el uso de las simulaciones educativas en la enseñanza de
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UNIVERSIDAD DEL TURABO Escuela de Educación EL USO DE LAS SIMULACIONES EDUCATIVAS EN LA ENSEÑANZA DE CONCEPTOS DE CIENCIAS Y SU IMPORTANCIA DESDE LA PERSPECTIVA DE LOS ESTUDIANTES CANDIDATOS A MAESTROS por Edwin O. Crespo Ramos DISERTACIÓN Presentada como Requisito para la Obtención del Grado de Doctor en Educación con Especialidad en Currículo, Enseñanza y Ambientes de Aprendizaje Gurabo, Puerto Rico mayo, 2013 UNIVERSIDAD DEL TURABO CERTIFICACIÓN DE APROBACIÓN DE DISERTACIÓN La disertación de Edwin O. Crespo Ramos fue revisada y aprobada por los miembros del Comité de Disertación. El formulario de Cumplimiento de Requisitos Académicos Doctorales con las firmas de los miembros del comité se encuentra depositado en el Registrador y en el Centro de Estudios Doctorales de la Universidad del Turabo. MIEMBROS DEL COMITÉ DE DISERTACIÓN Rosita Puig Díaz, Ed.D Universidad del Turabo Presidenta del Comité de Disertación María González Rivera, Ed.D Departamento de Educación Pública Miembro Pedro Moreira Allende, Ed.D Universidad Interamericana de Puerto Rico Miembro Awilda Rosa Morales, Ed.D Empresa Privada Lectora Juana A. Mendoza Claudio, Ph.D Universidad del Turabo Lectora © Copyright, 2013 Edwin O. Crespo Ramos. Derechos Reservados. EL USO DE LAS SIMULACIONES EDUCATIVAS EN LA ENSEÑANZA DE CONCEPTOS DE CIENCIAS Y SU IMPORTANCIA DESDE LA PERSPECTIVA DE LOS ESTUDIANTES CANDIDATOS A MAESTROS por Edwin O. Crespo Ramos Dra. Rosita Puig Díaz Presidenta del Comité de Disertación Resumen Este estudio se dirigió a establecer las diferencias, si alguna, entre la enseñanza tradicional directa y la enseñanza constructivista que hace uso de simulaciones en computadora y su efecto en el aprendizaje de los candidatos a maestros. Además, identificar los cambios que se producen en las creencias de los candidatos a maestros sobre el uso de las simulaciones, como proveedoras de experiencias de aprendizaje constructivistas. En la búsqueda de este conocimiento, se utilizó el método cuantitativo enmarcado en un diseño cuasi experimental, en el que se usó, además, un enfoque descriptivo. El estudio se dirigió por dos hipótesis nulas y cinco preguntas. La muestra fue constituida por 29 estudiantes de una universidad privada del área metropolitana, en Puerto Rico y candidatos a maestros de escuela elemental, la cual se subdividió en dos grupos: experimental y control. Para recoger los datos se utilizaron dos instrumentos: pruebas y cuestionarios. Los datos cuantitativos se analizaron mediante la prueba t para muestras pareadas y prueba no paramétrica de Wilcoxon. Los resultados de las pre y pos pruebas no proveen iv suficiente evidencia para concluir que utilizar las simulaciones como herramienta de enseñanza sea más efectiva que la enseñanza de manera tradicional para lograr aprendizaje. El análisis de los resultados cuantitativos recopilados a través de las pruebas no permitió rechazar la hipótesis nula Ho1. Por otra parte, a través de las contestaciones a las preguntas de los cuestionarios, se evidencia una actitud positiva hacia las simulaciones y se reconoce su importancia como medio para desarrollar lecciones activas que promuevan el aprender haciendo. Luego de pasar por la experiencia de trabajar con las simulaciones todos los candidatos a maestros afirmaron estar muy convencidos de que las utilizarán como herramienta de enseñanza cuando estén ejerciendo como maestros. Ante estos resultados, la hipótesis nula Ho 2 fue rechazada. También se evidencia que los candidatos a maestros necesitan mejorar sus conocimientos sobre el uso de las simulaciones para desarrollar lecciones y otros aspectos relacionados con el proceso de enseñanza- aprendizaje al utilizarlas. La mayoría de los candidatos a maestros participantes del estudio manifestaron no estar siendo preparados sobre aspectos importantes relacionados al uso de las simulaciones como parte de su educación universitaria para ser maestro. v CURRICULUM VITAE Edwin Oscar Crespo Ramos Candidato a Doctor en Currículo, Enseñanza y Ambientes de Aprendizaje Concentración: Tecnología PREPARACIÓN ACADÉMICA 2013 Candidato a Doctor en Educación. Especialidad en Currículo, Enseñanza y Ambientes de Aprendizaje, Concentración: Tecnología. Universidad del Turabo. Escuela de Educación. Gurabo, Puerto Rico. 1994 Maestría en Educación. Especialidad en Currículo con Concentración en Biología. Universidad de Puerto Rico, Río Piedras. 1981 Bachillerato en Educación Secundaria con Concentración en Biología. Universidad de Puerto Rico, Río Piedras. EXPERIENCIA PROFESIONAL 2011- 2012 Departamento de Educación. Facilitador Docente Programa de Ciencias, Distrito Escolar de Yabucoa. 1981 - 2011 Maestro de Ciencias Distrito Escolar de Maunabo, Departamento de Educación Pública. 2010 - Hasta el presente Universidad Interamericana de Puerto Rico, Recinto de Fajardo. Profesor Capacitador Proyecto Alianza de Matemáticas y Ciencias (Proyecto MSP-II). 2010 - Hasta el presente Universidad del Este, Recinto de Carolina. Profesor Capacitador Proyecto Alianza de Matemáticas y Ciencias (Proyecto MSP-UNE). 2008 - 2010 Universidad de Puerto Rico, Humacao. Profesor Capacitador Proyecto Alianza de Matemáticas y Ciencias (Proyecto MSP-UPRH). 2006- 2008 Universidad de Puerto Rico, Humacao. Profesor Capacitador Proyecto Alianza de Ciencias y Matemáticas (AlaCiMa). vi DEDICATORIA A mis nietos Diego Oscar, Gabriela Camille, Natalia Zoé, Paloma del Mar; mis hijos Jonathan y Osqui. A Mary Tere, gran esposa y excelente compañera, quien me brindó todo el apoyo, tiempo y estímulo constante para que pudiera permanecer en carrera. Este trabajo, también, es dedicado a mis padres, en especial a mi madre, que con mucha voluntad y sabiduría, logró que permaneciera en mis estudios universitarios. vii AGRADECIMIENTOS Es meritorio y agradable reconocer a ese grupo de personas tan especiales, que de una forma u otra me brindaron su colaboración y esfuerzo para que este estudio se pudiera completar. En primer lugar agradezco a la Dra. Rosita Puig, excelente educadora y consejera, por guiarme y motivarme a través de este proceso y de mis estudios en el Programa Doctoral y por aceptar trabajar conmigo como presidenta de mi Comité, en un momento tan crucial. De igual manera, agradezco a la Dra. María González y al Dr. Pedro Moreira, quienes gentilmente aceptaron ser parte de mi comité y pusieron todo su empeño, dedicación y conocimientos para que pudiera terminar todo a tiempo. Gracias al Profesor y excelente ser humano, Julio Rodríguez, quien siempre ha estado disponible para extenderme su mano y colaborar conmigo durante toda mi carrera universitaria y profesional. A la Dra. Awilda Rosa, por sus consejos, ayuda y apoyo. A las doctoras Lissette Velázquez, Francis Figarella y Debbie Quintana, por sus comentarios y recomendaciones. A la Decana y al Profesor de la universidad donde me permitieron utilizar sus grupos para llevar a cabo la investigación y siempre estuvieron en la disposición de colaborar. Al grupo de profesores expertos que gentilmente participó en la revisión de los cuestionarios y las pruebas. A la Profesora Sonia Fontánez, por su excelente trabajo. A mi amada esposa Mary, por brindarme sus consejos, tiempo, comprensión y motivación constante para poder finalizar mi disertación. A todos, ¡Mil Gracias! y muchas bendiciones para su vida. viii TABLA DE CONTENIDO Página Lista de Tablas ........................................................................................................ xii Lista de Figuras....................................................................................................... xiv Lista de Apéndices .................................................................................................. xv Capítulo I—Introducción ....................................................................................... 1 Problema de Investigación ........................................................................................ 5 Propósito y Justificación ........................................................................................... 10 Formulación de Hipótesis ......................................................................................... 14 Preguntas de Investigación ........................................................................................ 14 Marco Teórico .......................................................................................................... 15 Aportación del Estudio.............................................................................................. 20 Limitaciones del Estudio ........................................................................................... 21 Definición de Términos ............................................................................................ 22 Capítulo II—Revisión de Literatura ...................................................................... 25 La Educación del Siglo XXI ..................................................................................... 25 Constructivismo y Tecnología ................................................................................... 28 Tecnología y Aprendizaje ......................................................................................... 31 La Enseñanza de Ciencias y la Tecnología ................................................................ 36 Las Simulaciones en la Enseñanza de Ciencias ......................................................... 39 La Tecnología en la Preparación de Candidatos a Maestros ....................................... 45 Capítulo III—Metodología ..................................................................................... 52 Justificación del Método ........................................................................................... 54 ix Diseño ...................................................................................................................... 55 Selección de la Muestra ................................................................................. 55 Criterios de Selección .................................................................................... 56 Descripción del Escenario de la Investigación ........................................................... 56 Instrumentos ............................................................................................................. 57 Pre prueba y pos prueba................................................................................. 57 Cuestionarios................................................................................................. 58 Fases de la Investigación ........................................................................................... 59 Estudio Piloto ................................................................................................ 60 Datos Cuantitativos estudio piloto ...................................................... 63 Datos Cuantitativos de los cuestionarios ............................................ 64 Limitaciones estudio piloto............................................................................ 71 Estudio Principal ........................................................................................... 71 Procedimiento para Realizar el Estudio ..................................................................... 72 Validez y Confiabilidad ................................................................................. 73 Procedimiento para la Recolección de los Datos........................................................ 74 Pre prueba y pos prueba................................................................................. 74 Cuestionarios................................................................................................. 75 Procedimiento para el Análisis de los Datos .............................................................. 76 Beneficios de la Investigación para la Sociedad ........................................................ 77 Beneficios de la Investigación para los Colaboradores .............................................. 78 Riesgo para los Participantes en esta Investigación ................................................... 78 x Capítulo IV—Presentación de los Hallazgos ......................................................... 80 Perfil de los Participantes del Estudio Principal ......................................................... 81 Presentación de los Hallazgos Cuantitativos .............................................................. 83 Presentación de los Hallazgos Descriptivos ............................................................... 88 Capítulo V—Discusión de los Hallazgos, Conclusiones y Recomendaciones ........ 99 Resumen ................................................................................................................... 100 Discusión de los Hallazgos ....................................................................................... 104 Conclusiones............................................................................................................. 107 Recomendaciones para Futuras Investigaciones ........................................................ 110 Beneficios de la Investigación para la Educación ...................................................... 112 Referencias .............................................................................................................. 115 xi Lista de Tablas Página Tabla 1. Descripción demográfica de los participantes del estudio piloto ............... 61 Tabla 2. Estadística descriptiva de la prueba antes y después ................................. 63 Tabla 3. Comparación de resultados de pre y pos prueba y ganancia de cada participante ...................................................................................... 64 Tabla 4. Resumen del nivel de conocimiento alcanzado en uso de simulaciones ............................................................................................ 65 Tabla 5. Criterios a considerar al seleccionar, utilizar y evaluar simulaciones para desarrollar lecciones constructivistas según los candidatos a maestros................................................................................................ 67 Tabla 6. Creencias de los candidatos a maestros sobre la utilización de las simulaciones para enseñar con un enfoque constructivista........................ 69 Tabla 7. Ventajas y desventajas del uso de las simulaciones según los candidatos a maestros .............................................................................. 70 Tabla 8. Diferencias entre los grupos en contestaciones a ejercicios de mayor dificultad de las pruebas ................................................................ 84 Tabla 9. Estadísticas descriptivas de la prueba antes y después .............................. 85 Tabla 10. Resultados prueba Wilcoxon para pre prueba y pos prueba grupos control y experimental .................................................................. 88 Tabla 11. Contestaciones a la aceptación de simulaciones como herramienta de enseñanza ........................................................................ 89 xii Tabla 12. Criterios a considerar al seleccionar, utilizar y evaluar simulaciones para desarrollar lecciones constructivistas según los candidatos a maestros .............................................................................. 92 Tabla 13. Creencias de los candidatos a maestros sobre la utilización de las simulaciones para enseñar con un enfoque constructivista .................. 94 Tabla 14. Ventajas y desventajas del uso de las simulaciones según los candidatos a maestros .............................................................................. 96 xiii Lista de Figuras Página Figura 1: Resultados de pre prueba y pos prueba grupo control (A) ........................ 86 Figura 2: Resultados de pre prueba y pos prueba grupo experimental (B) ............... 87 Figura 3: Nivel de conocimiento alcanzado en el uso de las simulaciones como parte de su preparación para ser maestros ....................................... 90 xiv Lista de Apéndices Página Apéndice A Instrumento: Pruebas ......................................................................... 132 Apéndice B Instrumento: Cuestionario Pre Tratamiento ........................................ 139 Apéndice C Instrumento: Cuestionario Pos Tratamiento ........................................ 144 Apéndice D Lecciones con Simulaciones .............................................................. 148 Apéndice E Lecciones Tradicionales ..................................................................... 157 Apéndice F Hojas Informativas............................................................................. 164 Apéndice G Aprobación IRB ................................................................................. 170 Apéndice H Solicitud de Autorización a Universidad ............................................ 173 Apéndice I Autorización de la Universidad .......................................................... 175 Apéndice J Autorización Universidad de Colorado .............................................. 176 Apéndice K Coeficiente alfa Cronbach Estudio Piloto ........................................... 177 Apéndice L Coeficiente alfa Cronbach Estudio Principal ...................................... 178 xv Capítulo I Introducción El comienzo del Siglo XXI se ha caracterizado por grandes y acelerados cambios científicos y tecnológicos. Esos cambios dramáticos han impactado directamente la manera en que se realizan muchas actividades del diario vivir. La rapidez y propagación de los cambios tecnológicos han tenido un impactado directo en las comunicaciones, así como también en los negocios, la educación, la transportación, el entretenimiento, la manera en que se puede acceder a la información, al igual que en los niños y jóvenes 1. La nueva generación está muy ligada y familiarizada con el uso y manejo de la tecnología. Por tales razones, algunos la han llamado La Era de la Información, La Era de los Nativos Digitales o Generación Digital (Gauchat, 2010; Reigeluth, Watson, Dutta, Chen & Powell, 2008; Roberts, 2005; Oblinger, & Oblinger, 2005). En relación a esos cambios tecnológicos, se distinguen aquellos asociados con las nuevas Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (de ahora en adelante TIC's), los cuales han impactado significativamente a la educación formal. El uso de la tecnología es una necesidad en la sociedad y ser literato en tecnología no es un lujo, es una destreza esencial para que los niños puedan desempeñarse exitosamente en los diversos escenarios de trabajo (González, 2010). La era industrial ha dado paso para convertirse en la era informacional; y la escuela, basada en los estándares de la producción, está llamada a ser la escuela fundamentada en la información y el conocimiento (Barberá, 2004). Los sistemas educativos de todo el mundo enfrentan el desafío de utilizar las nuevas tecnologías de la información y la comunicación a los fines de proveer a sus Para propósito de carácter legal, el uso de los términos maestros, profesor, estudiante y cualquier otro que pueda hacer referencia a ambos géneros, incluye tanto el masculino como el femenino. 1 1 alumnos las herramientas y conocimientos necesarios para el Siglo XXI (Baslanti, 2006). Muchos países están involucrados en iniciativas que intentan transformar el proceso de enseñanza-aprendizaje con el objetivo de preparar a los estudiantes a que formen parte de la sociedad de la tecnología y la información (Baslanti, 2006). Una de las razones del apogeo de estas iniciativas es porque la innovación tecnológica ha demostrado aumentar la economía, los ingresos y los empleos, lo que ha provocado que muchos países traten de actualizarse para poder cosechar los beneficios asociados (De Ferranti, Perry, Gill, Guasch, Maloney, Sánchez-Páramo & Schady, 2003). Un ejemplo de esto son los países que comprenden la región desde Canadá hasta Costa Rica. Los gobiernos de estos países, a los fines de actualizarse, han integrado la tecnología como pieza clave para educar a los estudiantes, de manera que se conviertan en protagonistas de una economía global (Constance, 2009). Por esto, según Constance (2009), han implementado programas para conectar sus escuelas a la Internet y proveer computadoras a tantos estudiantes como sea posible. Las escuelas y las universidades son responsables de preparar profesionales y ciudadanos capaces de utilizar de manera eficiente las TIC's (Barreto, 2008). Educadores en todas las disciplinas y niveles deben trabajar para encontrar nuevos métodos de enseñanza e incorporar la tecnología de forma más efectiva para fomentar el desarrollo de las destrezas que la nueva generación necesita de acuerdo a los cambios que están ocurriendo (Gauchat, 2010; Ozer, 2010). Debido a estos acelerados cambios, los educadores reconocen que para enseñar con creatividad necesitan cambiar el formato de sus lecciones (basadas en la transmisión de información) hacia procedimientos que ayuden a los estudiantes a construir un entendimiento significativo (Chanling, Hong, J-C, Hong, J- 2 S., Chang, & Chu, 2006). A estos fines, existe una gran variedad de herramientas tecnológicas que pueden ser integradas al proceso de enseñanza de cualquier asignatura y nivel escolar o universitario. Los hardware, software y la Internet son las herramientas principales que han impactado la educación (Hackworth, 2010). Las TIC’s ofrecen un variado espectro de herramientas que pueden ayudar a transformar las clases actuales—centradas en el maestro, aisladas del entorno y limitadas al libro de texto—en entornos ricos en conocimiento, interactivos y centrados en el alumno (UNESCO, 2004). De esta manera, se pueden modificar las estrategias y técnicas de enseñanza que propicien un mejor aprovechamiento académico de los estudiantes. En momentos en que la literacia en tecnología se ha convertido rápidamente en una de las destrezas básicas de la enseñanza y con el aumento en la disponibilidad de recursos tecnológicos en las escuelas y los salones, se hace necesario que los maestros estén preparados para su integración (Cooper, 2006). Un componente esencial para preparar a los estudiantes en el uso de la tecnología son los maestros, quienes deben utilizarla como herramienta en el proceso de enseñanza-aprendizaje y de esa forma moverse al ritmo que requiere la nueva era del conocimiento y la información (Bonilla, 2004; Petras; 2010). Es necesario, entonces, que los maestros estén conscientes de la necesidad de integrar de manera efectiva la tecnología en el salón de clases y que se encuentren preparados y motivados para utilizarla. En investigaciones realizadas en Puerto Rico, por Villalobos (2003), Bayuelo (2004) y Barreto (2008), los resultados reflejan la actitud positiva que presentan los maestros hacia la integración de la tecnología en el proceso de enseñanza. Por ejemplo, según Bayuelo (2004) en el estudio realizado por Villalobos (2003), los maestros 3 informaron una intención favorable de integrar la computadora en los procesos de enseñanza y aprendizaje. Además, los maestros reconocieron que la preparación formal en computadoras es importante para ejercer su profesión. Asimismo, en el estudio de Bayuelo (2004), se examinaron y compararon las actitudes de los candidatos a maestros de ciencias y de los maestros de ciencias en servicio acerca de la utilización de las herramientas computadorizadas en las clases. Los hallazgos evidenciaron actitudes positivas y muy parecidas para ambos grupos hacia el uso de las herramientas computadorizadas en las clases de ciencias. El estudio, también, permitió identificar cómo los maestros utilizan las herramientas tecnológicas en las clases de ciencias. En la investigación de