. (2000). Informática y enseñanza de las ciencias. En Perales, F.J. y Cañal, P. (Dirs.), Didáctica de lasCiencias Experimentales. Alcoy: Marfil.5ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2005. NÚMERO EXTRA. VII CONGRESOSIERRA, J.L. (2003). Estudio de la influencia de un entorno de simulación por ordenador en el aprendizaje por investi-gación 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 découvertefondé sur la simulation de phénomènes physiques, dans l’enseignement secondaire. Bulletin de l’Union desPhysiciens, 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-endedproblem solving in a Spanish physics classroom of 16-year-olds. Journal of Computers in Mathematics andScience Teaching, 22(2), 119-140.WHITE, B.Y. (1998) Computer Microworlds and Scientif Inquiry: An alternative approach to Science Education. EnFraser, B.J. y Tobin, K.G., Intenational Handbook of Science Education, 295-315. Kluwer Academic Publishers.

Estudio de la influencia del programa de simulación Mobile en el aprendizaje por investigación de la Física en bachillerato

http://ddd.uab.cat/pub/edlc/edlc_a2005nEXTRA/edlc_a2005nEXTRAp461estinf.pdf

Estudio de la influencia del programa de simulación Mobile en el aprendizaje por investigación de la Física en bachillerato

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