Barreto (2008), se demostró que con el uso de las TIC´s se facilitó que los maestros participantes mejoraran sus procesos de organizar los contenidos, las destrezas, las estrategias, los métodos y las técnicas de enseñar. Además, los maestros afirmaron que sus estudiantes demostraron más motivación, participación y aprendizaje a la vez que desarrollaron destrezas científicas y tecnológicas. Por medio de la tecnología, se puede proveer experiencias que de otra manera no son posibles, tales como: excursiones virtuales, video conferencias con expertos y muchas otras (González, 2010). Como ejemplo de este tipo de modalidades de enseñanza, que han sido puestas al alcance de los maestros de ciencias y que permiten trabajar con el contenido de diferentes maneras, se encuentran las simulaciones educativas y los laboratorios virtuales. A través de las mismas, los estudiantes pueden disfrutar de actividades y experiencias representativas de la realidad, que de otra manera no podrían experimentar por tratarse de actividades de alto riesgo y complejidad. Los educadores que apoyan el uso 4 de laboratorios virtuales afirman que los estudiantes tienen la oportunidad de realizar actividades que serían imposible de llevar a cabo de manera tradicional por razones de tiempo, costo, uso de sustancias peligrosas, o por seguridad (Hackworth, 2010). Según Hackworth, a través de la participación en laboratorios virtuales, los estudiantes pueden desarrollar su pensamiento crítico. Incluso, las simulaciones ayudan a incrementar la autenticidad del programa de aprendizaje, porque lo hace más transmisible y motivador (Rosenberg, 2002). Comenta Rosenberg que, a través de las simulaciones, se puede sumergir a los aprendices en situaciones que realmente permitan probar lo que saben, lo que pueden hacer y cómo ellos piensan que debe hacerse. Muchas simulaciones desarrollan las destrezas de toma de decisiones, un aspecto muy importante del pensamiento y de la resolución de problemas (Cooper, 2006). Sin embargo, la literatura indica que el éxito del uso de las simulaciones educativas, en la educación en ciencias, depende de cómo los maestros la incorporan en el currículo y cómo la utilizan (Sahin, 2006). Problema de Investigación En la última década del Siglo XX y la primera del Siglo XXI, la forma como se enseña y se aprende ha sufrido cambios significativos, por lo cual existe la necesidad de preparar currículos atemperados a la dinámica de la sociedad actual. Los sistemas educativos enfrentan el desafío de transformar el currículo y el proceso de enseñanzaaprendizaje para brindar a los alumnos las habilidades que le permitan funcionar de manera efectiva en un ambiente rico en información y en constante cambio (UNESCO, 2004, p.18) Los cambios tecnológicos y las demandas de los estudiantes son fuerzas que estimulan a las instituciones educativas a revisar sus procesos para satisfacer la demanda 5 por una educación alineada a las necesidades de los estudiantes del nuevo milenio (Bonilla, 2004). Como consecuencia, las escuelas del Siglo XXI necesitan reestructurar sus ambientes de aprendizaje y un componente clave, en ese proceso, es que los estudiantes y los maestros utilicen la tecnología como herramienta en el proceso de enseñanza aprendizaje (Bonilla, 2004; McNeely, 2005; Hackworth, 2010; Petras, 2010). Es imprescindible, entonces, que los sistemas educativos, en especial los maestros, revisen su metodología y estrategias de enseñanza para atemperarlas a la realidad social que los rodea. Las nuevas herramientas tecnológicas han propiciado diferentes alternativas para educar a la nueva generación en el desarrollo de destrezas tecnológicas que le permita ser más competitiva en su vida diaria. En la tecnología, los maestros han encontrado nuevas vías para mejorar la enseñanza y por consiguiente el aprendizaje de los estudiantes (Maza, 2010). En la educación en ciencias, la tecnología ha tenido una especial y profunda influencia (Hackworth, 2010). Para Hackworth, los maestros de ciencias enfrentan el reto de educar a una generación bombardeada por la tecnología. Al respecto, Roberts (2005) afirma que la mayoría de los estudiantes, de la llamada Generación NET, nunca han conocido una palabra sin computadora, los videos juegos altamente interactivos y los teléfonos celulares. Ante dicha realidad, los salones de clases deben actualizarse mediante el uso de las herramientas tecnológicas que les son familiares a los estudiantes. En la era de la tecnología, de los mensajes de texto, del acceso inmediato a la información y a otros individuos, no debe sorprender que los estudiantes estén aburridos en el típico salón de 6 clases cuando confrontan opciones limitadas para acceder la información y conectarse con otros, incluyendo al maestro (Ozer, 2010). Las lecturas y otros tipos de enseñanza pasiva son la antítesis del aprendizaje que necesitan los estudiantes del Siglo XXI (Ozer, 2010). En el caso Puerto Rico, el Departamento de Educación en sus documentos curriculares, tales como los Estándares, 2007 y Marco Curricular de Ciencias, 2003, promueve el uso de la tecnología en las clases. Para los funcionarios del Departamento de Educación de Puerto Rico, es prioritario que los estudiantes posean los conocimientos en tecnología que les permitan enfrentar y solucionar con éxito los retos de la sociedad en la cual se desempeñan (DEPR, 2003b). Inclusive, el Marco Curricular del Programa de Ciencias, tiene como una de sus metas “el contribuir a la formación de un ser humano que posea cultura científica y un conocimiento tecnológico que lo capacite para ser responsable consigo mismo, eficaz en el mundo del trabajo y que contribuya positivamente a la sociedad…” (p. 9). El Programa de Ciencias toma en consideración el desarrollo actual de la tecnología basada en la computadora (computadora, programas, multimedios, Internet, simulaciones, bancos de datos, bibliotecas electrónicas, etc.), ya que tiene un efecto directo en la sociedad y por ende en la educación (DEPR, 2003b, p. 41). Según se establece en dicho documento, “las nuevas tecnologías han introducido una nueva dimensión al desarrollo de conceptos y destrezas de ciencias, a la vez que permiten realizar experimentos que hace una década atrás no se pensaba que los estudiantes de escuela intermedia o superior podían realizar” (p. 41). Al utilizar las nuevas tecnologías, los maestros pueden proveerles a los estudiantes experiencias que nunca antes podrían llevarse a cabo, tales como: laboratorios con 7 sustancias peligrosas o de alto costo, excursiones virtuales a un ecosistema de difícil acceso, viajes espaciales y muchos otros. Además, se pueden utilizar esas herramientas tecnológicas para atender temas que han quedado rezagados en el currículo debido, principalmente, a la falta de materiales, facilidades adecuadas, y equipos de laboratorios especializados. A su vez, con la utilización de actividades virtuales en computadoras se pueden incluir más experiencias de laboratorio con un enfoque constructivista y de aprender haciendo, sin tener que realizar actividades que en muchas ocasiones resultan muy complejas y de alto riesgo. Mediante el uso de medios tecnológicos y el desarrollo de actividades que representen la realidad con la mayor fidelidad posible, se pueden superar algunas de las barreras que dificultan la enseñanza de esos temas. Además, se puede captar más la atención y el interés de los estudiantes, cuyas expectativas han sido alteradas por la inmersión en la tecnología (Gauchat, 2010). Para la National Science Teachers Association (NSTA), la tecnología es parte importante del aprendizaje científico (González, 2010). Según González, las agencias nacionales y estatales de educación reconocen la importancia de la tecnología y han creado estándares que requieren su inclusión como parte del currículo, basado en el impacto que tienen en el mundo de hoy. Entre la gama de valiosas herramientas que se pueden utilizar en la enseñanza de ciencias, se encuentran las simulaciones, las cuales permiten presentar una gran cantidad de conceptos que son abstractos y que no pueden ser presentados de manera concreta (DEPR, 2003b, p. 40), de observar problemas del mundo real e interactuar con ellos (Sahin, 2006). En diferentes estudios, citados en el documento del Marco Curricular del 8 Programa de Ciencias, tales como los de Contolini (1996) y Rueter & Perrin (1999), se demuestra que tanto las simulaciones convencionales como las que incorporan la tecnología son útiles para el desarrollo de conceptos abstractos. Por ejemplo, el Marco Curricular del Programa de Ciencias del Departamento de Educación de Puerto Rico (2003) establece: las simulaciones desarrollan las destrezas de hacer predicciones y someter a prueba las mismas, de diseñar experimentos controlando variables y ver relaciones de causa-efecto, de desarrollar el pensamiento analógico transfiriendo el conocimiento de lo aprendido en la simulación a la situación real, y, al mismo tiempo, entendiendo las limitaciones de la simulación (p. 41). Sin embargo, aunque las simulaciones se han utilizado desde la década del ‘60, las investigaciones en cuanto a la efectividad de las mismas, como ayuda en el proceso de enseñanza, se mantienen limitadas (Washbush & Gosen, 2001 citado en Mathews, 2007). Por otro lado, Hwang (2006) indica que no existe evidencia universal de la efectividad y eficiencia de las simulaciones en computadoras porque algunos estudios han demostrado efectos positivos y otros no han encontrado ninguna ventaja de su uso. Afirma Hwang, que las causas para las discrepancias en los hallazgos en las investigaciones son numerosas, pero sobresalen tres grandes áreas: apoyo pedagógico inadecuado, falta o defecto en el diseño de la simulación y destrezas de aprendizaje inadecuadas. De la misma manera, Smetana (2008) establece que las investigaciones realizadas por las pasadas tres décadas sugieren que las simulaciones en computadora se pueden utilizar para mejorar la efectividad en la enseñanza de ciencias. Sin embargo, la autora señala que el éxito de las mismas no está garantizado, ya que pueden ser efectivas si se 9 utilizan apropiadamente. En relación a los planteamientos anteriores, Lunce (2006) afirma que la efectividad de las simulaciones educativas en la enseñanza de ciencias es un tópico de continuo debate en la literatura. A su vez, en Puerto Rico hay poca investigación desarrollada sobre la utilización de actividades virtuales (Orama, 2005) como las simulaciones en la enseñanza de conceptos de ciencias, así como en la implantación de plataformas educativas y sistema de enseñanza electrónica en los procesos de enseñanza y aprendizaje (Colón, 2009). En la revisión de literatura, no se encontraron muchas investigaciones relacionadas a los efectos que puedan o no tener el uso de las simulaciones en la enseñanza de las ciencias. Ante la falta de investigaciones, surgieron interrogantes como las siguientes: (a) ¿Cómo se relaciona el aprendizaje significativo con el uso de las simulaciones instruccionales o educativas?, (b) ¿Aprenderán más los estudiantes utilizando simulaciones educativas que sin el uso de las mismas?, (c) ¿En qué lecciones o temas deben utilizarse las simulaciones?, (d) ¿Cómo integrar las simulaciones con un enfoque constructivista?, (e) ¿Cómo perciben los maestros en servicio el uso de las simulaciones en la enseñanza de ciencia?, (f) ¿Existen razones válidas para convencer a los maestros de que integren estas herramientas en el proceso de enseñanza y aprendizaje?, entre muchas otras. Propósito y Justificación Como resultado de la inversión significativa que se ha utilizado en hardware, software e infraestructura, es necesario evidenciar los resultados o el impacto de la integración de la tecnología en el proceso enseñanza en los salones de clase de K-12 (Barron, Kemker, Harmes & Kalajdjian, 2003). En la revisión de la literatura, se observa que la integración de la tecnología en el proceso de enseñanza aprendizaje no ha obtenido 10 los resultados deseados y que los maestros no se han preparado de la forma adecuada para integrarla como herramienta que propicie el análisis de datos, la exploración y otras destrezas de alto nivel de pensamiento (DiPietro, 2004). Por otra parte, la UNESCO (2004, p.65) señala que los planes de estudios para preparar futuros maestros, generalmente, abundan en la pedagogía y en estrategias para presentar los contenidos; sin embargo, a menudo, no se refieren a cómo integrar las herramientas tecnológicas para apoyar dicho aprendizaje. Los candidatos a maestros y los maestros necesitan apoyo, conocimientos, modelos y herramientas que les faciliten el poder integrar la tecnología de forma efectiva. Esto ha sido evidenciado en distintas investigaciones. Al respecto, Koc y Bakir (2010) afirman que las investigaciones han demostrado que los candidatos a maestros son proficientes en el uso de tecnologías básicas como word, e-mail, aplicaciones de práctica y presentaciones, pero no están familiarizados con herramientas más avanzadas como las simulaciones y aplicaciones para resolver problemas, entre otras. Los resultados de la investigación de Koc y Bakir sugieren que los candidatos a maestros no son adiestrados adecuadamente para integrar la tecnología de manera efectiva y por consiguiente la utilizan dentro de un modelo de enseñanza y aprendizaje objetivista (los conocimientos son transmitidos a través de la tecnología y adquirido por los alumnos) y no llevan a los estudiantes a alcanzar los niveles más altos de pensamiento. Estos autores afirman que no importa cuánta tecnología es llevada a los salones, esto no asegura una integración efectiva y que los maestros deben ser adiestrados tanto en los aspectos técnicos como pedagógicos relacionados a la implantación de la tecnología para lograr que los estudiantes aprendan. 11 Esto también se evidencia en el trabajo realizado por Hixon y So (2009), el cual demostró que los candidatos a maestros con frecuencia fallan en integrar la tecnología en sus experiencias debido a la complejidad y las dificultades pedagógicas. Señalan que en muchos estudios se sugiere que la tecnología por sí sola no hace que las experiencias educativas sean efectivas y que las consideraciones para el diseño e implantación son aspectos críticos para lograr alcanzar las metas al integrar la tecnología. Para dichos autores, un aspecto importante y crítico en la preparación de maestros de alta calidad es proveerle a los futuros maestros oportunidades para observar e interactuar en un ambiente real o simulado de la sala de clases (Hixon & So, 2009). A tenor con lo antes expuesto, el propósito de esta investigación fue documentar el efecto que las simulaciones educativas pueden tener en el aprendizaje de los candidatos a maestros participantes. Además, identificar los cambios que se producen en las creencias de los participantes sobre el uso de las simulaciones, como proveedoras de experiencias de aprendizaje constructivistas. Los resultados de esta investigación pueden proveer evidencia empírica sobre el rol de las simulaciones educativas con un enfoque constructivista en el aprendizaje de los candidatos a maestros y de los cambios que ocurren en sus creencias sobre el uso de las mismas. El investigador estima que este estudio es un paso motivador para que los maestros que ofrecen clases de ciencias incorporen las simulaciones de manera constructivista en su proceso de enseñanza-aprendizaje, especialmente, en temas que son difíciles de enseñar por diferentes razones, como lo son la falta de materiales y equipo o por los riesgos que conlleva. De acuerdo con Park y Ertmer (2007), a través de experiencias auténticas, los candidatos a maestros desarrollan un mejor entendimiento de prácticas constructivistas, 12 están mejor preparados para implantar métodos constructivistas y llevar a cabo reflexiones con sentido sobre la naturaleza de la enseñanza y el aprendizaje. Aunque en la primera década del Siglo XXI se ha incrementado el uso de las herramientas tecnológicas en los cursos de ciencias de las escuelas y universidades, en Puerto Rico no se han realizado suficientes estudios o investigaciones que puedan determinar la efectividad del uso de las mismas en el aprendizaje de los participantes, específicamente, con un enfoque constructivista. Es necesario desarrollar y experimentar con diferentes estrategias y herramientas tecnológicas que faciliten la discusión de temas que contribuyan a mejorar el aprovechamiento y la actitud de los estudiantes hacia las ciencias. En el Estudio de Necesidades de Temas de Investigación, que realizó el Departamento de Educación de Puerto Rico en el 2002, se evidenció que los temas que son necesarios estudiar en el sistema son: la utilización de la tecnología en la sala de clases, su efecto en el aprovechamiento académico, la integración de la tecnología como estrategia educativa y la preparación de las escuelas para la integración tecnológica (Bayuelo, 2004). Por su parte Barreto (2007) señala que en Puerto Rico, existe la necesidad de estudiar los procesos de integración de tecnología desde diferentes perspectivas: desde las experiencias personales de los maestros; desde las experiencias de los estudiantes; desde el funcionamiento del programa de desarrollo profesional; desde la perspectiva de una iniciativa en un núcleo escolar. Para que la educación pueda explotar al máximo los beneficios de las TIC’s en el proceso de aprendizaje, es esencial que tanto los futuros maestros como los maestros en servicio dominen el uso de las herramientas tecnológicas (UNESCO 2004, p. 5). Es así 13 que la UNESCO recomienda que una manera de modelar las mejores prácticas educativas es ofreciendo a los futuros maestros experiencias directas de aprendizaje asistido por las TIC’s, donde asuman el papel del alumno (p. 185). Esta realidad y necesidad fueron determinantes y sirvieron de base para esta investigación. Formulación de Hipótesis Los trabajos de esta investigación fueron dirigidos por dos hipótesis nulas. A saber: Ho 1 No existen diferencias significativas en el aprendizaje de conceptos de ciencias entre los candidatos a maestros que utilizan las simulaciones educativas en computadoras y los que son enseñados de manera tradicional. Ho 2 No se producen cambios en las creencias y prácticas de enseñanza de los candidatos a maestros luego de su participación con las simulaciones educativas como técnica para integrar la tecnología de manera constructivista. Esta investigación se dirigió a establecer las diferencias que existen, si alguna, entre la enseñanza tradicional directa y la enseñanza constructivista, que hace uso de simulaciones en computadora y su efecto en el aprendizaje de los estudiantes. También, se investigaron otros posibles efectos del uso de las simulaciones como técnica de enseñanza en las creencias y prácticas de los candidatos a maestros. Preguntas de Investigación Con el objetivo de cumplir con el propósito de la investigación, las siguientes preguntas sirvieron de guía en el desarrollo del estudio: 1. ¿Cuán efectivas son las simulaciones educativas en computadoras para lograr el aprendizaje de conceptos de ciencias versus la enseñanza tradicional? 14 2. ¿Qué evidencia de cambios ocurren en las prácticas de enseñanza y aprendizaje de los candidatos a maestros cuando utilizan las simulaciones en el desarrollo de lecciones de ciencias con un enfoque constructivista? 3. ¿Cuáles son los criterios a considerar al seleccionar, utilizar y evaluar simulaciones para desarrollar lecciones constructivistas desde la perspectiva de los candidatos a maestros participantes? 4. ¿Cómo las experiencias pedagógicas utilizando simulaciones provoca cambios en las creencias de los candidatos a maestros con respecto al uso de las simulaciones con un enfoque constructivista? 5. ¿Cuáles son las ventajas y desventajas que los candidatos a maestros señalan sobre el uso de simulaciones educativas en el proceso de enseñanza-aprendizaje de conceptos de ciencias? Marco Teórico A través de la historia, el desarrollo de la educación formal se ha fundamentado sobre diversas filosofías y teorías educativas, que han dirigido el quehacer educativo en las diferentes sociedades. La educación ha sido concebida, en diferentes épocas, como un proceso que permite preparar al ser humano a desarrollar al máximo sus capacidades. La forma en que se visualice o conciba al ser humano, establece la diferencia en cuanto a cómo se dirigirá el proceso. De acuerdo con el Proyecto de Renovación Curricular del Departamento de Educación (2003a, p. 17), la educación a nivel mundial y, por ende en Puerto Rico, ha sido influenciada por lo general en dos teorías de aprendizaje: la teoría conductista y más recientemente la teoría cognitiva. Para los conductistas, el aprendizaje ocurre como 15 resultado de estímulos externos por lo que la conducta que exhibe una persona es el resultado de los estímulos del ambiente (Rivas, 2005). La función de la escuela es preparar ambientes de aprendizaje con estímulos específicos para producir la conducta o el comportamiento deseado (DEPR, 2003a, p. 17). La teoría conductista parte del supuesto de que el estudiante no tiene conocimiento de lo que se le va a enseñar o que si lo tiene, no es importante para el nuevo aprendizaje el cual es el conjunto de conductas reforzadas por estímulos y recompensas (DEPR, 2003b, p. 25). Esta teoría visualiza al estudiante como un mero receptor de conocimientos (Aguirre, 2001, p. 8). Por otro lado, la teoría cognitiva establece que desde el punto de vista del aprendizaje, el conocimiento es el producto de la interacción del individuo y su ambiente, lo cual permite al estudiante construir su propio conocimiento (DEPR, 2003a, p. 17). El paradigma interaccionista-cognoscitivista plantea que el aprendizaje es un proceso activo de la transformación de estructuras y funciones que se reflejan en el comportamiento del ser humano (Rivas, 2005). Según Good y Brophy (1983), los teóricos de tendencia cognoscitiva no aceptan que el aprendizaje pueda darse a partir de la manipulación sistemática externa y sostienen que los sujetos no solamente deben regular su ritmo y secuencia de aprendizaje, sino que necesariamente los controlarán. Aguirre (2001) indica que en el constructivismo, el aprendizaje no ocurre de manera lineal porque el aprendiz construye nuevos conocimientos a partir de sus experiencias previas (p. 9). Para Aguirre, el constructivismo percibe el aprendizaje como un proceso activo que va más allá de la acumulación de conocimientos aislados en el que el aprendiz está recibiendo información, interpretándola, conectándola a lo que ya conoce. Asimismo, la UNESCO (2004) establece características del constructivismo, tales como: 16 (a) el alumno construye conocimiento; (b) el aprendizaje es una interpretación personal de la experiencia; (c) el aprendizaje es activo, cooperativo y situado en un contexto real; y (d) la evaluación del aprendizaje está integrada dentro del contexto del aprendizaje mismo ( p. 224). En la enseñanza constructivista, el aprendizaje es visto como un proceso de construcción de significados que se lleva a cabo con contextos sociales, culturales, históricos y políticos (UNESCO, 2004, p. 30). De acuerdo con la UNESCO, en un ambiente de aprendizaje constructivista, los alumnos: (a) construyen su propio aprendizaje mediante un proceso que implica probar la validez de ideas y enfoques de acuerdo a sus conocimientos y experiencias previas, (b) aplican sus ideas y enfoques a tareas nuevas, contextos y situaciones, (c) integran el nuevo conocimiento resultante a los constructos intelectuales preexistentes, (d) brinda oportunidades para que los alumnos puedan estar en contacto con múltiples perspectivas y (e) enfatiza la evaluación real del proceso de aprendizaje, en lugar de las pruebas tradicionales de lápiz y papel. El enfoque constructivista requiere mantener a los estudiantes en trabajos de proyectos complejos, a menudo en grupos y a menudo en diferentes grupos trabajando en proyectos diferentes (Di Pietro, 2004). De acuerdo a Di Pietro, los estudiantes aprenden destrezas y conceptos en el contexto de utilizarlas para hacer algo, como un proyecto. La meta es que el alumno construya su propio aprendizaje. Por lo tanto, el maestro tiene que cambiar su rol conductista y servirle de apoyo al alumno para que este pueda desarrollar sus habilidades cognitivas de pensar y razonar. La perspectiva constructivista está fundamentada en las investigaciones de Piaget, Vygotsky, los psicólogos de la Gestalt, Bartlett y Brunner, así como la del filósofo John 17 Dewey, entre otros grandes intelectuales (Pimienta, 2005). El conocimiento ocurre cuando el aprendiz trata de entender su mundo, mediante la construcción de sus propios significados y explicaciones (DEPR, 2003a, p.18). De esos principios fundamentales, surge la visión constructivista, que enmarca actualmente la enseñanza en el Programa de Ciencias del Departamento de Educación de Puerto Rico (DEPR, 2003b, p.25). Jonassen y Roher-Murphy (1999) sostienen que los ambientes educativos que utilizan las nuevas tecnologías tienen un aspecto constructivista porque le permiten al estudiante integrar nuevas ideas a su conocimiento previo, lo que a su vez le da sentido y significado. De acuerdo con Lucena (2002), bajo el nuevo enfoque constructivista del uso de la tecnología, se enfatiza que el estudiante use la misma para expresar, experimentar y representar lo aprendido de forma creativa. Afirma la autora, que la computadora utilizada como herramienta cognitiva apoya la construcción del conocimiento, la representación de ideas y creencias, la exploración, la búsqueda de información con sentido, la reflexión, la articulación y el pensamiento significativo entre otros. Para Jonassen, Carr y Yueh (1998), la tecnología debe ser utilizada como herramienta para construir conocimiento que el estudiante aprenda con ella y no de ella, como herramienta de la mente para interpretar y organizar su propio conocimiento. Sherman y Kurshan (2005) describen ocho características que han demostrado ser efectivas en ambientes de aprendizajes constructivistas que utilizan las tecnologías para aumentar los logros. Las ocho características son: Centrado en el aprendiz—la instrucción se enfoca en las destrezas intelectuales, las experiencias, la cultura y el conocimiento que traen los estudiantes al salón de clases. 18 Interesante—las tecnologías pueden ser una herramienta efectiva para aumentar el interés de los estudiantes y la exploración activa. Vida real—la enseñanza constructivista incorpora la comunidad del estudiante como contexto para el aprendizaje. Social—con la tecnología se pueden crear comunidades de estudiantes y adultos en línea para colaborar en un problema específico. Activo—la tecnología basada en la interactividad puede ser una herramienta que facilite el aprendizaje activo mediante el diálogo entre estudiantes o al revisar y evaluar sus proposiciones. Tiempo—la tecnología puede aumentar el uso eficiente y personalizado del tiempo para aprender nuevas ideas o para repensar y revisar las ideas existentes. Retro-comunicación—puede ser presentada en forma de gráficas que ilustren los efectos de las preposiciones de los estudiantes o al indicar si la contestación a una pregunta es correcta o incorrecta. Apoyo—el apoyo instruccional provee la asistencia adecuada en el tiempo correcto para los aprendices. Cuando se utiliza la tecnología como calculadoras y otros, se ayuda a los estudiantes a desarrollar su propio entendimiento. Por otro lado, Carballada (2000) establece que existe poca evidencia de cómo el enfoque constructivista y su aplicación con el método de enseñanza que utiliza diferentes herramientas tecnológicas mejora el aprovechamiento académico de los estudiantes. El problema consiste en conseguir maestros que adopten ambas, la tecnología y los principios constructivistas en sus ambientes de enseñanza y aprendizaje (Schroll, 2007). Esta investigación se fundamentó en el marco conceptual del enfoque constructivista del 19 aprendizaje, mediante la utilización de simulaciones como herramientas tecnológicas. Esto con el propósito de poner en práctica el enfoque y documentar la percepción que tienen los futuros maestros sobre la efectividad de las simulaciones en la enseñanza de los conceptos que se utilizan en las clases de ciencias. Aportación del Estudio Los sistemas educativos necesitan cambiar para adaptarse a las transformaciones que ocurren en la sociedad. Es responsabilidad de la educación formal, preparar ciudadanos con las capacidades necesarias para funcionar de la manera más efectiva en el mundo que la ha tocado vivir. Ante esta gran realidad, se deben realizar investigaciones que validen o sustenten los cambios propuestos o realizados. Este estudio provee evidencia empírica sobre la efectividad del uso de las simulaciones educativas con un enfoque constructivista en la enseñanza de conceptos de ciencias. Presenta información valiosa sobre las percepciones y creencias que tienen los candidatos a maestros con relación al uso de las simulaciones como herramienta de enseñanza y a la preparación que están recibiendo como parte de su formación para convertirse en maestro. Los hallazgos pueden ser utilizados como base para modificar estrategias de enseñanza en las escuelas de educación de las universidades de Puerto Rico, responsables de la preparación de los maestros que las escuelas del Siglo XXI necesitan. Los resultados del estudio, también, pueden ser utilizados por las escuelas públicas del país, los colegios privados y otras instituciones educativas para fomentar la integración de estas herramientas tecnológicas en el desarrollo de sus cursos. Proveerle a los estudiantes otras formas de construir conocimientos y destrezas de alto nivel de pensamiento con un formato más interactivo e interesante, características que definen a 20 esta actual Generación NET, que se encuentra tomando clases en las escuelas y universidades de hoy. Como se demuestra en la revisión de literatura, en Puerto Rico, son pocas las investigaciones realizadas en cuanto al uso de las simulaciones educativas, en especial, a lo concerniente a los candidatos a maestros; por lo que este estudio aporta nueva información e identifica otras posibles áreas y aspectos relacionados al tema, los cuales deben ser investigados. Limitaciones del Estudio La muestra participante en este estudio, cursa sus estudios para maestro en una universidad privada del área metropolitana. Esto limita el poder generalizar los resultados a otros estudiantes y escuelas de educación de diferentes universidades del País. Los resultados corresponden al perfil de los estudiantes que formaron parte de los grupos que se utilizaron para poder realizar el estudio. Además, por tratarse de un diseño cuasi experimental con grupos ya constituidos, el investigador no tuvo control sobre el tamaño ni la composición de los mismos. Aunque, este diseño es el más utilizado, no se tiene mucha seguridad de que los grupos sean equivalentes por la falta de asignación aleatoria de los participantes (Kerlinger & Lee, 2002). Esta falta de control del investigador impidió que los grupos fueran similares lo cual, según Hernández, Fernández y Baptista (2003), no permite concluir que los grupos representan otras poblaciones más amplias. Además, el tamaño de los grupos del estudio piloto (8) y el grupo control (12) fue menor a lo que recomienda la literatura para este tipo de investigación, de un mínimo de 15 estudiantes (Charles, 1995; Fraenkel & Wallen, 2006). 21 Definición de Términos 1. Aprendizaje significativo—lo que se aprende es resultado de las situaciones y experiencias nuevas, interpretadas en interacción con los conocimientos y experiencias previas (DEPR, 2003a, p.19). En el aprendizaje significativo el estudiante construye su propio conocimiento a partir de las experiencias que diseñe el maestro y de sus experiencias previas (DEPR, 2003a, p.18). Cuando el aprendizaje es significativo, el estudiante desarrolla sus habilidades para pensar, resolver problemas y ser un aprendiz independiente (Cooper, 2006). 2. Aprendizaje activo—el alumno interactúa con el docente, el autor o el programa de aprendizaje para construir su propio significado (UNESCO, 2004). Es el acto individual o metacognitivo del niño de observar, generalizar, analizar hipótesis y reflexionar (UNESCO, 2004). 3. Constructivismo—enfoque o perspectiva educativa que utilizan los maestros para enseñar ciencias mediante procesos activos y sociales que fomentan el que las experiencias tengan sentido; lo que facilita lo que se conoce en inglés como Hands On y Minds On (Figarella, 2011, p.23). Esto requiere manipular objetos o fenómenos para apoyar el proceso de aprendizaje (Hands On) y a su vez, tener su mente encendida (Minds On), ya que la actividad apela a los intereses de los estudiantes y presenta un reto atractivo que despierta la motivación intrínseca para aprender (Figarella, 2011). 4. Simulación educativa—es un software que permite al usuario experimentar una reproducción de una situación real que de otra manera sería muy costosa o de alto riesgo (UNESCO, 2004, p.240). Para efectos de esta investigación, la simulación 22 educativa es un programa de computadora que le permite al estudiante realizar una actividad de aprendizaje activo en la cual maneja diferentes materiales, equipo y variables para obtener o comprobar resultados, llegar a conclusiones y construir su propio conocimiento. 5. Tecnologías de Información y Comunicación—se denomina al conjunto convergente de tecnologías que permiten la adquisición, producción, almacenamiento, tratamiento, comunicación, registro, acceso y presentación de datos, información y contenidos—en forma alfanumérica, imágenes, videos, sonido y otros—(Benvenuto, 2003). 6. Enseñanza tradicional—proceso mediante el cual los maestros utilizan la mayor parte del tiempo la instrucción dirigida o guiada, enfocan a los estudiantes en un libro de texto, actúan como únicos proveedores del conocimiento y desalientan la participación de los estudiantes en el proceso de enseñanza (Teo, Sing, Hung & Lee, 2008). En el proceso de aprendizaje tradicional, se presenta primero la información y luego se pretende su aplicación para resolver problemas (Velázquez & Figarella, 2012, p. 40). 7. Método de Instrucción por Multimedios—integración de dos o más medios, textos, gráficas, animaciones, sonidos, imágenes y video para la producción de material educativo (Carballada, 2000). 8. Técnicas de enseñanza—representan los procedimientos para lograr los objetivos específicos; o dicho de otro modo, son los medios y formas de que se vale el maestro para obtener el mejor aprendizaje de sus estudiantes (DEPR, 2003b, p.30). 23 En este capítulo se ha presentado la justificación, el problema, las hipótesis y las preguntas de investigación que dirigieron este estudio. Se estableció el marco conceptual del enfoque constructivista del aprendizaje, mediante la utilización de simulaciones como herramientas tecnológicas y las definiciones de términos más relevantes utilizados. También, se presentaron diferentes aspectos relacionados al uso de la tecnología en la educación, en especial, las simulaciones y la preparación que están recibiendo los candidatos a maestros para utilizarlas. En el siguiente capítulo, se presenta la revisión de la literatura relacionada con el tema de esta investigación. 24 Capítulo II Revisión de Literatura La utilización de la tecnología, para propósitos educativos, es un tema de mucha actualidad que necesita ser estudiado desde diferentes áreas. Se debe investigar desde el efecto en el aprendizaje de los estudiantes y la preparación de los maestros para utilizarla de manera efectiva, hasta el impacto de cada herramienta tecnológica en particular. Por ejemplo, es necesario investigar sobre las simulaciones educativas en computadoras que pueden ser utilizadas para sustituir actividades como laboratorios y viajes de estudio al campo para la enseñanza de conceptos de ciencias. Con el propósito de conocer los resultados de estudios relacionados al tema de esta investigación y poder hacer conexiones con los hallazgos encontrados por los expertos en otras investigaciones, se realizó esta revisión de literatura. La información recopilada se organizó bajo seis temas esenciales: (a) la educación del Siglo XXI, (b) constructivismo y tecnología, (c) tecnología y aprendizaje, (d) la enseñanza de ciencias y la tecnología, (e) las simulaciones en la enseñanza de ciencias y (f) la tecnología en la preparación de candidatos a maestros. La Educación del Siglo XXI El impacto sobre el desarrollo socioeconómico de los países, provocado por la era de la información y la tecnología, ha causado que el ámbito educativo haya entrado en la vorágine de la integración de las llamadas Nuevas Tecnologías de la Información (NTI), en las técnicas de enseñanza y más aún, en el diseño e implantación del currículo (Quintana, 2002). En una época que se caracteriza por la globalización y el aumento de la competencia internacional, es necesaria una educación de calidad que pueda preparar los 25 estudiantes con las destrezas y habilidades requeridas para poder insertarse productivamente en la sociedad (DEPR, 2003b, p.5). La enseñanza y el aprendizaje tienen que cambiar durante el Siglo XXI debido, principalmente, al prevaleciente aumento de la tecnología (Hackworth, 2010). Desde el 1983 y, en respuesta al informe Una Nación en Riesgo realizado por The National Commission on Excellence in Education (1983), los educadores comenzaron a mirar diferentes maneras de cómo mejorar el rezago en la ejecución de los estudiantes, donde incluyeron el uso de las computadoras y otras tecnologías (DiPietro, 2004). Afirma DiPietro que, como parte de los esfuerzos, se creó el Technology for Education en el 1994, el cual establece el valor de la tecnología como herramienta crítica y promovió la creación del Deparment of Educational Technology para guiar la inclusión de la tecnología en el sistema de educación. Como se ha podido observar, el uso de la tecnología es un factor relevante en el proceso de enseñanza aprendizaje, según lo apunta Bonilla (2004): el valor de la tecnología en la enseñanza ha sido demostrado a través de estudios que apoyan la tesis de que la misma añade un ingrediente de interés en los estudiantes, logrando que se motiven más en aprender, idea que utilizan maestros de todas partes del mundo para enriquecer sus experiencias educativas tradicionales (p. 23). Como ejemplo, se puede destacar el estudio realizado por Dede (2002, citado en Shreve, 2005) en el que participaron tres grupos de estudiantes de escuelas intermedias de Boston. En ese estudio, se demostró que los estudiantes, que utilizaron juegos electrónicos para 26 aprender, ejecutaron mejor en la pos-prueba y manifestaron mayor motivación para realizar la tarea. La tecnología de las computadoras y su integración en la sala de clases se ha convertido en una herramienta efectiva de apoyo a la docencia, la cual ayuda a profesores y estudiantes a realizar tareas en diferentes maneras (Vadi, 2002). En el estudio realizado por Barreto (2007), se valida este postulado. Los tres maestros de química, participantes del estudio de Barreto, señalaron que, con el uso de las Nuevas Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (NTIC), han logrado cambiar sus procesos de organizar los contenidos y destrezas, planificar las estrategias, métodos, las técnicas y de llevar a cabo su enseñanza. Los maestros también expresaron estar muy satisfechos con la motivación y participación de sus estudiantes, ya que lograron un mejor entendimiento de los conceptos enseñados, el desarrollo de sus destrezas tecnológicas y la participación de los padres. Incorporadas de manera adecuada, las nuevas tecnologías pueden ser un recurso poderoso si se toma en consideración los nuevos roles del maestro, los nuevos contenidos, los programas y las formas de evaluar (Benvenuto, 2003). En estos tiempos de rápidos cambios, los educadores reconocen la necesidad de enseñar de forma creativa y de cambiar las lecciones del formato tradicional (basados en la transmisión de información) hacia enfoques que ayuden a los estudiantes a construir conocimiento significativo (Chanling, Hong, Horng, Chang & Chu, 2006). Debido a la importancia de la tecnología, anteriormente expuesta, las escuelas públicas han aumentado el número de computadoras disponibles a maestros y estudiantes, y muchas universidades requieren que los estudiantes tengan computadoras portátiles 27 (Hannum, 2007). Cada iniciativa ha sido guiada por metas que buscan aumentar la disponibilidad de computadoras en las escuelas y en los salones, por medio de las cuales se les provee acceso a Internet y recursos para el adiestramiento a los maestros y la integración de la tecnología en el currículo (Iannotti, Smerdon, Cronen, Lanahan & Anderson, 2000). Los estudiantes del Siglo XXI, los llamados nativos digitales, han crecido en un ambiente digital cuyas experiencias son diferentes a la de las generaciones anteriores (Lewis, 2009). Esta llamada Generación Digital utiliza continuamente la tecnología fuera del salón de clase en muchas de sus actividades cotidianas. Ante dicha realidad, es un reto y una necesidad que los educadores dominen las destrezas básicas en el manejo de la tecnología para poder integrarla de manera efectiva en el proceso de enseñanza. Hace falta maestros equipados y dispuestos a poner en práctica nuevas estrategias e iniciativas para realizar los cambios que la nueva generación y el mundo contemporáneo requieren. En Puerto Rico, se debe detener o minimizar el argumento: “las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones son parte del quehacer cotidiano del puertorriqueño, pero no de la educación que se fomenta en las escuelas” (Rubio, 2009, pp. 5-6). Constructivismo y Tecnología El constructivismo es una teoría de conocimiento que intenta explicar cómo el ser humano aprende y lo que conoce (Rivas, 2005). En una experiencia de aprendizaje constructivista, el conocimiento ocurre cuando el estudiante trata de entender su mundo, mediante la construcción de sus propios significados y explicaciones al tomar como base su conocimiento previo (DEPR, 2003, p. 27). 28 En el enfoque constructivista, el rol del maestro es facilitar el conocimiento mientras el estudiante aprende activamente, al resolver problemas y realizar diferentes tareas. De acuerdo con Bonilla (2004), gran parte de las modalidades de educación virtual están respaldadas por los principios constructivistas, lo cual les permiten a los estudiantes experimentar y descubrir. Bajo este enfoque surge un cambio de paradigma en el uso de la tecnología, la cual se utilizaba tradicionalmente para practicar destrezas, enseñar y proveer información al estudiante bajo ambientes de enseñanza en los cuales la experimentación y exploración eran mínimas (Lucena, 2002). De acuerdo con Lucena, actualmente, se enfatiza que el estudiante utilice la tecnología para expresar, experimentar y representar lo aprendido de forma creativa. La efectividad de incorporar la tecnología al proceso educativo se demuestra en el estudio realizado por Lewis (2009). Los hallazgos le permitieron concluir que la enseñanza con multimedios provee la oportunidad de promover el aprendizaje centrado en el estudiante, es flexible, diverso, colaborativo, social, interactivo, real, lo cual es compatible con las nociones del constructivismo. La muestra participante fue de 138 estudiantes de enfermería de una universidad privada. Los resultados demostraron que los grupos enseñados con multimedios alcanzaron puntuaciones significativamente más altas en la pos prueba, que los enseñados de manera tradicional. En el cuestionario administrado a los participantes, se identificaron seis beneficios de la enseñanza con multimedios: experiencia, seguridad, conveniencia, entendimiento, disfrute y motivación. El uso de algunos programados de computadoras con enfoque constructivista le permite al estudiante seleccionar tópicos sobre los cuales puede escribir, reformular sus ideas, preparar bosquejos para guiar su redacción, interactuar con sus pares, diseñar sus 29 ilustraciones, revisar, editar y publicar sus trabajos (Fontánez, 2002). Afirma la autora que: …los programados con un enfoque constructivista ayudan a re-estructurar el salón de clases con herramientas efectivas porque aumentan y facilitan la productividad del estudiante y del maestro. Propician, además, un ambiente de trabajo colaborativo, promueven la socialización y la autorrealización de los estudiantes, al visualizarse como ciudadanos productivos en la Nueva Era de la Informática (p. 17). En su libro Computadoras en la Educación, Ocasio (2004) enumera las siguientes estrategias de enseñanza constructivista que involucran el uso de computadoras para alcanzar objetivos generales: 1. Generar motivación e interés por una materia—se cree que una razón por la que algunos estudiantes muestran pobre desempeño en los cursos es la falta de motivación en el contenido. Una estrategia constructivista pudiera generar la motivación necesaria para que el estudiante decida prosperar en sus cursos. 2. Desarrollar creatividad—el uso de simulaciones o programas para resolver problemas puede ayudar al estudiante a inventar nuevas estrategias cognitivas. 3. Promover el autoanálisis—mediante programas que le permiten crear mapas de conceptos, redes semánticas y flujo-gramas, el estudiante puede ver un reflejo de su estructura cognitiva e identificar áreas de dificultad en su aprendizaje. 4. Promover el trabajo colaborativo—existen programas que permiten la colaboración de más de un estudiante en la solución de un problema. El fomentar el intercambio 30 de ideas y el trabajo cooperativo pudiera favorecer la comprensión de un tema o la solución de un problema. La utilización de diferentes herramientas tecnológicas para la enseñanza será efectiva si, entre otras cosas, produce cambios positivos y significativos en el aprovechamiento, en el interés y la motivación de los estudiantes. Los tres maestros participantes en la investigación realizada por Barreto (2007) expresaron que sus estudiantes construyen su propio conocimiento al realizar sus actividades de aprendizaje al utilizar los programados, las simulaciones y la Internet para el desarrollo de conceptos abstractos de química. Estos maestros consideran el uso de alternativas virtuales como un excelente recurso cuando carecen de materiales y equipo para llevar a cabo actividades de laboratorios reales. El utilizar la tecnología de manera constructivista puede convertirla en una herramienta poderosa con la cual los estudiantes logren alcanzar aprendizaje con entendimiento, al ser participantes activos en el proceso y no meros receptores de información. Los aprendices que utilizan la tecnología para manipular datos, explorar relaciones, activar el proceso de buscar información, con el fin de construir un significado personal y social, reflejan el proceso de aprendizaje (Jonassen, Peck & Wilson, 1999, citado en Di Pietro, 2004). Sin embargo, todavía los maestros necesitan las destrezas necesarias para hacer sus ambientes de aprendizajes constructivistas exitosos al integrar la tecnología en computadora (Gensburg & Herman, 2009). Tecnología y Aprendizaje La naturaleza de la relación entre el aprendizaje y la tecnología es tema en constante debate en la literatura. Este debate, principalmente, está dirigido por la pregunta 31 establecida por Barbera (2004): ¿Existen razones educativas de peso para convencer a un educador de que utilice tecnología en sus clases para enseñar a sus alumnos? El problema es que, aunque la enseñanza asistida por computadoras han aumentado, las investigaciones sobre su efectividad no muestran resultados consistentes (Bayraktar, 2002). Las investigaciones en educación han mostrado resultados que presentan diferentes versiones sobre los beneficios del uso de las tecnologías y no existen afirmaciones concluyentes en el sentido de si mejoran o no el aprendizaje (Silva, Gros, Garrido & Rodríguez, 2006). La realidad es que hace falta más investigaciones que traten de responder las preguntas que muchos se hacen: ¿Mejoran la calidad de la educación?, ¿Favorecen el aprendizaje significativo?, ¿Son costo efectivas? En lo que se refiere al aprendizaje, González (2010) afirma que el uso de las TIC´s puede ayudar a los estudiantes a desarrollar destrezas críticas de pensamiento, lo que contribuye a mejorar los resultados de los estudiantes en las pruebas estandarizadas. Por ejemplo, en Puerto Rico en un estudio realizado por Carballada (2000), se determinó estadísticamente que existía una diferencia significativa en el aprovechamiento académico y en las destrezas de solución de problemas en un curso de Problemas Ambientales a nivel universitario en el que se utilizó un Método de Instrucción de Multimedios. Iglesias (2007) establece que la aceptación e implantación de la tecnología en el salón de clases fomenta el desarrollo de estudiantes que se mantienen más interesados en sus quehaceres académicos, prepara a los jóvenes para trabajar y sacar provecho de los avances tecnológicos y promueve la evolución de la educación en el país. Según Badia (2006), algunos autores, como Martí (2003) y Coll (2001), han caracterizado ciertas potencialidades de las nuevas tecnologías que cambian, o pueden cambiar el proceso de 32 aprendizaje o el funcionamiento mental del estudiante cuando éste se relaciona con la información de contenido cuyo soporte se basa en la aplicación de la tecnología. Los autores identifican cinco características tecnológicas que tienen implicaciones educativas: Formalismo—requiere que el estudiante dé seguimiento a las instrucciones secuenciales que en ocasiones resultan extremadamente rígidas. Interactividad—implica que el estudiante establezca una relación activa y constante con la información, con un alto grado de interacción, reciprocidad y contingencia entre ambos. Dinamismo—se refiere a la oportunidad que ofrecen las nuevas tecnologías para transmitir información y presentar visualmente fenómenos, procesos, sucesos, situaciones, actividades o espacios que se transforman o pueden cambiar a lo largo de un periodo de tiempo. Multimedios—brinda la oportunidad de crear ciertos espacios virtuales en los que se presente la información, de forma integrada o combinada, mediante diferentes medios. Hipermedia—posibilita la interrelación mediante algunos medios o sistemas simbólicos. Esta característica provoca la creación de estructuras informativas flexibles y organizaciones de información muy complejas. En una investigación realizada por Sivin-Kachala, en la que se revisaron 219 estudios entre los años de 1990 y 1997 sobre los efectos de la tecnología en el aprovechamiento de los estudiantes, se reportaron los siguientes hallazgos: (a) estudiantes a quienes se les enseñó en salones con tecnología mostraron un mayor aprovechamiento en todas las materias principales, (b) estudiantes a quienes se les enseñó en salones con 33 tecnología mostraron un mayor aprovechamiento desde la etapa preescolar hasta la escuela superior, incluyendo niños con necesidades especiales, (c) estudiantes a quienes se les enseñó en salones con tecnología mostraron actitudes más positivas hacia esos cursos y su autoestima mejoró consistentemente (Ocasio, 2004). Estos resultados son cónsonos con los encontrados por Kulik, Kulik y Cohen (1980) en su meta-análisis en el que analizaron sobre 500 estudios y se encontró que los estudiantes que utilizan las computadoras aprenden más en menos tiempo, disfrutan más sus clases y desarrollan actitudes más positivas (Ocasio, 2004). Sin embargo, en la investigación realizada por Walrath (2008), cuyo interés primordial es el tipo de pensamiento emergente que surge al utilizar las simulaciones educativas o la enseñanza tradicional, no se establece mediante la evidencia empírica una diferencia significativa notable. El objetivo de la investigación fue determinar si los estudiantes que reciben la enseñanza en ambientes complejos con simulaciones reconocen patrones y los elementos subyacentes en sistemas complejos con mayor eficiencia que los que reciben la enseñanza tradicional. Walrath realizó su estudio con estudiantes de escuela superior, matriculados en el curso Introducción a la tecnología y la ingeniería, en el cual utilizó una simulación que modelaba un escenario complejo de calentamiento global en Brasil. Los estudiantes tomaban decisiones económicas y políticas en diez tiempos separados, a través de cada ciclo de duración de la simulación. La tarea de los estudiantes consistía en minimizar las emisiones de CO² y mantener constante la temperatura global. También, monitoreaban asuntos relacionados al aumento de la población, la opinión pública, el consumo de combustibles fósiles y el promedio de vida de los brasileros. El 34 diseño utilizado en la investigación fue mixto con una parte experimental con pre y pos prueba y otra cualitativa con triangulación. Otro beneficio que ofrece la tecnología es que le facilita a los educadores el poder trabajar con los diferentes estilos de aprendizaje de los estudiantes y educarlos para un amplio rango de inteligencias (Koc, 2005). Afirma el autor que, con la flexibilidad y ayuda de la tecnología, se pueden diseñar ambientes de aprendizaje en los que los estudiantes pueden manejar y construir en la mente sus propias representaciones del conocimiento. Boster, Meyer, Roberto e Inge (citados en Harlem, 2008) encontraron que los logros de los estudiantes aumentan cuando se integran los videos clips en las lecciones desarrolladas por los maestros. Según Harlem, esos resultados son indicativos del mundo en el cual los jóvenes están inmersos. Por su parte, Debevec, Shih y Kashyap (2006) observaron que el uso de varios tipos de multimedios ayuda a aumentar el aprendizaje de los estudiantes (Harlem, 2008). Por ejemplo en Texas, una escuela creó lecciones interactivas de multimedios y una guía de estudio para ayudar a los estudiantes en riesgo a obtener los conocimientos necesarios para pasar las pruebas llamadas Assessment of Knowledge and Skills (TAKS) que ofrece el estado. Los resultados indicaron que en el primer año el 91% de los estudiantes pasaron la prueba (Childs, 2006 citado en Harlem, 2008). La evidencia de ese estudio revela que el uso de multimedios ayuda a los estudiantes entender mejor los conceptos científicos. Por otro lado, en un estudio, realizado por D’Angelo y Woosly (2006), los resultados sugieren que no siempre los estudiantes ven que la tecnología beneficia su aprendizaje, lo cual tiene implicaciones tanto para la enseñanza como para el aprendizaje. 35 Aunque en la literatura muchos alaban el potencial y beneficios de la tecnología en los salones de clase, el estudio demuestra que los estudiantes tienen reacciones mixtas hacia la tecnología y no siempre entienden el valor de las nuevas tecnologías. Además, recomiendan que los educadores, que quieran involucrar a los estudiantes en el uso de la tecnología, deben pensar bien cómo la van a utilizar. La Enseñanza de Ciencias y la Tecnología Las herramientas tecnológicas educativas como las computadoras, los programados, microscopios digitales, hypermedia/multimedia y otros medios interactivos pueden ayudar a los estudiantes a comprometerse con la adquisición del conocimiento científico y el desarrollo del inquirir natural de las ciencias (Guzey & Roehrig, 2009). La Asociación Nacional de Profesores de Ciencias (NSTA, por sus siglas en inglés) ha expresado que las computadoras deben jugar un papel destacado en la enseñanza y el aprendizaje de las Ciencias Naturales (NSTA, 1999). Ellos afirman que las computadoras se han convertido en herramientas esenciales en la sala de clase, pues permiten la recolección, análisis, presentación y comunicación de datos de maneras que ayudan a los estudiantes a convertirse en participantes más activos en la investigación y el aprendizaje. De acuerdo con la NSTA (1999), en el salón de clase, la computadora permite al maestro mayor flexibilidad en las presentaciones, mejor manejo de las técnicas de enseñanza y además le facilita almacenar datos. Sin embargo, la National Science Foundation (NSF por sus siglas en inglés) apunta que la tecnología instruccional no es necesariamente más efectiva que otras herramientas educativas y el resultado depende grandemente en cómo los maestros la utilizan y si efectivamente apoyan las metas educativas (Harlem, 2008). El estudio realizado por 36 Bayraktar (2001/2002) sintetiza las investigaciones que analizan la efectividad del CAI (Computer-Assisted Instruction) en áreas de física, química, biología, ciencia general y ciencias físicas, en el nivel secundario y colegios en Estados Unidos (1970-1999). Este estudio reveló que las computadoras son más efectivas cuando son usadas en simulaciones o módulos tutoriales. También, se encontró que el CAI es más efectivo cuando las computadoras son utilizadas individualmente. Según el autor, de acuerdo con los resultados del estudio, el CAI es más efectivo cuando es utilizado como complemento a la enseñanza tradicional que cuando la sustituye. Otro dato importante, revelado por el estudio, es que los programados desarrollados por los maestros son más efectivos que los comerciales, ya que están más enfocados a los objetivos específicos y las metas del currículo. En la encuesta realizada por Barron, Kemker, Harmes y Kalaydjain (2003) a 2,156 maestros de los grados K-12 de uno de los Distritos escolares más grande de la Florida (Estados Unidos), se encontró que el 50% de los maestros de escuela elemental manifestaron utilizar la tecnología en sus salones como herramienta para la comunicación. El 20% de los maestros de escuela superior la utilizan en la resolución de problemas donde el estudiante puede identificar el problema y determinar si la tecnología es útil para resolverlo y si lo es, seleccionar la herramienta apropiada. El estudio estuvo enfocado en los métodos de enseñanza para la integración de la tecnología, basados en los estándares de excelencia de los estudiantes establecidos por la National Educational Technology Standars. Asimismo, Hsieh y Cho (2008) realizaron un estudio, en el que participaron 549 estudiantes de sexto grado. En el ambiente de aprendizaje creado, los estudiantes fueron 37 asignados a grupos de 2 ó 3 y cada uno tenía una computadora para trabajar y resolver un problema colaborativamente. Durante 3 semanas y por 45 minutos, los estudiantes trabajaban una unidad del sistema solar mediante la utilización de un programado de computadora. Los resultados lograron demostrar que los estudiantes aumentaron significativamente sus conocimientos en ciencias, luego de trabajar en un ambiente de aprendizaje matizado con la tecnología. También, se demostró en el estudio que los estudiantes obtienen mayor confianza para aprender ciencias en este ambiente de aprendizaje. En esa misma línea, los hallazgos encontrados en el estudio realizado por Rotbain, Marbach-Ad y Stavy (2008) se demuestra también que los estudiantes que fueron enseñados con animaciones en computadora ejecutaron significativamente mejor en la pos prueba de contenido, que los enseñados en el formato tradicional de lectura. Las diferencias en los resultados fueron altamente significativas en los tres sub-tópicos examinados: estructura del ADN y ARN; las relaciones conceptuales entre el material genético y producto; los procesos moleculares: replicación, transcripción y traducción. Los estudiantes participantes, en este estudio, eran de escuela superior y señalaron cuatro grandes ventajas de trabajar las animaciones: (a) los ayuda a visualizar conceptos y procesos abstracto de la genética molecular; (b) les permite trabajar individualmente a su propio ritmo, repitiendo la animación cuantas veces sea necesaria; (c) la interactividad de la animación y la retroalimentación inmediata; (d) la contribución de las animaciones para diversificar las lecciones, rompiendo la rutina de los formatos tradicionales. Por su parte, los maestros que formaron parte del estudio expresaron que sus clases fueron más interesantes y que estaban satisfechos con esta forma de enseñar. Informaron 38 los maestros que el modelo los ayuda a enseñar temas abstractos de manera más concreta y les brinda la oportunidad de poder profundizar en el proceso de aprendizaje de los estudiantes. También, establecen que el modelo les permite moverse entre los estudiantes para examinar su ejecución y progreso y poder ayudar de manera individual a los que presenten alguna dificultad. Debido a estos resultados, los investigadores concluyen que la integración del modelo de animaciones sobre genética molecular resulta en un mejor entendimiento por parte de los estudiantes cuando se compara con la enseñanza tradicional mediante el formato de lectura. La tecnología de las computadoras y de las calculadoras gráficas y los sensores con el CBL (Computer Based Laboratory) ha introducido una nueva dimensión al desarrollo de conceptos y destrezas de ciencias (DEPR, 2003b, p.41). El Departamento de Educación de Puerto Rico indica: …los estudiantes pueden hacer uso de esas tecnologías para tomar datos a través de sensores y otros instrumentos que se conectan a las calculadoras científicas y a las computadoras. Estas herramientas tecnológicas son también de gran utilidad para el análisis y presentación de los datos, mediante diferentes programas especializados, como lo son los de estadísticas y de construcción de gráficas entre otros. Todo esto ayuda a la obtención de resultados más rápidos, exactos y precisos (p. 41). Las Simulaciones en la Enseñanza de Ciencias El rol de las computadoras, basadas en modelos y simulaciones, cobra cada vez más importancia en el proceso de enseñanza-aprendizaje en las clases de ciencias, debido a la explosión en la información científica y su disponibilidad a través de la amplia red 39 mundial (World Wide Web) (Hwang, 2006). De acuerdo con Hwang, las simulaciones en computadora ayudan a los estudiantes a entender el mundo conceptual invisible de las ciencias a través de la animación, la cual puede dirigir a un mayor entendimiento de los conceptos científicos. Las simulaciones educativas en computadoras, dinámicas e interactivas, diseñadas para enseñar conceptos y procesos complejos, se hacen cada día más populares en todas las áreas de la educación en ciencias, como, por ejemplo, en química, física y biología (Holzinger, Kickmeier-Rust, Wassertheurer, & Hessinger, 2009). Una gran ventaja de aprender con simulaciones interactivas es que le permite al estudiante cambiar variables en sistemas complejos, manipular parámetros y recibir retroalimentación directa de los cambios realizados (Holzinger et al., 2009). De acuerdo a Hwang (2006), la fortaleza que exhiben las simulaciones es que obliga a los estudiantes a recuperar o descubrir conocimiento relevante y experimentar las destrezas de resolución de problemas en situaciones auténticas. El DEPR (2003), en el Marco Curricular del Programa de Ciencias, reconoce que el desarrollo actual de la tecnología basada en la computadora (computadora, programas, multimedios, Internet, simulaciones, bancos de datos, biblioteca electrónicas, etc.) tiene un efecto directo en la sociedad y por ende en la educación. Afirma el DEPR: …las computadoras con programas especializados para diferentes acciones (productividad, análisis de datos, etc.), simulaciones y acceso a la Internet han abierto una dimensión adicional para la búsqueda, obtención y análisis de la información y el conocimiento en todos los niveles educativos (p. 41). 40 La literatura sugiere que el éxito de las simulaciones computadorizadas, en la educación en ciencias, depende de cómo se incorporan las mismas al currículo y de cómo la utilizan los maestros (Sahin, 2006). Este autor indica, además, que las simulaciones han desarrollado un gran interés por el potencial que le brinda su interactividad para lograr aprendizaje constructivista, donde el estudiante interactúa con experiencias del mundo real. Por otro lado, Joyce, Weil y Calhoun (2000) postulan que las simulaciones educativas permiten a los estudiantes aprender mucho más de las experiencias simuladas incorporadas en el juego que de las explicaciones o clases dictadas por el maestro. Estos autores establecen que el modelo de enseñanza por simulación requiere de una cuidadosa articulación por parte del maestro y que su capacidad es crucial para potenciar los aprendizajes que se desprenden de la simulación y hacer de las actividades situaciones realmente significativas (p. 397). En Nigeria, Effiong y Ufonabasi (2011) estudiaron la efectividad de una simulación en química en el desempeño de estudiantes de escuela superior, comparada con el método de enseñanza tradicional y con el método de descubrimiento guiado. Los hallazgos evidenciaron una diferencia significativamente mejor en el desempeño de los estudiantes enseñados con las simulaciones que los enseñados de manera tradicional. Sin embargo, los resultados de la enseñanza con simulaciones y la enseñanza mediante el descubrimiento guiado fueron muy similares. Basados en los resultados encontrados, los investigadores recomiendan, entre otras cosas, que los maestros de química adopten las simulaciones en computadoras como técnica para enseñar conceptos de esa materia por el efecto positivo que produce en el desempeño de los estudiantes. 41 En el estudio realizado por Mathews (2007), cuyo objetivo fue conocer la efectividad de las simulaciones integradas al currículo tradicional de un curso de ciencias general de nivel subgraduado, demostró que las mismas pueden motivar a los estudiantes a comprometerse con su aprendizaje y tener un rol más activo. A través de métodos cuantitativos y cualitativos se documentó que las simulaciones tienen un impacto positivo en los aprendices el cual se evidencia en las puntuaciones de las pruebas. Ese impacto positivo también fue demostrado en la motivación de los estudiantes para interactuar con el contenido del curso. El estudio se realizó en la Midwestern State University con 78 estudiantes del curso GNSC 1104 (Life/Earth Science) y del GNSC 1204 (Physical Science). En la investigación realizada por Maza (2010), en la que utilizó una aplicación llamada Quick Time Virtual Reality (QVTR) para evaluar si es igual en calidad al examen de especímenes reales en un curso de anatomía veterinaria, demostró que no hay diferencia en los resultados. En el estudio se compararon dos grupos, uno realizó los exámenes de los organismos de manera tradicional y el otro realizó los mismos exámenes a los mismos especímenes, mediante la aplicación del QTVR y poder así verlos como una simulación tridimensional. Los grupos forman parte de un curso que se ofrece en el College of Veterinary Medicine at Cornell University. De acuerdo al investigador, esto demuestra que el QTVR y los recursos, basados en las computadoras, pueden ser utilizados como alternativas a los exámenes de anatomía que utilizan especímenes reales. Además, los estudiantes expresaron que la calidad de los objetos presentados en computadoras es comparable a los especímenes reales. 42 De acuerdo Brosnam (1995), las capacidades gráficas, de animación, sonido y video interactivo, que poseen las computadoras modernas, permiten al estudiante conducir simulaciones capaces de realzar grandemente el proceso educativo. Señala, como ejemplo, que con la ayuda de la computadora los estudiantes pueden experimentar combinaciones químicas sin temor a causar un desastre en un laboratorio real. Además, le permite al estudiante la libertad de explorar un tema hasta la profundidad que ellos quieran, sin la necesidad de la constante intervención del maestro. Kincaid y Westerlund (2009) argumentan que el uso de la simulación en la educación hace la diferencia. Esto, debido a que puede ser utilizada con estudiantes de todas las edades y niveles, propicia el ver relaciones complejas que de otro modo resultan peligrosas y que requieren equipo costoso. Además, permite que las destrezas técnicas de matemáticas y ciencias sean enseñadas de manera integrada, proveen nuevos métodos para resolver problemas, son costo-efectivas y reducen los riesgos en los humanos. En el estudio realizado por Holzinger, Kickmeier-Rust, Wassertheurer y Hessinger (2009), en el cual participaron 92 estudiantes de medicina de la Medical University of Graz, se comparó la ejecución del aprendizaje mediante el uso de tres tipos de condiciones: lecciones con el tradicional libro e imágenes estáticas, una simulación interactiva en computadora sola y la misma simulación con un corto video que describe cómo utilizarla efectivamente. La simulación utilizada representaba el flujo de sangre arterial dependiendo del gradiente de presión, el radio y la bifurcación del vaso sanguíneo; presión por estrés y el perfil del flujo de sangre dependiendo de la viscosidad y el radio. Los resultados lograron demostrar que con la simulación, acompañada de la explicación de cómo utilizarla, se logró mayor aprendizaje. 43 Por su parte, Irwin (2005) investigó la percepción de un grupo de estudiantes y maestros involucrados en el uso de una simulación basada en problemas, versus otro grupo que recibió la enseñanza de manera tradicional, en la cual encontraron una diferencia significativa entre ambos grupos. Los resultados de la pos prueba reflejaron que los estudiantes que utilizaron las simulaciones ejecutaron significativamente mejor que los que recibieron la enseñanza tradicional. En el estudio, se utilizó un diseño cuasi experimental de solo pos prueba y un componente cualitativo con un cuestionario y observaciones. Los participantes fueron estudiantes de escuela superior los cuales, al igual que los maestros, expresaron que perciben las simulaciones como una herramienta valiosa que ofrece muchas ventajas para el usuario. Fadel y Lemke (2006) indican que en la revisión de literatura realizada por la British Educational, Communications, and Technology (BECTA), publicada en el 2004, se encontró que el uso de las simulaciones y los modelos en computadoras en las ciencias naturales aumenta el aprendizaje y la retención por los estudiantes. Los autores presentan como ejemplo dos casos que demuestran el efecto positivo del uso de las simulaciones en la enseñanza de temas de ciencias. Uno de los ejemplos es el de la disección de un sapo, un estudio experimental realizado en Estados Unidos con estudiantes de séptimo grado. Los investigadores encontraron que los estudiantes aprenden significativamente más cuando solo se utiliza la simulación de la disección. El otro ejemplo es la de una simulación de microbiología del programado The Growth Curve of Microorganisms, utilizada en la clase de biología para captar la atención de los estudiantes en la solución de problemas y para manipular tres variables independientes simuladas en el experimento. 44 Los estudiantes que utilizaron el software alcanzaron un aprovechamiento académico significativamente mayor que el del grupo control. La National Science Teacher Asociation (2007) establece que el software de simulación debe ofrecer oportunidades de explorar conceptos y modelos a los que no se puede acceder directamente desde el laboratorio. Entre las limitaciones para llevar a cabo actividades reales se mencionan las siguientes: (a) equipos o materiales muy costosos o inexistentes, (b) materiales o procedimientos de alto riesgo, (c) niveles de habilidad que todavía no han alcanzado los estudiantes y (d) mayor cantidad de tiempo de la que es posible o apropiado destinar para el período de clase. Las simulaciones en computadora, también, trascienden las restricciones de tiempo y espacio, al permitir realizar experimentos en un monitor utilizando información y datos de instrumentos como los sismógrafos o estaciones meteorológicas que están geográficamente distantes (Sahin, 2006). Además, pueden reducir los costos de compra y mantenimiento de equipo de laboratorio sofisticado. La Tecnología en la Preparación de Candidatos a Maestros El creciente impacto de la tecnología en la educación hace necesario que los programas de preparación de maestros y de maestros en servicio tomen en consideración la importancia de la tecnología en los procesos de enseñanza y aprendizaje (Bayuelo, 2004). La National Council for Accreditation of Teacher Education (NCATE) estipula que los estudiantes que se encuentran preparándose para ser maestros deben estar capacitados para ser maestros en el Siglo XXI. Esto requiere que sean capaces de poder diseñar oportunidades de aprendizajes apropiadas para aumentar y aplicar la tecnología con estrategias educativas que apoyen las diversas necesidades de los aprendices y obligarlos a 45 proveer el conocimiento tecnológico y las destrezas necesarias para las futuras generaciones (Pringle, Dawson & Adams, 2003). Al respecto, la International Society for Technology in Education (ISTE, 2003, citada en Bayuelo, 2004) promueve la preparación de profesionales que sean líderes en el área de educación tecnológica y maestros que diseñen y desarrollen experiencias de aprendizaje y evaluaciones propias de la era digital. Todos los estándares de la ISTE promueven la preparación para que los candidatos a maestros, los maestros y los especialistas de tecnología provean a sus estudiantes los ambientes, las experiencias y los recursos que los ayuden a aplicar la tecnología efectivamente en su aprendizaje, en su comunicación, en resolver problemas y tomar decisiones (Bayuelo, 2004). En un estudio realizado por la National Council for Accreditation of Teacher Education (NCATE) en 1997, se encontró que los candidatos a maestros no están recibiendo la preparación necesaria en tecnología (Evans & Gunter, 2004). El estudio reportó que muchos programas de preparación de maestros no los capacita lo suficiente para integrar la tecnología en sus futuros salones de clases. Evans y Gunter (2004) citan a otros investigadores, quienes afirman que los candidatos a maestros deben ser puestos en contacto con experiencias que le provean aplicaciones prácticas de tecnología educativa si esperan que ellos puedan aprender estrategias de enseñanza innovadoras. Es fácil de observar que las escuelas de educación han reportado problemas en términos de la integración efectiva de la tecnología en la preparación de los futuros maestros (Baslanti, 2006). Los resultados de la investigación realizada por Koc y Bakir (2010) les permitieron concluir que la preparación que están recibiendo los candidatos a maestros, para integrar la tecnología de manera efectiva, no es la adecuada. Argumentan 46 los investigadores que la mayoría de los participantes en la investigación indican que necesitan más adiestramiento para aprender a cómo implantar las tecnologías de computadoras con el objetivo de aumentar el aprendizaje de sus estudiantes. Como datos importantes de la investigación se debe señalar que el 39% de los participantes señaló que utilizan la Internet como herramienta para investigar y el 31% para presentar información. La investigación se realizó con 26 estudiantes de la Escuela de Educación de una universidad de Estados Unidos. En el estudio realizado por Yassen (2011) en el que participaron 164 maestros de ciencias de escuelas públicas de Texas, los participantes reportaron que sus programas de formación para maestros no los preparó para integrar la tecnología en los laboratorios. El propósito del estudio fue entender mejor la percepción de los maestros de K-12 sobre un programado de simulaciones con actividades para realizar laboratorios de ciencias y su impacto en la preparación, proficiencia tecnológica y el acceso a la tecnología. Los maestros participantes en el estudio también manifestaron que preferían utilizar las simulaciones para apoyar los laboratorios tradicionales de ciencias, en lugar de remplazarlos. A su vez, recomendaron un programa de desarrollo profesional enfocado en estrategias para integrar la tecnología en las clases. Como las principales barreras para poder implantar la tecnología en los laboratorios de ciencias, mencionaron la falta de equipo, espacio, acceso a la tecnología y grupos con muchos estudiantes. Evans y Gunter (2004) indican que los programas de preparación de maestros, típicamente, les requieren a los candidatos a maestros tomar un curso en educación de enseñanza con tecnología, el cual está diseñado para enseñar las destrezas y aplicaciones necesarias para utilizar la tecnología. Los autores manifiestan que los candidatos a 47 maestros son usualmente introducidos a los equipos y programados más recientes a través de demostraciones y rara vez se les requiere utilizar la tecnología para aprobar el curso. Un factor que explica el que muchos maestros se resistan a usar la tecnología en sus clases, es que fueron educados y preparados en los tiempos en que la computadora estaba ausente en la educación (Handal, 2004). Por consiguiente muchos maestros tienden a repetir los patrones que aprendieron cuando estuvieron por años sentados en la escuela y las universidades. En el estudio realizado por Ertmer, Conklin y Lewandowski (2003), se demostró que los modelos electrónicos pueden ser utilizados para aumentar las ideas de los candidatos maestros sobre la eficacia de la integración de la tecnología. En este estudio se examinaron las ideas preconcebidas de estudiantes candidatos a maestros sobre la eficacia de la integración de la tecnología antes y después de observar un ejemplo del uso de la misma, con un modelo electrónico que utilizan los maestros. Los datos del estudio sugieren que proveerles a los candidatos a maestros oportunidades para interactuar con ejemplos de quienes usan la tecnología, a través de modelos electrónicos, es una forma viable de aumentar su capacidad (ideas y eficiencia propia) para la integración de la tecnología en sus futuros salones de clases. El éxito que puedan alcanzar los candidatos a maestros no solo depende de las destrezas, sino que también depende del aprendizaje efectivo de las estrategias de integración y el desarrollo de una actitud positiva hacia el uso de la tecnología (Whetstone & Carr-Chellman, 2001). Por tal razón, estos autores recomiendan la exposición de los candidatos a maestros a salones donde se utilice la tecnología frecuentemente, para que observen la educación tecnológica en acción y la enseñanza práctica con tecnología. 48 Cuando los maestros son ubicados en ambientes de aprendizaje, donde se modela e implantan métodos de enseñanza constructivistas apoyadas por la tecnología, desarrollan confianza en sus habilidades para producir actividades de aprendizaje ligadas al currículo (DiPietro, 2004). Evans y Gunter (2004) encontraron que, aunque la mayoría de los candidatos a maestros consideran la tecnología un aspecto importante en el currículo de K-12, muchos de ellos no sienten que su preparación fue suficiente para equiparlos con las destrezas necesarias para integrar la tecnología en sus futuros salones de clases. Aproximadamente el 95% de los candidatos a maestros que participaron en el estudio expresaron que es importante integrar la tecnología en el currículo; sin embargo, solo el 70% siente que tienen el adiestramiento suficiente en cómo integrarla y el 55% manifiesta que los cursos que tomaron, como parte de su programa de preparación, no fueron suficientes para aprender las destrezas tecnológicas necesarias. Por su parte, So y Kim (2009) encontraron en su investigación que los candidatos a maestros tienden a utilizar la tecnología más bien como un medio para transmitir información como herramienta instruccional para apoyar actividades cognitivas. Los investigadores señalan como ejemplo que muchas de las lecciones de enseñanza, basadas en problemas (PBL), preparadas por los candidatos a maestros participantes en el estudio, consisten simplemente de la presentación del problema en una oración y una colección de recursos de Internet. Además, muchos de los diseños creados requieren destrezas de bajo nivel de pensamiento dirigidas a una simple solución y no a destrezas de alto nivel de pensamiento. 49 Dicho estudio también sugiere dos posibles explicaciones para que los candidatos a maestros presenten dificultades para integrar las tecnologías de la información y las comunicaciones en las lecciones: falta de conexión profunda entre confianza, conocimientos y acciones; preparación insuficiente para utilizar la estrategia de PBL con tecnología. En el estudio se encontró que los participantes tienen un conocimiento superficial del contenido pedagógico de la integración de la tecnología y la dificultad de encontrar herramientas pertinentes de las TIC’s. Para resolver los posibles conflictos en contenido, pedagogía y conocimiento tecnológico, los autores recomiendan que los candidatos a maestros sean expuestos continuamente a nuevas e innovadoras prácticas de enseñanza con tecnología en el transcurso de su preparación para ser maestro. La literatura reciente sugiere que las creencias de los maestros pueden ser cambiadas a través de prácticas que enfatizan la reflexión en sus creencias personales, las experiencias hands-on y su compromiso con los problemas auténticos en los salones de clases de K a 12 (Hee & Ertmer, 2007). A través de esas experiencias auténticas, los candidatos a maestros desarrollan un mejor entendimiento de prácticas de enseñanza constructivista, las cuales los hacen más eficaces en la implantación de métodos constructivistas y les propician llevar a cabo reflexiones significativas sobre la naturaleza de la enseñanza y el aprendizaje (Hee & Ertmer, 2007). Es imperativo que la infusión de la tecnología en los programas de educación para maestros se aseguren que los candidatos a maestros son preparados en el uso de varias aplicaciones tecnológicas, métodos de integración y técnicas de manejo (Oberlander & Talbert-Johnson, 2004). Estos autores exponen, que aunque los candidatos a maestros pueden llegar con un amplio rango de creencias, disposición, experiencias y destrezas, no 50 es infrecuente que en los cursos universitarios se continúen enseñando destrezas aisladas en la aplicación solamente de programados. En la formación de los futuros maestros no puede estar ausente el uso de las tecnologías de la información y las comunicaciones como medio fundamental para el desarrollo de habilidades y capacidades que demanda la sociedad actual, las que serán difíciles de obtener exclusivamente a través de una enseñanza tradicional (Silva et al., 2006). Es entonces necesario que las universidades, encargadas de preparar a los candidatos a maestros, tomen en consideración estos requerimientos para que sus egresados puedan sentirse preparados, seguros y con dominio de las destrezas necesarias para poder integrar eficazmente las herramientas tecnológicas en el desarrollo del proceso enseñanza-aprendizaje. El investigador no encontró estudios hechos en Puerto Rico sobre el rol que desempeñan el uso de las nuevas tecnologías en los programas de preparación de maestros y la percepción que tienen éstos sobre su uso. 51 Capítulo III Metodología En Puerto Rico, como se demuestra en la revisión de la literatura, existe poca investigación en torno al uso de la tecnología en el proceso de enseñanza de las ciencias y la evidencia de investigación sobre la utilización de las simulaciones educativas en computadoras es aún menor. La literatura sugiere que el éxito en el uso de las simulaciones en computadora en la enseñanza de ciencias depende en cómo se incorpora en el currículo y cómo los maestros la utilizan (Sahin, 2006). Sin embargo, no existe evidencia que demuestre categóricamente la efectividad y eficiencia de las simulaciones en computadora en el proceso de enseñanza y aprendizaje debido a que algunos estudios han demostrado efectos positivos y otros no (Hwang, 2006). También, se ha demostrado que a los candidatos a maestros no se les prepara adecuadamente para integrar la tecnología para lograr el aprendizaje de los estudiantes; y que no están familiarizados con las herramientas más avanzadas como las simulaciones y las aplicaciones para resolver problemas, entre otras (Koc & Bakir, 2010). El propósito de esta investigación fue documentar el rol que las simulaciones educativas pueden desempeñar en los salones de clase como proveedoras de experiencias de aprendizaje constructivistas, desde el punto de vista de los candidatos a maestros que participaron en la investigación. Se buscó establecer diferencias, si alguna, entre la enseñanza tradicional directa y la enseñanza constructivista que hace uso de simulaciones en computadora y su efecto en el aprendizaje de los candidatos a maestros. También, se investigaron otros posibles efectos del uso de las simulaciones, como técnica de enseñanza, en las creencias y prácticas de los candidatos a maestros. En la búsqueda de este 52 conocimiento, se utilizó el método cuantitativo enmarcado en un diseño cuasi experimental, en el que se usó, además, un enfoque descriptivo. Como se estableció en el Capítulo I, este estudio se dirigió por dos hipótesis nulas y cinco preguntas de investigación: Hipóteis: Ho1: No existen diferencias significativas en el aprendizaje de conceptos de ciencias entre los candidatos a maestros que utilizan las simulaciones educativas en computadoras y los que son enseñados de manera tradicional. Ho 2: No se producen cambios en las creencias y prácticas de enseñanza de los candidatos a maestros luego de su participación con las simulaciones educativas como técnica para integrar la tecnología de manera constructivista. Preguntas de Investigación: 1. ¿Cuán efectivas son las simulaciones educativas en computadoras para lograr el aprendizaje de conceptos de ciencias versus la enseñanza tradicional? 2. ¿Qué evidencia de cambios ocurren en las prácticas de enseñanza y aprendizaje de los candidatos a maestros cuando utilizan las simulaciones en el desarrollo de lecciones de ciencias con un enfoque constructivista? 3. ¿Cuáles son los criterios a considerar al seleccionar, evaluar y utilizar simulaciones para desarrollar lecciones constructivistas desde la perspectiva de los candidatos a maestros participantes? 4. ¿Cómo las experiencias pedagógicas, utilizando simulaciones, provoca cambios en las creencias de los candidatos a maestros con respecto al uso de las simulaciones con un enfoque constructivista? 53 5. ¿Cuáles son las ventajas y desventajas que los candidatos a maestros señalan sobre el uso de simulaciones educativas en el proceso de enseñanzaaprendizaje de conceptos de ciencias? Justificación del Método Esta investigación tuvo como meta establecer relaciones de causa y efecto, por lo tanto el método más adecuado para cumplir con este objetivo lo fue el paradigma cuantitativo. Además, el propósito del estudio fue entender y evidenciar de manera cuantitativa cuán efectivas pueden ser las simulaciones para lograr mejorar la enseñanza y el aprendizaje significativo de los candidatos a maestros participantes. Fraenkel y Wallen (2006) indican que este método de investigación es el mejor para probar hipótesis sobre la relaciones de causa y efecto entre las variables. También, el método cuantitativo pretende explicar y predecir los fenómenos investigados, al buscar regularidades y relaciones causales entre elementos (Hernández, Fernández & Baptista, 2006). El método permite a los investigadores probar hipótesis para contestar las preguntas de investigación o para encontrar apoyo a una teoría, lo cual requiere utilizar datos empíricos (Lawrence, 2007). Para Lawrence, cada hipótesis representa una explicación para la variable dependiente. La recolección de los datos cuantitativos se fundamenta en la medición (se miden variables o conceptos contenidos en las hipótesis) mediante procedimientos estandarizados y aceptados por una comunidad científica (Hernández, Fernández & Baptista, 2006). Los datos obtenidos se analizan a través de métodos estadísticos y los resultados permiten establecer relación entre las variables y corroborar las hipótesis. La investigación, estructurada y realizada correctamente, proporciona al investigador una proposición de 54 causa y efecto, respecto a la relación entre la variable independiente y la variable dependiente (Kerlinger & Lee, 2002). Diseño El diseño de esta investigación es uno cuasi experimental, realizado con grupos no equivalentes y con un enfoque descriptivo. La finalidad de las investigaciones experimentales y cuasi experimentales es poder probar relaciones de causa y efecto (Charles, 1995). El cuasi experimento permite obtener resultados similares a los de la investigación experimental aún en situaciones en las que no es posible cumplir con todos los requisitos del diseño experimental, como es el igualar los grupos de manera aleatoria. El experimento verdadero requiere la manipulación de por lo menos una variable independiente, la asignación aleatoria de los participantes a los grupos y del tratamiento a los grupos (Kerlinger & Lee, 2002). En el diseño cuasi experimental el investigador no puede hacer la asignación al azar de los sujetos a los grupos experimentales y de control, pero sí puede controlar cuándo aplicar el tratamiento y a cuál de los grupos aplicarlo. En este estudio, se utilizó el diseño cuasi experimental de grupo experimental y grupo control con pre y pos prueba. De acuerdo con Kerlinger y Lee (2002), este diseño es el más utilizado, aunque no se tiene mucha seguridad de que los grupos sean equivalentes por la falta de asignación aleatoria de los participantes. Se utilizaron dos grupos intactos o ya constituidos antes del estudio, los cuales estaban matriculados en un curso de educación, en la misma universidad y con el mismo profesor. Selección de la Muestra. Los sujetos seleccionados para participar en el estudio son estudiantes de una universidad privada del área metropolitana, en Puerto Rico y candidatos a maestros de 55 escuela elemental. Los grupos seleccionados ya estaban constituidos o previamente formados, lo cual es una característica del diseño cuasi experimental. Los grupos intactos surgen o se forman de manera independiente o aparte del experimento (Hernández, Fernández & Baptista, 2006). El tamaño de los grupos, en este tipo de investigación, debe ser de un mínimo de 15 estudiantes (Charles, 1995; Fraenkel & Wallen, 2006). La selección de los grupos se realizó por la disposición del profesor que ofrecía el curso para participar en el estudio. Criterios de Selección. Con el fin de identificar a los participantes del estudio, se establecieron los siguientes criterios de selección: Ser estudiante universitario y estar matriculado en un curso curricular de enseñanza a nivel elemental. El curso curricular debe formar parte de su preparación y así obtener su certificación como maestro. Debe cursar al menos su segundo año de estudios universitarios en el área de educación. Descripción del Escenario de la Investigación La investigación se realizó en una universidad privada del área metropolitana. El Departamento de Educación de esa universidad, tiene como visión formar profesionales que se destaquen por la excelencia de sus ejecutorias dispuestos y comprometidos con la justicia, la igualdad, el respeto a la dignidad de todas las formas de vida social y ambiental y el amor a la humanidad. Además, procura exponer a sus integrantes a las más diversas 56 opiniones, teorías, conocimientos y experiencias, con el propósito de enriquecer su formación como profesionales de la educación comprometidos con la excelencia. El Departamento de Educación de la universidad afirma que la educación es un proceso continuo y permanente. Ese proceso educativo a la vez debe ser liberador y promotor de solidaridad y justicia social. También, se reafirma en una educación fundamentada en una visión humanista y que corresponda a la tecnología enmarcada en la mejor tradición educativa puertorriqueña. Su trabajo está dirigido hacia la promoción del enriquecimiento cognoscitivo, afectivo y de destrezas de los estudiantes, fomentando el uso de la investigación, del pensamiento lógico, crítico y creativo en la búsqueda de soluciones a los problemas educativos. Instrumentos En esta investigación se diseñaron dos instrumentos para recoger los datos: el instrumento de la pre y pos prueba y un cuestionario. Pre prueba y Pos prueba. El instrumento de la pre y pos prueba fue construido por el investigador con el objetivo de medir el aprovechamiento de los participantes (Véase Apéndice A). El mismo consiste de preguntas de selección múltiple y solución de problemas. A los investigadores le gusta utilizar pruebas porque los datos numéricos que se obtienen son más precisos que los datos verbales (Charles, 1995). Las pruebas son herramientas que permiten medir el aprovechamiento o conocimiento alcanzado como resultado de una actividad de aprendizaje. También, se pueden utilizar para comparar la ejecución entre individuos o grupos en un momento dado. 57 Para establecer la validez del instrumento de la pre y pos prueba, se sometió al juicio de un grupo de profesores expertos, tanto en el área de la construcción de los ejercicios como en la de contenido. La validez de contenido no puede ser computada y está determinada por el juicio de los expertos (Charles, 1995). Estos profesores también evaluaron las lecciones que fueron impartidas y determinaron que las mismas están alineadas con los ejercicios que se utilizaron en la pre y en la pos prueba. Para establecer la confiabilidad de la pre y la pos prueba se utilizó el coeficiente alfa de Cronbach como recomiendan Frankel y Wallen (2006). Cuestionario El cuestionario que se utilizó en este estudio fue diseñado por el investigador (Véase Apéndices B). El mismo cuenta de tres secciones. La primera sección permitió recoger la información demográfica básica de los participantes, la cual incluye el género, edad, años de estudio, programa académico y área de concentración, si estudió en escuela pública o colegio privado, si es estudiante a tiempo completo y si tiene alguna otra preparación académica. Esto con el objetivo de describir el perfil de los participantes. La segunda sección consiste de una pregunta cerrada con varias premisas que busca establecer el grado de preparación recibida por los participantes del estudio sobre la integración de simulaciones en el proceso de enseñanza y aprendizaje como parte de su formación universitaria para ser maestro. La tercera parte consiste de preguntas dirigidas a conocer si ocurren cambios en las creencias pedagógicas de los participantes en cuanto al uso de las simulaciones como herramienta de enseñanza y de esta manera poder someter a prueba la hipótesis número dos. También, se buscó identificar algunas ventajas y desventajas que perciben los 58 candidatos a maestros sobre el uso de las simulaciones en la enseñanza de conceptos de ciencias. Todas las preguntas son cerradas, las cuales tienen de tres a cinco alternativas para que los candidatos marquen. A cada alternativa se le asignó una puntuación: Preguntas con tres alternativas—La alternativa Ventaja recibió una puntuación de 3, la alternativa Desventaja, 2 y la alternativa Ninguna, 1. Preguntas con cuatro alternativas—la alternativa Muy bien preparado se le asignó una puntuación de 4, a la alternativa Bien preparado, 3, a la alternativa Poco preparado, 2 y a la alternativa No preparado, 1. Preguntas con cinco alternativas—la alternativa Totalmente de acuerdo se le asignó una puntuación de 5, a la alternativa De acuerdo, 4, a la alternativa Neutral, 3, a la alternativa Poco de acuerdo, 2 y a la alternativa En desacuerdo, 1. Según Henerson, Lyons y Taylor (1989), gran parte de la validez del constructo y validez de contenido de un instrumento de investigación, se fundamenta en las opiniones y recomendaciones que realizan los especialistas. Para cumplir con este requisito, el cuestionario de esta investigación se sometió a tres profesores expertos para que lo revisaran y sugirieran los cambios necesarios para mejorar la claridad y precisión del mismo. Todas las recomendaciones se incorporaron al cuestionario. La confiabilidad de este instrumento se estableció a través de su administración en el estudio piloto. Fases de la Investigación Esta investigación consistió de dos fases. En la primera fase, se hizo un estudio piloto y en la segunda fase, el estudio principal. 59 Estudio piloto. El estudio piloto se realizó con un grupo con características similares a las de los grupos que se utilizaron en el estudio principal y con el mismo profesor. El grupo estuvo compuesto por 11 estudiantes, los cuales fueron orientados sobre todos los aspectos de la investigación mediante la discusión de la Hoja Informativa (Véase Apéndice F) que le fue entregada. Discutida la Hoja y aclarada las posibles dudas, todos los integrantes decidieron participar, pero solo 8 permanecieron hasta el final. Los participantes en el estudio piloto recibieron el tratamiento experimental de la investigación. El perfil demográfico de los participantes se presenta en la Tabla 1 que aparece a continuación. 60 Tabla 1: Descripción demográfica de los participantes del estudio piloto Categoría Edad Género Frecuencia Menor de 21 Mayor de 21 Femenino Masculino Escuela donde estudió Pública Privada Ambas Años de estudios universitarios 1 2-5 6 ó más Programa Académico Educación Otros Concentración del grado a obtener Educación Elemental Otra Créditos aprobados en educación 0 – 15 16- 30 31 ó más Cursos aprobados en tecnología 0 1–3 4 ó más Estudiante a tiempo Completo Parcial Otra preparación académica Por ciento (%) 1 7 12.5 87.5 8 0 100 0 3 4 1 37.5 50 12.5 0 5 3 0 62.5 37.5 8 0 100 0 8 0 100 0 2 2 3 25 25 38 1 6 0 12.5 75 0 6 2 1 75 2 12 La información demográfica de los participantes reflejó que todos cumplieron con los criterios de participación establecidos; ser estudiante universitario y estar matriculado en un curso curricular de enseñanza a nivel elemental que sea parte de su formación como 61 maestro y estar cursando al menos su segundo año de estudios universitarios en el área de educación. Como parte del estudio piloto, se administraron la pre prueba, la pos prueba y el pre y pos cuestionario. En ambos instrumentos, los ejercicios disponían de espacios para comentarios de los participantes, como sugieren Hernández, Fernández y Baptista (2006). Además, se les permitió a los participantes ofrecer sus opiniones en relación a los instrumentos, tales como si los consideran demasiado extensos o corto, identificar términos complejos o ambiguos, redacción confusa y otras posibles sugerencias. También, como sugiere Lawrence (2007), al finalizar el estudio piloto, el investigador entrevistó a algunos de los sujetos participantes para conocer aspectos de la investigación que ellos estimaron necesitaban ser mejorados. En el estudio piloto, se utilizó las lecciones desarrolladas por el investigador (Véase Apéndices D y E). Las lecciones fueron diseñadas con el mismo contenido utilizado en el estudio principal. Los temas de las lecciones fueron densidad y pH. Las clases del grupo del estudio piloto se ofrecieron utilizando computadoras para que los participantes pudieran manejar las simulaciones con un enfoque constructivista. Para establecer la confiabilidad de la prueba se realizó un análisis de ítems mediante el cálculo del coeficiente alfa de Cronbach. El coeficiente alfa obtenido fue de 0.7 (Véase Apéndice K) y el mismo es considerado alto (Crocker & Algina, 1986). El análisis de confiabilidad indicaba las propiedades sicométricas de cada ítem. La confiabilidad de una prueba se calcula al correlacionar las puntuaciones obtenidas por los mismos individuos en diferentes ocasiones (Ary, Jacobs & Razavieh, 1985). A la luz de estos análisis, se revisaron varios ejercicios que obtuvieron una correlación punto-biseral 62 baja. Estos ítems tenían un nivel de dificultad alto, lo cual significa que eran muy fáciles ya que prácticamente todos los participantes los contestaron correctamente. Los cambios realizados a los ejercicios de la prueba se sometieron nuevamente a la revisión de un experto y a la Junta Revisora de la Universidad del Turabo para su aprobación (Véase Apéndice G). Datos cuantitativos estudio piloto. Para comparar los resultados de la pre prueba con los de la pos prueba y determinar si existía diferencia significativa en el aprovechamiento de los participantes antes y después del tratamiento, se utilizó una prueba t para muestras pareadas. Los resultados de este análisis se presentan en la Tabla 2: Tabla 2 Estadísticas descriptivas de la prueba antes y después Prueba Pre Media 5.38 N 8 Desviación Estándar 2.326 Error Estándar .822 Pos Prueba t Pareadas 17.25 8 3.240 1.146 11.85 8 3.482 1.231 El análisis de los datos permitió establecer una diferencia significativa entre ambas pruebas (p = .000) y sugieren que la utilización de las simulaciones para la enseñanza del contenido mejoró significativamente el aprovechamiento de los participantes (-t (7) = 9.65, p < .05). También, se obtuvieron los porcentajes de cada estudiante en la pre prueba y pos prueba y se compararon para determinar la diferencia o ganancia alcanzada. Los datos demuestran una ganancia en el aprovechamiento de todos los estudiantes y la misma oscila 63 entre un mínimo de 26 % hasta un máximo de 74 %. En la Tabla 3 se presentan los porcentajes obtenidos por cada participante en la pre prueba y la pos-prueba y la diferencia en puntos y por cientos entre ambas pruebas. Tabla 3: Comparación de resultados de pre y pos prueba y ganancia de cada participante Código del Pre Prueba participante Puntos % C 02 4 17 C 03 4 17 4 17 C 05 C 06 5 22 C 07 5 22 C 08 3 13 C 09 9 39 C 11 9 39 Valor de la Prueba: 23 Pos Prueba Puntos % 17 70 15 65 14 61 18 78 22 96 12 52 19 83 15 65 Diferencias Puntos 13 11 10 13 17 9 10 6 % 53 48 43 58 74 39 44 26 Datos cuantitativos de los cuestionarios Para establecer si se percibieron cambios en las creencias y opiniones de los candidatos a maestros sobre las simulaciones educativas, como herramienta para enseñar, se administró un cuestionario al grupo antes y después del tratamiento. Las preguntas 1 y 3, solo aparecieron en el pre cuestionario porque estuvieron dirigidas a obtener información sobre experiencias educativas previas utilizando las simulaciones para aprender, conocer si estaban convencidos de utilizarlas cuando sean maestros y el grado de preparación alcanzado en su preparación para ser maestros sobre diferentes aspectos relacionados a las simulaciones. La primera pregunta del pre cuestionario buscó establecer si los participantes habían tenido la oportunidad de utilizar simulaciones como parte de su vida estudiantil universitaria o de la escuela. La información obtenida reflejó que 6 de los 8 participantes (el 75 %) nunca había tenido la oportunidad de utilizar una simulación para 64 aprender y que solo un participante tuvo una experiencia y otro participante había tenido de dos a tres experiencias. Sin embargo, y a pesar de que la mayoría no había tenido la experiencia de trabajar con las simulaciones como parte de una de sus clases como estudiante, el 63 % contestó en la pregunta número dos que está muy convencido de que las utilizará cuando tenga la oportunidad de ser maestro. El restante 37 % señaló estar poco convencido de utilizarlas y ninguno dijo no estar convencido. Luego de la experiencia de utilizar las simulaciones, todos los participantes (100 %) manifestaron estar muy convencido de que las utilizarán cuando se conviertan en maestros. El resumen de las contestaciones a la pregunta 3, referente al grado o nivel de conocimiento que han desarrollado o alcanzado en su preparación para ser maestro en diferentes áreas relacionadas al uso de las simulaciones, se expone en la Tabla 4. Tabla 4: Resumen del nivel de conocimiento alcanzado en uso de simulaciones Áreas Muy bien Preparado 1. Utilización de simulaciones educativas para aprender en mis clases. 2. Adiestramiento en cómo integrar las simulaciones en el proceso de enseñanza-aprendizaje utilizando diferentes estrategias. 3. Práctica en cómo desarrollar lecciones constructivistas utilizando simulaciones. 4. Capacitación para guiar a los estudiantes a alcanzar niveles altos de pensamiento utilizando simulaciones. 5. Capacitación para atender las necesidades individuales de los estudiantes al utilizar simulaciones. 6. Capacitación sobre los criterios a considerar al seleccionar una simulación. 65 Bien preparado Poco preparado No preparado 12 % 88 % 12 % 88 % 12 % 88 % 12 % 88 % 12 % 88 % 12% 88% En la interpretación de todas las opiniones de los participantes, se comprobó fácilmente que en los seis aspectos que incluye la pregunta, la gran mayoría (88 %) manifestó no sentirse preparado en esta área como parte de su formación para ser maestro. Solo uno de los participantes señaló estar poco preparado sobre estos aspectos tan importantes relacionados a la utilización efectiva de las simulaciones educativas como alternativa para la enseñanza. En las preguntas 4 a la 6, se administraron en ambos cuestionarios. La pregunta 4 buscó establecer antes y después del tratamiento, cuáles deben ser los criterios a considerar al seleccionar, utilizar y evaluar simulaciones para desarrollar lecciones constructivistas según los participantes. Los resultados se presentan en la Tabla 5 de acuerdo al porcentaje de contestación para cada uno de los diez criterios incluidos en la pregunta. La escala utilizada fue: TD = Totalmente de Acuerdo (Definitivamente sí), DA = De Acuerdo (Probablemente sí), Neutral = Ni de acuerdo, ni en desacuerdo (Indeciso), PC = Poco de Acuerdo (Probablemente no), ED = En Desacuerdo (Definitivamente no). 66 Tabla 5: Criterios a considerar al seleccionar, utilizar y evaluar simulaciones para desarrollar lecciones constructivistas según los candidatos a maestros Criterio 1. Alineación con el currículo y el contenido. Pre Pos 2. Que correspondan a estrategias y métodos adecuados de enseñanza. Pre Pos 3. Efectividad para lograr aprendizaje. Pre Pos 4. Favorecer las destrezas de alto nivel de pensamiento. Pre Pos 5. Interactividad, permiten manipular y controlar variables. Pre Pos 6. Infraestructura (computadora, proyector, Internet, otras). Pre Pos 7. Calidad de las animaciones Pre Pos 8. Complejidad Pre Pos 9. Costo Pre Pos 10. Idioma Pre Pos TD DA Neutral 12.5 % 0 PC DE 0 0 0 0 62.5 % 100 % 25 % 0 87.5 % 100 % 12.5 % 0 0 0 0 0 0 0 100 % 100 % 0 0 0 0 0 0 0 0 100 % 100 % 0 0 0 0 0 0 0 0 62.5 % 100 % 37.5 % 0 0 0 0 0 0 0 62.5 % 87.5 % 37.5 % 12.5 % 0 0 0 0 0 0 50 % 75 % 37.5 % 25 % 12.5 % 0 0 0 0 0 25 % 62.5 % 37.5 % 12.5 % 25 % 25 % 12.5 % 0 0 0 50 % 75 % 12.5 % 0 25 % 25 % 12.5 % 0 0 0 37.5 % 50 % 37.5 % 12.5 % 25 5 37.5 % 0 0 0 0 Al comparar y analizar todas las opiniones de los candidatos a maestros antes y después del tratamiento, se pudo observar que, excepto en los criterios 2 y 3 que permanecieron igual, en todos los demás aumentó el porcentaje de los que manifestaron estar totalmente de acuerdo con los criterios a considerar cuando se va seleccionar una simulación como herramienta de enseñanza. A base de los resultados, se comprobó que 67 hubo cambios en las creencias de los candidatos a maestros y que la mayoría de los cambios son positivos. La pregunta 5 de los cuestionarios, buscó establecer la creencia que tienen los candidatos a maestros participantes antes y después del tratamiento sobre diferentes afirmaciones relacionadas a la utilización de las simulaciones para enseñar con un enfoque constructivista. Los resultados se presentan en la Tabla 6 de acuerdo al porcentaje de contestaciones para cada uno de los ocho criterios incluidos en la pregunta. La escala utilizada fue: TD = Totalmente de Acuerdo (Definitivamente sí), DA = De Acuerdo (Probablemente sí), Neutral = Ni de acuerdo, ni en desacuerdo (Indeciso), PC = Poco de Acuerdo (Probablemente no), ED = En Desacuerdo (Definitivamente no). 68 Tabla 6: Creencias de los candidatos a maestros sobre la utilización de las simulaciones para enseñar con un enfoque constructivista Criterio TD DA Neutral PC DE 1. Facilitan la comprensión de conceptos que se hacen difíciles por métodos tradicionales de enseñanza Pre 50 % 50 % 0 0 0 Pos 87.5 % 12.5 0 0 0 2. Estimulan el pensamiento crítico y la creatividad Pre 75 % 0 25 0 0 Pos 75 % 12.5 % 12.5 % 0 0 3. Aumentan la motivación y el interés de los estudiantes hacia las ciencias naturales Pre 62.5 % 25 % 12.5% 0 0 Pos 100 % 0 0 0 0 4. Favorecen la enseñanza constructivista Pre 62.5 % 25 % 12.5 % 0 0 Pos 87.5 % 12.5 % 0 0 0 5. Estimulan el aprendizaje de los estudiantes Pre 75 % 12.5 % 12.5% 0 0 Pos 87.5 % 12.5 % 0 0 0 6. Son tan efectivas como las experiencias reales para lograr aprendizaje significativo Pre 25 % 25 % 50 % 0 0 Pos 50 % 50 % 0 0 0 7. Promueven el aprendizaje colaborativo en los estudiantes Pre 37.5 % 37.5 % 25 % 0 0 Pos 75 % 12.5 % 12.5 % 0 0 8. Atienden las diferencias individuales de los estudiantes en el proceso de aprender Pre 25 % 37.5 % 37.5 % 0 0 Pos 62.5 % 37.5 % 0 0 0 Los resultados obtenidos, en la pregunta 5, demuestran cambios en las creencias de los participantes. Con la excepción del criterio 2, en todos los demás hubo un movimiento hacia las afirmaciones totalmente de acuerdo (TD) y de acuerdo (DE). Para conocer cuáles son las ventajas y desventajas que los candidatos a maestros señalan sobre el uso de simulaciones educativas en el proceso de enseñanza-aprendizaje de conceptos de ciencias, se utilizó la pregunta 6 del cuestionario. La Tabla 7 presenta los resultados obtenidos sobre este aspecto. 69 Tabla 7: Ventajas y desventajas del uso de las simulaciones según los candidatos a maestros Criterio Ventaja Desventaja Ninguna 1. Promover en los estudiantes la investigación y el descubrimiento Pre 75 % 0 25 % Pos 100 % 0 0 2. El estudiante se responsabiliza por su aprendizaje Pre 62.5 % 37.5 % 0 Pos 100 % 0 0 3. Capacidad de poder adaptarlas a las necesidades y estilos de aprendizaje de los estudiantes Pre 88.5 % 0 12.5 % Pos 88.5 % 12.5 % 0 4. Flexibilidad para poder ser utilizadas con estudiantes de cualquier grado Pre 88.5 % 0 12.5 % Pos 100 % 0 0 5. Poder sustituir experiencias de aprendizaje reales (excursión, laboratorio) con fidelidad Pre 0 75 % 25 % Pos 62.5 % 25 % 12.5 % 6. Capacidad de desarrollar destrezas manuales en los estudiantes al realizar actividades de laboratorio Pre 62.5 % 0 25 % Pos 88.5 % 12.5 % 0 7. Las capacidades gráficas y las animaciones que permiten trascender restricciones de tiempo y espacio Pre 75 % 0 25 % Pos 100 % 0 0 8. La retroalimentación que proveen Pre 88.5 % 0 12.5 % Pos 100 % 0 0 9. Flexibilidad para diversificar las clases y romper la rutina Pre 100 % 0 0 Pos 100 % 0 0 10. La preparación de los maestros para utilizarlas Pre 62.5 % 25 % 12.5 % Pos 75 % 25 % 0 11. El tiempo que necesita el maestro para preparar y realizar las lecciones Pre 25 % 62.5 % 12.5 % Pos 62.5 % 12.5 % 25 % 12. Requieren dominio de la tecnología por el estudiante Pre 50 % 25 % 25 % Pos 75 % 25 % 0 13. Su costo y disponibilidad Pre 0 100 % 0 Pos 25 % 62.5 % 12.5 % Los datos demuestran que en los criterios 3 y 9, la columna de ventaja permaneció con el mismo porcentaje en el pre y pos cuestionario. En los restantes 11 criterios la columna de ventaja tuvo ganancia aumentando así los porcentajes. Un dato interesante es que el por 70 ciento mayor de cambio de desventaja hacia ventaja (62.5 %) ocurrió en el criterio número 5 que establece que las simulaciones pueden ser utilizadas para sustituir experiencias de aprendizaje (excursión, laboratorio) con fidelidad. Con anterioridad a tener la experiencia de utilizar las simulaciones para aprender, el 75 % de los participantes había señalado este criterio como una desventaja de las simulaciones. Además, cabe destacar que la columna de ninguna solo reflejó un aumento de un 12.5 %, equivalente a un participante para los criterios 11 y 13. Limitaciones estudio piloto. El tamaño y la homogeneidad del grupo resultaron ser los factores más limitantes del estudio. De los 11 candidatos a maestros que comenzaron en el grupo, solo 8 completaron su participación en el estudio y todas eran féminas. Una muestra más grande y heterogénea tal vez pueda presentar cambios en los datos. En la investigación principal se utilizaron dos grupos con un mayor número de participantes lo que permitió una recopilación de datos más extensa. Estudio Principal. El estudio principal de esta investigación se realizó con dos grupos de estudiantes universitarios que debieron presentar las siguientes características: (a) ser estudiante universitario y estar matriculado en un curso curricular de enseñanza a nivel elemental; (b) el curso curricular debe formar parte de su preparación para así obtener su certificación como maestro y (c) debe cursar al menos su segundo año de estudios universitarios en el área de educación. En el proceso, se organizó un grupo experimental y un grupo control. El grupo experimental trabajó con las simulaciones y el grupo control con el método tradicional. El 71 investigador creó lecciones sobre los mismos temas, tanto para el grupo experimental como para el grupo control (Véase Apéndices D y E). El procedimiento utilizado se describe en la próxima sección de este capítulo. Procedimiento para Realizar el Estudio Antes de comenzar con el estudio, el investigador debió cumplir con todas las certificaciones y requisitos establecidos por la Oficina de Cumplimiento de la Universidad del Turabo y el IRB tales como: la Junta Revisión Institucional o (IRB, por sus siglas en inglés), el Programa de Protección para Investigación con humanos (HIPAA, por sus siglas en inglés) y Conducta de Investigación Responsable (RCR, por sus siglas en inglés), (Véase Apéndice G). Además, se solicitó la autorización a la universidad en la cual se llevó a cabo el estudio (Véase Apéndices H e I). A los estudiantes candidatos a maestros que conformaron los grupos se les ofreció una orientación sobre el procedimiento y todos los aspectos relacionados con la investigación. A los que decidieron participar libre y voluntariamente se les entregó una Hoja Informativa (Véase Apéndice F). El mismo procedimiento se realizó con el grupo del estudio piloto. Se utilizaron las simulaciones PhET (Physics Education Technology Project) de la Universidad de Colorado en Boulder, las cuales están disponibles a través de la Internet. El título de las tres simulaciones utilizadas son: Densidad, Escala de pH y Ácidos y bases. Estas simulaciones están escritas tanto en inglés como en español, para ser utilizadas por cualquier persona libre de costo y sin necesidad de solicitar autorización. Para este estudio, el investigador cuenta con la autorización de la Universidad de Colorado (Véase Apéndice J). Las simulaciones se utilizaron para enseñar conceptos de ciencias al grupo 72 experimental, mientras que el grupo control recibió la enseñanza de los mismos conceptos de manera tradicional. El investigador determinó mediante sorteo a qué grupo le correspondió ser el grupo experimental y cuál el grupo control. Como ya se indicó, el investigador desarrolló lecciones sobre los mismos temas para las clases tradicionales y las que utilizaron las simulaciones. Validez y Confiabilidad. La falta de aleatorización introduce posibles amenazas de validez interna y externa (Weiss, citado en Hernández, Fernández & Baptista, 2006). La validez se refiere al grado en que la evidencia sustenta cualquier inferencia hecha por el investigador basada en los datos obtenidos mediante un instrumento en particular (Frankel & Wallen, 2006). Para evitar afectar de forma adversa la validez interna, se estableció la mayor semejanza posible entre los grupos, al tomar en consideración las siguientes características o variables: que sean de la misma universidad, que estén tomando el curso con el mismo profesor, que se emplee el mismo tiempo para desarrollar las lecciones y que se estén preparando para ser maestros. También, se obtuvo otra información pertinente como: créditos aprobados en educación y tecnología, edad, género y otros, que ayuden establecer la semejanza entre ambos grupos. Además, se asignó el tratamiento o estímulos a los grupos de manera al azar. Para mantener la equivalencia de los grupos durante el experimento, se discutieron los mismos temas con la misma duración y en salones libres de perturbaciones y agradables. 73 Procedimiento para la Recopilación de los Datos Para obtener los datos cuantitativos, se utilizó el instrumento de pre prueba y pos prueba. Según se indicó, la prueba fue creada por el investigador y validada por un grupo de expertos y por el estudio piloto. El método requiere administrar a los grupos la misma prueba dos veces, al comienzo y luego de transcurrido cierto intervalo de tiempo y de ofrecerse las lecciones (Frankel & Wallen, 2006). Luego se determina el coeficiente de confiabilidad para establecer las relaciones entre los dos conjuntos de puntuaciones obtenidas. Los datos descriptivos se obtuvieron mediante la administración de un cuestionario. Pre prueba y pos prueba. En este estudio para probar la hipótesis Ho1, si existen diferencias significativas en el aprendizaje de conceptos de ciencias entre los estudiantes que utilizan las simulaciones educativas en computadoras (grupo experimental) versus los que son enseñados de manera tradicional (grupo control), se les suministró la pre prueba antes del inicio del tratamiento. La pre prueba se administró para medir los conocimientos que poseen los participantes candidatos a maestros sobre los conceptos y el contenido de ciencias que se trabajó a través de las lecciones. Los datos obtenidos a través de la pre prueba y la pos prueba se analizaron estadísticamente con el programado de computadora Statistical Package for the Social Sciences (SPSS, por sus siglas en inglés) y Excel. Luego de la administración de la pre prueba, al grupo experimental se le impartió las clases mediante el uso de simulaciones y al grupo control, de manera tradicional. Al finalizar las lecciones, se les administró la pos prueba a ambos grupos para determinar cuánto dominio o aprendizaje del contenido lograron alcanzar. 74 Los resultados de la pre prueba se compararon y analizaron con los de la pos prueba para establecer si existe diferencia significativa en el aprendizaje de los grupos. No fue necesario utilizar la pre prueba como un covariado para comprobar la equivalencia inicial de los grupos mediante un Análisis de Covarianza (ANCOVA). El análisis de covarianza (ANCOVA) se hace cuando se quiere controlar las diferencias que hay en los grupos control y experimental en la pre prueba. En este caso, no hay diferencia en la pre prueba, ya que la significatividad estadística es .156 (p > .05). Por lo tanto, no se justifica la prueba de ANCOVA. De hecho, no se encontró diferencia estadística significativa en la pos prueba entre los grupos control y experimental (p = .858). Se utilizó el mismo instrumento tanto para la pre prueba como para la pos prueba. Cuestionarios Al grupo experimental se le administró un cuestionario antes y después del tratamiento. El cuestionario es una forma efectiva, eficiente y rápida de extraer una gran cantidad de información y respuestas de los participantes en un corto periodo de tiempo para describir actitudes, opiniones, comportamientos y características de una población (Charles, 1995; Creswell, 2005, citado en Petras, 2010). Este instrumento es construido de forma paralela a las sub preguntas de investigación y puede requerirle al informante seleccionar contestaciones provistas u ofrecer las contestaciones (Charles, 1995). El cuestionario que se utilizó en este estudio fue diseñado por el investigador, según se indicó. Este cuenta con una sección demográfica y una pregunta cerrada con diferentes premisas con el objetivo de obtener un perfil de los candidatos a maestros participantes. La información demográfica básica incluye el género, edad, años de estudio, programa académico y área de concentración, escuela pública o colegio privado donde 75 estudio, si es estudiante a tiempo completo y si tiene alguna otra preparación académica. Esta información, también, se les requirió a los participantes del grupo control, mediante la primera página del cuestionario. La pregunta cerrada con varias premisas buscó establecer el grado de preparación recibida sobre la integración de la tecnología en el proceso de enseñanza y aprendizaje, como parte de su formación universitaria para ser maestro. Las demás preguntas estuvieron dirigidas a conocer si ocurren cambios en sus creencias pedagógicas en cuanto al uso de las simulaciones como herramienta de enseñanza y de esta manera poder someter a prueba la hipótesis Ho 2. También, se buscó, a través de las preguntas, identificar algunas ventajas y desventajas que perciben los candidatos a maestros sobre el uso de las simulaciones en la enseñanza de conceptos de ciencias. Toda la información recopilada a través del cuestionario fue estrictamente confidencial y sólo el investigador tuvo acceso a la misma. También se garantizó la confidencialidad de los participantes, quienes no tuvieron que identificarse con su nombre o número de estudiante al contestar los instrumentos. La identificación de los participantes para efecto de los instrumentos (pruebas y cuestionario) fue a través de un código numérico que el investigador les asignó para garantizarles el anonimato. Procedimiento para el Análisis de los Datos La información obtenida a través de la pre prueba y la pos prueba fue analizada estadísticamente con el programado de computadora Statistical Package for the Social Sciences (SPSS, por sus siglas en inglés) y Excel. A los resultados de la pre prueba entre el grupo control y el experimental, se les realizó un análisis de pruebas t pareadas para determinar si son comparables. También, este análisis ayudó a someter a prueba la 76 hipótesis de si existen diferencias estadísticamente significativas entre el grupo experimental y el grupo control en la pos prueba. El cuestionario fue auto-administrado (significa que fue entregado directamente a los participantes para que lo contestaran de manera individual). En el análisis de los datos, las respuestas a las preguntas fueron codificadas. Para el resumen de las estadísticas descriptivas, se calcularon por cientos. También, se utilizaron tablas y gráficas para la presentación y el análisis de los datos obtenidos. Beneficios de la Investigación para la Sociedad Aunque en los últimos años se ha incrementado el uso de las herramientas tecnológicas en los cursos de ciencias de las escuelas y universidades, en Puerto Rico no se han encontrado estudios o investigaciones que puedan determinar la efectividad del uso de las mismas en el aprendizaje de los estudiantes, específicamente con un enfoque constructivista. Esta investigación puede proveer evidencia empírica sobre la efectividad del uso de las simulaciones educativas con un enfoque constructivista en la enseñanza de temas de ciencias y sobre la percepción que tienen los candidatos maestros con el uso de las mismas. Los hallazgos del estudio pueden servir de motivación a los candidatos a maestros y a los maestros en servicio para incorporar las simulaciones, de manera constructivista en su proceso de enseñanza y aprendizaje en las clases de ciencias. Además, los hallazgos, le puede ser de utilidad a las escuelas de educación de las distintas universidades del país, responsables de la preparación de los maestros que las escuelas del Siglo XXI necesitan. Los resultados también pueden ser de utilidad para el personal del Departamento de Educación Pública, así como para escuelas y colegios privados. 77 Beneficios de la Investigación para los Colaboradores En la revisión de la literatura se evidencia que los candidatos a maestros y los maestros en servicio necesitan apoyo, conocimientos, modelos y herramientas que le faciliten el poder integrar la tecnología de forma efectiva. Una manera de lograr que los maestros enseñen integrando la tecnología y utilizando un modelo constructivista es enseñarles con un modelo similar como parte de su preparación para ser maestro (Koc & Bakir, 2010). Proveer a los candidatos maestros con oportunidades para observar e interactuar con un ambiente real o simulado de la sala de clases es un aspecto importante y crítico en la preparación de maestros de alta calidad (Hixon & So, 2009). Los candidatos a maestros participantes en esta investigación tuvieron la oportunidad de practicar y desarrollar las destrezas básicas que se requieren para utilizar las simulaciones en computadoras como herramientas de enseñanza con enfoque constructivista que ayuden a incrementar el interés y el aprovechamiento de los estudiantes. Riesgos para los Participantes de esta Investigación Los riegos de esta investigación fueron prácticamente mínimos o ninguno. Debido a esto, a esta investigación se le eximió de llenar el Consentimiento Informado y en su lugar, se le entregó una Hoja Informativa a cada candidato a maestro participante (Véase Apéndice F). En este capítulo se presentó la metodología utilizada en la investigación en sus dos fases, el estudio piloto y el estudio principal y se establecieron los objetivos de la misma. La investigación buscó determinar si existen diferencias significativas entre los estudiantes candidatos a maestros a los cuales se les enseña conceptos de ciencias de manera 78 tradicional versus los que son enseñados mediante el uso de simulaciones educativas con un enfoque constructivista. También, se buscó determinar si ocurren cambios en las creencias y opiniones de los candidatos a maestros sobre la utilización de las simulaciones como herramienta de enseñanza. En el capítulo, se describieron los criterios de participación de la muestra y su perfil demográfico. Además, se presentaron los hallazgos y el análisis de los datos del estudio piloto. En el Capítulo IV, se presentan los hallazgos obtenidos en el estudio principal y la forma en que se analizaron los datos. 79 Capítulo IV Presentación de los Hallazgos Esta investigación se dirigió a documentar cuál es el efecto que las simulaciones educativas pueden tener en el aprendizaje de los candidatos a maestros. Además, uno de los objetivos fue identificar los cambios que se producen en las creencias de los candidatos a maestros sobre el uso de las simulaciones, como proveedoras de experiencias de aprendizaje constructivistas. A su vez, en esta investigación se buscó establecer las diferencias que existen, si alguna, entre la enseñanza tradicional directa y la enseñanza constructivista que hace uso de simulaciones en computadora y su efecto en el aprendizaje de los estudiantes. Los trabajos de esta investigación se dirigieron por dos hipótesis nulas. A saber: Ho1: No existen diferencias significativas en el aprendizaje de conceptos de ciencias entre los candidatos a maestros que utilizan las simulaciones educativas en computadoras y los que son enseñados de manera tradicional. Ho 2: No se producen cambios en las creencias y prácticas de enseñanza de los candidatos a maestros luego de su participación con las simulaciones educativas como técnica para integrar la tecnología de manera constructivista. También, se investigaron otros posibles efectos del uso de las simulaciones como herramienta de enseñanza en las creencias y prácticas de los candidatos a maestros. Con el objetivo de cumplir con el propósito de la investigación, las siguientes preguntas sirvieron de guía en el desarrollo del estudio: 1 ¿Cuán efectivas son las simulaciones educativas en computadoras para lograr el aprendizaje de conceptos de ciencias versus la enseñanza tradicional? 80 2 ¿Qué evidencia de cambios ocurren en las prácticas de enseñanza y aprendizaje de los candidatos a maestros cuando utilizan las simulaciones en el desarrollo de lecciones de ciencias con un enfoque constructivista? 3 ¿Cuáles son los criterios a considerar al seleccionar, utilizar y evaluar simulaciones para desarrollar lecciones constructivistas desde la perspectiva de los candidatos a maestros participantes? 4 ¿Cómo las experiencias pedagógicas utilizando simulaciones provoca cambios en las creencias de los candidatos a maestros con respecto al uso de las simulaciones con un enfoque constructivista? 5 ¿Cuáles son las ventajas y desventajas que los candidatos a maestros señalan sobre el uso de simulaciones educativas en el proceso de enseñanza-aprendizaje de conceptos de ciencias? En esta investigación se diseñaron dos instrumentos para recoger los datos: el instrumento de la pre y pos prueba y un cuestionario para antes y después de la experiencia del grupo experimental. En los cuestionarios y las pruebas, el participante se identificó con un código para no utilizar su nombre y de esta manera mantener la confidencialidad. En ningún momento, durante la investigación, el investigador tuvo acceso al nombre de los participantes y los códigos se asignaron al azar, es decir, no se siguió un orden establecido en el salón. Perfil de los Participantes del Estudio Principal Los estudiantes participantes en la investigación son candidatos a maestros de escuela elemental, quienes estaban matriculados en el curso Edu 314 (Matemáticas para el Nivel Elemental) o en el curso Edu 480 (Seminario Integrador en Educación), como parte 81 de sus requisitos para obtener el grado. El total de participantes fue de 29. De este total, 17 estudiantes conformaron el grupo experimental que recibió la enseñanza mediante el uso de las simulaciones y 12, conformaron el grupo control al que la enseñanza se le ofreció de manera tradicional. Para establecer el perfil de los candidatos a maestros participantes, la información se obtuvo de la primera sección del cuestionario, la cual permitió recoger la información demográfica básica de los participantes, la cual incluye el género, edad, años de estudio, programa académico y área de concentración, si estudió en escuela pública o colegio privado, si es estudiante a tiempo completo y si tiene alguna otra preparación académica. De la información demográfica obtenida, los datos reflejaron que, de los 29 participantes entre ambos grupos, el 93 %, era del sexo femenino y un 7 % era del sexo masculino, quienes formaron parte del grupo control. El 52 % realizó sus estudios en la escuela pública, un 27 % en la privada y un 21 % estudió en ambas. Solo uno de los participantes cursa su segundo año de estudios universitarios mientras que los otros 28, fluctuaban entre los 5 a 8 años de estudios. El 100 % está clasificado en Educación como Programa Académico y se están preparando para ser maestros de escuela elemental, aunque tres de los participantes cuentan con otra preparación y están en búsqueda de obtener una certificación como maestros del nivel elemental. El total de créditos aprobados en educación, por los participantes, fluctuó entre los 6 y 60 créditos. El 90 % señaló haber tomado uno o más cursos en tecnología y un 10 % afirmó no haber tomado ninguno. La mayoría (79 %) son estudiantes a tiempo completo. De la información demográfica se desprende que todos los participantes cumplieron con los criterios de participación establecidos en la investigación. Esto es: ser estudiante 82 universitario y estar matriculado en un curso curricular de enseñanza a nivel elemental que fuera parte de su formación como maestro y estar cursando al menos su segundo año de estudios universitarios en el área de educación. Presentación de los Hallazgos Cuantitativos El análisis de los datos cuantitativos se realizó mediante el programa estadístico Statistical Package for the Social Sciences (SPSS, por sus siglas en inglés) y el programa Excel. Para poner a prueba la hipótesis nula Ho1, se buscó establecer diferencias, si alguna, entre la enseñanza tradicional directa y la enseñanza constructivista que hace uso de simulaciones en computadora y su efecto en el aprendizaje de los candidatos a maestros mediante la administración de la pre prueba y la pos prueba. Para establecer la confiabilidad de la prueba, se realizó un análisis de ítems mediante el cálculo del coeficiente alfa de Cronbach (Véase Apéndice L). El coeficiente alfa Cronbach obtenido fue de .88 para el grupo control y .81 para el grupo experimental. Ambos son considerados altos (Crocker y Algina, 1986) y superan el .7 obtenido en la prueba utilizada en el estudio piloto, a la cual se le realizó cambios en algunos ejercicios para aumentar su grado de dificultad. El análisis de confiabilidad indicó las propiedades sicométricas de cada ítem. Cabe señalar que todos los integrantes del grupo control fallaron en contestar el ejercicio 21 y que por lo tanto el programa estadístico no lo toma en cuenta para el análisis dado que la varianza es cero. En el grupo experimental, la Media para ese ejercicio fue de .35 y la Desviación Estándar de .493. Según los datos obtenidos de este análisis de confiabilidad, se pudo observar que en los seis ejercicios de la prueba que resultaron más difíciles (3, 4, 12, 13, 20 y 22) los integrantes del grupo experimental lograron un mayor número de contestaciones correctas, según la Media y la Desviaciones 83 Estándares obtenidas. La Tabla 8 recoge los resultados de este análisis para esos seis ejercicios. Tabla 8: Diferencias entre los grupos en contestaciones a ejercicios de mayor dificultad de las pruebas Ejercicios 3 4 12 13 20 22 Grupo Media Desviación Estándar Control .33 .492 Experimental .47 .514 Control .25 .452 Experimental .47 .514 Control .25 .452 Experimental .29 .470 Control .33 .492 Experimental .41 .507 Control .33 .492 Experimental .65 .493 Control .33 .492 Experimental .59 .507 Se utilizó una prueba t para muestras pareadas con el objetivo de comparar los resultados de la pre prueba con los de la pos prueba y determinar si existía diferencia significativa en el aprovechamiento de los participantes antes y después del tratamiento. Los resultados de este análisis se presentan en la Tabla 9: 84 Tabla 9: Estadísticas descriptivas de la prueba antes y después Prueba Estándar Grupo Control Pre Media N 2.92 12 2.151 .621 12.58 12 5.534 1.598 Grupo Experimental Pre 2.06 17 2.076 .503 17 5.049 1.225 12 5.789 17 4.552 Pos Pos 12.35 Prueba t Pareadas Grupo Control 9.667 1.671 Grupo Experimental 10.294 Desviación Estándar Error 1.104 Los datos de la Tabla 9 reflejaron una diferencia significativa entre ambas pruebas (p = .000) y sugieren que ambas modalidades de enseñanza (tradicional y con simulaciones) mejoraron significativamente el aprovechamiento de los participantes de ambos grupos: control (-t (11) = 5.78, p < .05) y experimental (-t (16) = 9.324, p < .05). Los resultados indican que los grupos control y experimental no difieren entre sí de manera significativa en la pos prueba porque la significatividad estadística es menor que el nivel de significatividad alfa establecido (p < .05). Los integrantes de ambos grupos mejoraron sus resultados en la pos prueba. Sin embargo, en la Media Aritmética (Mean) la diferencia entre la pre prueba y la pos prueba fue más alta en el grupo experimental, 10.294, versus la del grupo control que fue de 9.667. Esto es equivalente a un 7 % de diferencia a favor del grupo experimental. 85 También se compararon los porcentajes alcanzados por cada estudiante en la pre prueba y pos prueba del grupo control y el experimental. La Figura 1 recoge la comparación de los resultados del grupo control. Comparación Resultados Pre y Pos prueba por Individuo 90% 80% Porcientos 70% 60% 50% 40% Preprueba 30% Posprueba 20% 10% 0% 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Participante Figura 1. Resultados de pre prueba y pos prueba grupo control (A). La gráfica de la Figura 1 presenta los resultados en por cientos alcanzados por cada participante del grupo control, el cual recibió la enseñanza de forma tradicional. El eje de X identifica a cada participante y el eje de Y el por ciento logrado en ambas pruebas. Se demuestra en la gráfica que los 12 integrantes del grupo control mejoraron su desempeño en la pos prueba. El porcentaje de ganancia de los participantes para la pos prueba fluctuó desde el 9 % hasta un 82 %. La Figura 2 recoge la comparación de los resultados del grupo experimental, el cual recibió la enseñanza mediante el uso de simulaciones. 86 Porcientos Comparación Resultados Pre y Pos prueba por Individuo 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Preprueba Posprueba 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Participante Figura 2. Resultados de pre prueba y pos prueba grupo experimental (B). La gráfica de la Figura 2 presenta los resultados en por cientos alcanzados por cada participante del grupo experimental, en el cual se utilizaron las simulaciones para el proceso de enseñanza. El eje de X identifica los participantes y el eje de Y el por ciento obtenido en cada prueba. Según se observa en la gráfica, los 17 integrantes del grupo mejoraron su desempeño en la pos prueba. El porcentaje de ganancia de los participantes para la pos prueba fluctuó desde un 17 % hasta un 91 %. Al comparar los por cientos de ganancia de ambos grupos, se observó que los por cientos más altos alcanzados corresponden al grupo experimental. Para el análisis de los datos cuantitativos, también, se utilizó una prueba no paramétrica. Las pruebas no paramétricas se pueden utilizar cuando dos series de observaciones provienen de poblaciones distintas y son la única alternativa cuando el tamaño de la muestra es pequeño, menor de 30 casos, según lo establece Verlanga & Rubio 87 (2012). La prueba no paramétrica utilizada fue la de Wilcoxon de dos muestras con datos relacionados. El valor p determinado para el grupo control por la prueba Wilcoxon es de .002, lo que permite establecer que existe diferencia estadística significativa entre la pre prueba y pos prueba. Este resultado es igual a lo determinado con la prueba paramétrica (t pareadas). La prueba de Wilcoxon realizada a los datos de la pre prueba y pos prueba del grupo experimental presentaron un valor p de .000, lo que también evidencia que existe diferencia significativa entre la pre prueba y la pos prueba. Esta diferencia significativa es también similar a la determinada por la prueba paramétrica (t pareadas). Los resultados de las pruebas no paramétricas de Wilcoxon reflejaron resultados similares a las paramétricas. Los resultados de la prueba no paramétrica de Wilcoxon se presentan en la Tabla 10: Tabla 10: Resultados prueba Wilcoxon para pre prueba y pos prueba grupos control y experimental Grupo N Z Asymp. Sig.(2-tailed) Control 12 -3.062 .002 Experimental 17 -3.625 .000 Presentación de los Hallazgos Descriptivos Para establecer si ocurrieron cambios en las creencias y opiniones de los candidatos a maestros sobre las simulaciones educativas como herramienta de enseñanza, se administró un cuestionario al grupo experimental antes y después del tratamiento. Las preguntas 1 y 3, sólo aparecen en el pre cuestionario porque estuvieron dirigidas a obtener 88 información sobre experiencias educativas previas utilizando las simulaciones para aprender, conocer si están convencidos de utilizarlas cuando sean maestros y el grado de preparación alcanzado en su preparación para ser maestros en diferentes aspectos relacionados a las simulaciones. La primera pregunta del pre cuestionario buscó establecer si los participantes habían tenido la oportunidad de utilizar simulaciones como parte de su vida estudiantil universitaria o de la escuela. La información obtenida presenta que el 88 % nunca había tenido la oportunidad de utilizar una simulación para aprender y que solo el 12 % tuvo de 2 a 3 experiencias utilizándolas. Ese 12 % equivale a dos estudiantes de los cuales uno de ellos manifestó haber utilizado simulaciones en la universidad y el otro en ambas, en la escuela y en la universidad. La Tabla 11 presenta las contestaciones ofrecidas por los participantes a la pregunta 2 del pre y pos cuestionario, la cual se dirigió a conocer cuán convencidos están los participantes de utilizar las simulaciones como herramienta de enseñanza una vez se conviertan en maestros. Tabla 11: Contestaciones a la aceptación de simulaciones como herramienta de enseñanza Cuestionario Muy convencido Poco convencido No convencido Pre tratamiento 53 % 47 % 0 Pos tratamiento 100 % 0 0 Aunque la mayoría (88 %) de los participantes afirmó nunca haber tenido una experiencia previa utilizando simulaciones como parte de su vida estudiantil, antes de ser 89 expuestos al tratamiento de la investigación, los resultados de la Tabla 11 reflejan que poco más de la mitad (53 %) manifestó estar muy convencido de que las utilizará cuando sean maestros. El restante 47% afirmó estar poco convencido de utilizarlas. Luego de pasar por la experiencia de recibir la enseñanza de los conceptos de ciencias utilizando las simulaciones, el 100 % expresó estar muy convencido de que las utilizará cuando sean maestros. Para establecer cuán preparados se siente los candidatos a maestros participantes de la investigación para utilizar las simulaciones como herramienta de enseñanza se incluyó la pregunta 3. En la misma se les pidió que indicaran el grado o nivel de conocimiento desarrollado o alcanzado como parte de su preparación para ser maestro en diferentes áreas relacionadas al uso de las simulaciones. Los resultados se resumen en la Figura 3. Porciento de contestaciones Nivel de conocimiento alcanzado en el uso de simulaciones 100% 80% 60% Muy bien preparado 40% Bien preparado Poco preparado 20% No preparado 0% 1 2 3 4 5 6 Áreas Figura 3: Nivel de conocimiento alcanzado en el uso de las simulaciones como parte de su preparación para ser maestro Las áreas incluidas en la pregunta e incluidas en la figura anterior son las siguientes: (a) Utilización de las simulaciones para aprender en mis clases; (b) 90 Adiestramiento en cómo integrar las simulaciones en el proceso de enseñanza-aprendizaje utilizando diferentes estrategias; (c) Práctica en cómo desarrollar lecciones constructivistas utilizando simulaciones; (d) Capacitación para guiar a los estudiante a alcanzar niveles altos de pensamiento utilizando simulaciones; (e) Capacitación para atender las necesidades individuales de los estudiantes al utilizar simulaciones y (f) Capacitación sobre los criterios a considerar al seleccionar una simulación. La información presentada en la Figura 3 refleja que más del 70 % de los participantes reconoce no estar preparado en todas las áreas o aspectos incluidos en la pregunta relacionada al grado o nivel de conocimiento desarrollado o alcanzado sobre la utilización de las simulaciones educativas como parte de su formación universitaria para ser maestro de escuela elemental. Las preguntas de la 4 a la 6, se administraron en ambos cuestionarios: pre tratamiento y pos tratamiento. La pregunta 4 buscó establecer antes y después del tratamiento, cuáles deben ser los criterios a considerar al seleccionar, utilizar y evaluar simulaciones para desarrollar lecciones constructivistas, según los candidatos a maestros. Los resultados se presentan en la Tabla 12, de acuerdo al porcentaje de contestación para cada uno de los diez criterios incluidos en la pregunta. La escala utilizada fue la siguiente: TD = Totalmente de Acuerdo (Definitivamente sí); DA = De Acuerdo (Probablemente sí); Neutral = Ni de acuerdo, ni en desacuerdo (Indeciso); PC = Poco de Acuerdo (Probablemente no); ED = En Desacuerdo (Definitivamente no). 91 Tabla 12: Criterios a considerar al seleccionar, utilizar y evaluar simulaciones para desarrollar lecciones constructivistas según los candidatos a maestros Criterio TD DA 1. Alineación con el currículo y el contenido Pre 70 % 18 % Pos 82 % 18 2. Que correspondan a estrategias y métodos adecuados de enseñanza Pre 71 % 29 % Pos 82 % 18 % 3. Efectividad para lograr aprendizaje Pre 70 % 29 % Pos 82 % 18 % 4. Favorecer las destrezas de alto nivel de pensamiento Pre 59 % 29 % Pos 82 % 18 % 5. Interactividad, permiten manipular y controlar variables Pre 59 % 29 % Pos 88 % 12 % 6. Infraestructura (computadora, proyector, Internet, otras) Pre 47 % 47. % Pos 65 % 29 % 7. Calidad de las animaciones Pre 41 % 47 % Pos 65 % 24 % 8. Complejidad Pre 24 % 53 % Pos 41 % 29 % 9. Costo Pre 24 % 12 % Pos 24 % 41 % 10. Idioma Pre 35 % 35 % Pos 59 % 29 % Neutral PC DE 12 % 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 12 % 0 0 0 0 0 12 % 0 0 0 0 0 6% 6% 0 0 0 0 12 % 12 % 0 0 0 0 24 % 24 % 0 6% 0 0 59 % 35 % 6% 0 0 0 29 % 12 % 6% 0 0 0 Como se puede observar en los datos desplegados en la Tabla 12, antes del tratamiento, la mayoría de los participantes reconocieron estar de acuerdo o totalmente de acuerdo con 9 de los 10 criterios incluidos en la pregunta los cuales deben de considerar al seleccionar, utilizar y evaluar simulaciones para desarrollar lecciones constructivistas. La excepción fue criterio 9, el cual se refiere al costo de las mismas. En ese criterio del costo, la mayoría (59 %) expresó estar en una posición neutral y un 6 % poco de acuerdo antes de 92 pasar por la experiencia. Luego de la experiencia de trabajar con las simulaciones, ese por ciento de posiciones neutrales bajó a un 29 % y el de poco de acuerdo cambió a 0 %. El mayor cambio de opinión en este criterio fue hacia la alternativa de acuerdo, la cual aumentó de un 12 % a un 41 %. Al comparar y analizar los demás criterios, se observa un aumento en el porcentaje de los que manifestaron estar totalmente de acuerdo con los criterios a considerar cuando se va seleccionar una simulación como herramienta de enseñanza. La pregunta 5 de los cuestionarios buscó establecer la creencia que tienen los candidatos a maestros participantes antes y después del tratamiento sobre diferentes afirmaciones relacionadas a la utilización de las simulaciones para enseñar con un enfoque constructivista. Los resultados se presentan en la Tabla 13, de acuerdo al porcentaje de contestaciones para cada uno de los ocho criterios incluidos en la pregunta. La escala utilizada fue: TD = Totalmente de Acuerdo (Definitivamente sí); DA = De Acuerdo (Probablemente sí); Neutral = Ni de acuerdo, ni en desacuerdo (Indeciso); PC = Poco de Acuerdo (Probablemente no); ED = En Desacuerdo (Definitivamente no). 93 Tabla 13: Creencias de los candidatos a maestros sobre la utilización de las simulaciones para enseñar con un enfoque constructivista Criterio TD DA Neutral PC DE 1. Facilitan la comprensión de conceptos que se hacen difíciles por métodos tradicionales de enseñanza Pre 65 % 35 % 0 0 0 Pos 76 % 24 % 0 0 0 2. Estimulan el pensamiento crítico y la creatividad Pre 65 % 24 % 12 % 0 0 Pos 65 % 29 % 6% 0 0 3. Aumentan la motivación y el interés de los estudiantes hacia las ciencias naturales Pre 59 % 35 % 6% 0 0 Pos 82 % 12 % 6% 0 0 4. Favorecen la enseñanza constructivista Pre 71 % 29 % 0 0 0 Pos 82 % 6 % 12 % 0 0 5. Estimulan el aprendizaje de los estudiantes Pre 76 % 18 % 6% 0 0 Pos 94 % 0 6% 0 0 6. Son tan efectivas como las experiencias reales para lograr aprendizaje significativo Pre 29 % 35 % 35 % 0 0 Pos 70 % 24 % 6% 0 0 7. Promueven el aprendizaje colaborativo en los estudiantes Pre 29 % 41 % 21 % 0 0 Pos 59 % 29 % 12 % 0 0 8. Atienden las diferencias individuales de los estudiantes en el proceso de aprender Pre 53 % 12 % 35 % 0 0 Pos 65 % 29 % 6% 0 0 Los resultados presentados en la Tabla 13, relacionados a la pregunta 5 de los cuestionarios, indican que tanto para el pre cuestionario como para el pos cuestionario, la mayoría de los por cientos obtenidos se agrupan en las alternativas totalmente de acuerdo y de acuerdo. Con la excepción del criterio 2, en el que la alternativa totalmente de acuerdo (TD) permaneció igual. En los restantes 7 criterios aumentó el por ciento de los que expresaron estar totalmente de acuerdo con cada una de las afirmaciones luego de pasar por la experiencia de trabajar con las simulaciones. Cabe señalar, que la alternativa neutral del criterio 4, también observó un cambio diferente a las demás afirmaciones porque sufrió un aumento del 0 % en el pre cuestionario a un 12 % en el pos cuestionario. Esto 94 representa que dos de los participantes que en el pre cuestionario señalaron estar totalmente de acuerdo (TD) o de acuerdo (DA) en cuanto a que las simulaciones favorecen la enseñanza constructivista cambiaron su opinión a una neutral. Ninguno de los participantes afirmó en el pre o pos cuestionario, estar poco de acuerdo (PC) o en desacuerdo (DE) con las afirmaciones que se incluyen en la pregunta sobre las simulaciones. Estos resultados de la pregunta 5, sugieren que aunque la mayoría no habían tenido experiencias previas utilizando las simulaciones, sí tienen creencias bastante positivas sobre algunos beneficios que se pueden obtener de su uso. Para conocer cuáles creencias, en cuanto a las ventajas y desventajas que los candidatos a maestros señalan sobre el uso de simulaciones educativas en el proceso de enseñanza y aprendizaje de conceptos de ciencias antes y después de la experiencia, se utilizó la pregunta 6 del cuestionario. La Tabla 14 presenta los resultados obtenidos sobre este aspecto. 95 Tabla 14: Ventajas y desventajas del uso de las simulaciones según los candidatos a maestros Criterio Ventaja Desventaja Ninguna 1. Promover en los estudiantes la investigación y el descubrimiento Pre 88 % 6% 6% Pos 100 % 0 0 2. El estudiante se responsabiliza por su aprendizaje Pre 75 % 0 18 % Pos 94 % 0 6% 3. Capacidad de poder adaptarlas a las necesidades y estilos de aprendizaje de los estudiantes Pre 88 % 0 6% Pos 100 % 0 0 4. Flexibilidad para poder ser utilizadas con estudiantes de cualquier grado Pre 88 % 0 0 Pos 88 % 6% 6% 5. Poder sustituir experiencias de aprendizaje reales (excursión, laboratorio) con fidelidad Pre 29 % 53 % 12 % Pos 59 % 29 % 12 % 6. Capacidad de desarrollar destrezas manuales en los estudiantes al realizar actividades de laboratorio Pre 65 % 35 % 0 Pos 76 % 24 % 0 7. Las capacidades gráficas y las animaciones que permiten trascender restricciones de tiempo y espacio Pre 70 % 18 % 12 % Pos 100 % 0 0 8. La retroalimentación que proveen Pre 88 % 0 6% Pos 100 % 0 0 9. Flexibilidad para diversificar las clases y romper la rutina Pre 94 % 0 0 Pos 100 % 0 0 10. La preparación de los maestros para utilizarlas Pre 82 % 6% 12 % Pos 88% 6% 6% 11. El tiempo que necesita el maestro para preparar y realizar las lecciones Pre 70 % 18 % 6% Pos 82 % 12 % 6% 12. Requieren dominio de la tecnología por el estudiante Pre 53 % 41 % 6% Pos 47 % 47 % 6% 13. Su costo y disponibilidad Pre 12 % 70 % 12 % Pos 53 % 41 % 12 % Los datos presentados en la Tabla 14 indican que solamente en el criterio 4, la columna de ventaja no sufrió cambio y se mantuvo el mismo porcentaje en el pre cuestionario y el pos cuestionario. De los restantes 12 criterios, la columna de ventaja tuvo 96 ganancia en 11 de ellos, aumentando así los porcentajes. El único criterio en el cual la columna de ventaja no tuvo aumento en su por ciento y sí una reducción lo fue en el criterio 12, que hace referencia al dominio que se requiere de la tecnología por parte del estudiante. Luego de la experiencia de utilizar las simulaciones un participante (6 %) identificó este criterio como una desventaja en el pos cuestionario para un total de un 47 % versus en el pre cuestionario que fue de 41 %. De acuerdo con los datos, el por ciento mayor de cambio de la columna de desventaja hacia la de ventaja (41 %) ocurrió en el criterio número 13, el cual hace referencia al costo y disponibilidad de las simulaciones. El criterio 5, que establece que las simulaciones pueden ser utilizadas para sustituir experiencias de aprendizaje (excursión, laboratorio) con fidelidad y el criterio 7, que se refiere a las capacidades gráficas y a las animaciones que permiten trascender restricciones de tiempo y espacio, fueron los otros criterios en presentar un cambio mayor en el por ciento de la columna de desventaja hacia la de ventaja, ambos con un 30 %. Con anterioridad a tener la experiencia de utilizar las simulaciones para aprender, el 53 % de los participantes había señalado el criterio 5 como una desventaja de las simulaciones. Un 18 % había señalado el criterio 7 como una desventaja y un 12% como ninguna de las dos. Además, cabe destacar que la columna de ninguna, solo reflejó un aumento de un 6 % en el criterio 4, lo que es equivalente a un participante y que en otros 6 criterios tuvo una disminución. Algunos comentarios adicionales que mencionaron los estudiantes candidatos a maestros participantes de la experiencia de utilizar simulaciones como herramienta para realizar el proceso de enseñanza y aprendizaje (grupo experimental) son los siguientes: 97 “Me pareció sumamente dinámico e interesante, definitivamente me gustaría utilizarlas en el salón de clases”. “Muy interesante las clases, aprendí bastante utilizando las simulaciones”. “Fue muy buena experiencia. Ahora tengo más ideas creativas para desarrollar con mis estudiantes”. “Es efectivo, pero triste que no todas las escuelas están preparadas para este tipo de clases”. “Excelente”. “Es algo que debería comenzar a implantarse en todas las escuelas como estrategia de enseñanza”. “No solo se deben utilizar en las escuelas, también en la universidad”. “Me pareció genial tener la oportunidad de trabajar con simulaciones. Espero poder ver esto pronto en las escuelas”. “Me encantó mucho la actividad”. “Me pareció muy interesante ya que es divertida y el estudiante aprende mediante la práctica”. En resumen, los datos descriptivos obtenidos en la investigación demuestran un impacto positivo en las creencias sobre el uso de las simulaciones educativas como herramienta de enseñanza en los candidatos a maestros participantes. En el próximo capítulo, se discuten estos resultados y se establecen, además, las conclusiones y las recomendaciones del investigador para posibles futuras investigaciones. 98 Capítulo V Discusión de los Hallazgos, Conclusiones y Recomendaciones La nueva generación está muy ligada y familiarizada con el uso y manejo de la tecnología. Los sistemas educativos de todo el mundo enfrentan el desafío de utilizar las nuevas tecnologías de la información y la comunicación a los fines de proveer a sus alumnos las herramientas y conocimientos necesarios para el Siglo XXI (Baslanti, 2006). Muchos países están involucrados en iniciativas que intentan transformar el proceso de enseñanza-aprendizaje con el objetivo de preparar a los estudiantes a que formen parte de la sociedad de la tecnología y la información (Baslanti, 2006). Debido a estos acelerados cambios, los educadores reconocen que para enseñar con creatividad necesitan cambiar el formato de sus lecciones (basadas en la transmisión de información) hacia procedimientos que ayuden a los estudiantes a construir un entendimiento significativo (Chanling, Hong, JC, Hong, J-S., Chang, & Chu, 2006). El propósito de esta investigación fue documentar el rol que las simulaciones educativas pueden desempeñar en los salones de clase como proveedoras de experiencias de aprendizaje constructivistas, desde el punto de vista de los candidatos a maestros que participaron en la investigación. Se investigaron otros posibles efectos del uso de las simulaciones, como técnica de enseñanza, en las creencias y prácticas de los candidatos a maestros. En este capítulo, se presenta la discusión de los hallazgos, las conclusiones que están basadas en el análisis estadístico de los datos que fueron obtenidos mediante los instrumentos utilizados: las pruebas y los cuestionarios. También, se exponen las recomendaciones y cómo los resultados del estudio pueden ser útiles para futuras investigaciones en la educación. 99 Resumen Las nuevas herramientas tecnológicas han propiciado diferentes alternativas para educar a la nueva generación en el desarrollo de destrezas tecnológicas que le permita ser más competitiva en su vida diaria. En la tecnología, los maestros han encontrado nuevas vías para mejorar la enseñanza y por consiguiente el aprendizaje de los estudiantes (Maza, 2010). Al utilizar las nuevas tecnologías, los maestros, incluyendo a los maestros de ciencias, pueden proveerles a los estudiantes experiencias que nunca antes podrían llevarse a cabo, tales como: laboratorios con sustancias peligrosas o de alto costo, excursiones virtuales a un ecosistema de difícil acceso, viajes espaciales y muchos otros. Entre la gama de valiosas herramientas que se pueden utilizar en la enseñanza de ciencias, se encuentran las simulaciones, las cuales permiten presentar una gran cantidad de conceptos que son abstractos y que no pueden ser presentados de manera concreta (DEPR, 2003b, p. 40). Cuando se revisó la literatura, se encontró que existen pocas investigaciones relacionadas a la efectividad de estas en el proceso de enseñanza aprendizaje en Puerto Rico. Ante la falta de investigaciones, surgieron interrogantes como las siguientes: (a) ¿Cómo se relaciona el aprendizaje significativo con el uso de las simulaciones instruccionales o educativas?, (b) ¿Aprenderán más los estudiantes utilizando simulaciones educativas que sin el uso de las mismas?, (c) ¿En qué lecciones o temas deben utilizarse las simulaciones?, (d) ¿Cómo integrar las simulaciones con un enfoque constructivista?, (e) ¿Cómo perciben los maestros en servicio el uso de las simulaciones en la enseñanza de ciencia?, (f) ¿Existen razones válidas para convencer a los maestros de que integren estas herramientas en el proceso de enseñanza y aprendizaje?, entre muchas otras. Estas interrogantes sentaron las bases de esta investigación. En el Capítulo I, se presentó el 100 problema, el propósito y la justificación de la investigación. La investigación se realizó porque existe la necesidad de probar entre otras cosas, el impacto que puedan tener las simulaciones en el aprendizaje de los estudiantes y las formas más efectivas de utilizarlas (Smetana, 2008; Mathews, 2007). Otro aspecto importante que justificó la realización de la investigación, fue conocer si los candidatos a maestros de Puerto Rico, están siendo preparados para utilizar las simulaciones, cómo las perciben y cuáles son algunas de sus creencias sobre las mismas. Además, se formularon dos hipótesis nulas y las preguntas de investigación que se utilizaron para guiar los trabajos del estudio. Las hipótesis fueron las siguientes: Ho1: No existen diferencias significativas en el aprendizaje de conceptos de ciencias entre los candidatos a maestros que utilizan las simulaciones educativas en computadoras y los que son enseñados de manera tradicional. Ho 2: No se producen cambios en las creencias y prácticas de enseñanza de los candidatos a maestros luego de su participación con las simulaciones educativas como técnica para integrar la tecnología de manera constructivista. Las preguntas de investigación que dirigieron el estudio fueron las siguientes: 1. ¿Cuán efectivas son las simulaciones educativas en computadoras para lograr el aprendizaje de conceptos de ciencias versus la enseñanza tradicional? 2. ¿Qué evidencia de cambios ocurren en las prácticas de enseñanza y aprendizaje de los candidatos a maestros cuando utilizan las simulaciones en el desarrollo de lecciones de ciencias con un enfoque constructivista? 101 3. ¿Cuáles son los criterios a considerar al seleccionar, utilizar y evaluar simulaciones para desarrollar lecciones constructivistas desde la perspectiva de los candidatos a maestros participantes? 4. ¿Cómo las experiencias pedagógicas utilizando simulaciones provoca cambios en las creencias de los candidatos a maestros con respecto al uso de las simulaciones con un enfoque constructivista? 5. ¿Cuáles son las ventajas y desventajas que los candidatos a maestros señalan sobre el uso de simulaciones educativas en el proceso de enseñanza-aprendizaje de conceptos de ciencias? Asimismo, se seleccionó el enfoque constructivista para basar el marco conceptual del estudio y también se definieron los términos operacionales de la investigación. En el Capítulo II, se desplegó la literatura revisada que fue útil para fortalecer el marco conceptual y documentar de forma más propicia el propósito de la investigación. La literatura revisada se organizó bajo los siguientes temas: educación en el Siglo XXI, constructivismo y tecnología, la enseñanza de ciencias y la tecnología, las simulaciones en la enseñanza de ciencias y la tecnología en la preparación de los maestros de ciencias. El método y los procedimientos que dirigieron el estudio se establecieron en el Capítulo III. Todos los procedimientos establecidos en este capítulo se enmarcaron el método cuantitativo de la investigación. Para recoger los datos se diseñaron dos instrumentos: pre y pos prueba y un cuestionario que se administró al grupo experimental antes y después del tratamiento. Antes de llevar a cabo el estudio principal, se realizó un estudio piloto con el objetivo de validar los instrumentos. 102 El estudio principal lo conformaron dos grupos: uno experimental para recibir el proceso de enseñanza mediante las simulaciones y un grupo control en el que se utilizó la forma tradicional de enseñanza. El programa estadístico Statistical Package for the Social Sciences (SPSS, por sus siglas en inglés) y el programa Excel se utilizaron para analizar los datos cuantitativos. Bajo los aspectos éticos de la investigación, se estableció la confidencialidad de la información y el anonimato de los participantes. En el Capítulo IV, se presentaron los resultados de la investigación. Antes de este proceso se estableció el perfil de los participantes, el cual se obtuvo de los datos de la primera sección del cuestionario. La muestra estuvo conformada por 29 participantes de ambos sexos, quienes cumplieron con los criterios de selección establecidos. De este total, 17 estudiantes conformaron el grupo experimental y 12, el grupo control. Los primeros hallazgos que se presentaron fueron los cuantitativos los cuales se obtuvieron de los datos recogidos en la pre y pos prueba donde se buscó establecer diferencias, si alguna, entre la enseñanza tradicional directa y la enseñanza constructivista que hace uso de simulaciones en computadora y su efecto en la variable dependiente, que es el aprendizaje de los candidatos a maestros. Después, se presentaron los hallazgos cuantitativos descriptivos, que se obtuvieron de los datos del cuestionario donde se buscó establecer lo siguiente: Si los participantes habían tenido la oportunidad de utilizar simulaciones como parte de su vida estudiantil universitaria o de la escuela. Cuán preparados se siente los candidatos a maestros participantes de la investigación para utilizar las simulaciones como herramienta de enseñanza. 103 Antes y después del tratamiento, cuáles deben ser los criterios a considerar al seleccionar, utilizar y evaluar simulaciones para desarrollar lecciones constructivistas. Antes y después del tratamiento la creencia que tienen los candidatos a maestros participantes sobre diferentes afirmaciones relacionadas a la utilización de las simulaciones para enseñar con un enfoque constructivista. Antes y después de la experiencia, conocer cuáles son las creencias en cuanto a las ventajas y desventajas que los candidatos a maestros señalan sobre el uso de simulaciones educativas en el proceso de enseñanza y aprendizaje de conceptos de ciencias. Discusión de los Hallazgos La primera hipótesis que dirigió esta investigación lo fue la hipótesis nula Ho1: No existen diferencias significativas en el aprendizaje de conceptos de ciencias entre los candidatos a maestros que utilizan las simulaciones educativas en computadoras y los que son enseñados de manera tradicional. Los datos cuantitativos obtenidos no permitieron establecer que existen diferencias significativas entre el aprovechamiento de ambos grupos: control y experimental. Los resultados no proveen suficiente evidencia para concluir que utilizar las simulaciones como herramienta de enseñanza sea más efectiva que la enseñanza de manera tradicional para lograr aprendizaje. El análisis de los resultados cuantitativos recopilados a través de las pruebas no permitió rechazar la hipótesis nula Ho1, por lo tanto, fue aceptada. Los hallazgos cuantitativos descriptivos, que se obtuvieron de los datos del cuestionario donde se buscó establecer si los participantes habían tenido la oportunidad de 104 utilizar simulaciones como parte de su vida estudiantil universitaria o de la escuela reflejaron que el 88 % de los participantes nunca habían tenido la oportunidad de utilizar una simulación para aprender y que solo el 12 % tuvo de 2 a 3 experiencias utilizándolas. Sin embargo, ante la pregunta cuán convencidos están de utilizar las simulaciones como herramienta de enseñanza una vez se convierta en maestro, los resultados reflejaron que el 53% indicó estar bien convencidos y el 47% manifestó estar poco convencidos. Después que pasaron por la experiencia de las simulaciones, el 100% de los participantes manifestó estar muy convencidos de utilizarlas cuando sean maestros. Este resultado puede ser indicativo de lo consciente que están los futuros maestros de la necesidad de integrar herramientas tecnológicas en el proceso de enseñanza y aprendizaje, aún cuando no hayan tenido la oportunidad de trabajar con ellas, como es el caso de las simulaciones. Ante la interrogante: cuán preparados se sienten los candidatos a maestros participantes de la investigación para utilizar las simulaciones como herramienta de enseñanza, los resultados reflejaron que más del 70 % de los participantes reconoce no estar preparado en todas las áreas o aspectos incluidos en la pregunta relacionada al grado o nivel de conocimiento desarrollado o alcanzado sobre la utilización de las simulaciones educativas como parte de su formación universitaria para ser maestro de escuela elemental. Estos resultados son cónsonos con las investigaciones y opiniones de Yassen (2011); Koc y Bakir (2010); Evans y Gunter (2004) y la UNESCO (2004) en las cuales se afirma que los candidatos a maestros no están recibiendo la preparación necesaria en tecnología y que muchos programas de preparación de maestros no los capacitan lo suficiente para integrar la tecnología en sus futuros salones de clases. Autores como Oberlander & TalbertJohnson ( 2004) expresan, que aunque los candidatos a maestros pueden llegar con un 105 amplio rango de creencias, disposición, experiencias y destrezas relacionadas con la tecnología, no es infrecuente que en los cursos universitarios se continúen enseñando destrezas aisladas en la aplicación solamente de programados, lo que hace imperativo que los programas de educación para maestros se aseguren que los candidatos a maestros sean preparados en el uso de varias aplicaciones tecnológicas, métodos de integración y técnicas de manejo. En la pregunta que buscó establecer los criterios para utilizar y evaluar simulaciones para desarrollar lecciones constructivistas, los participantes del estudio tuvieron la oportunidad de seleccionar entre 10 criterios (relacionados con el proceso de enseñanza-aprendizaje) si estaban totalmente de acuerdo, de acuerdo, neutral, poco de acuerdo o en desacuerdo. Antes de haber pasado por la experiencia, la mayoría de los participantes reconocieron estar de acuerdo o totalmente de acuerdo con 9 de los 10 criterios incluidos. La excepción fue criterio 9, el cual se refiere al costo de las mismas. Después de pasar por la experiencia, a base de los resultados, se comprobó que hubo cambios en las creencias de los candidatos a maestros y que los mismos son positivos. Los participantes tuvieron la oportunidad de determinar con 13 criterios las ventajas y desventajas de las simulaciones antes y después de la experiencia. Según la perspectiva de los participantes, los resultados reflejaron que solamente el criterio sobre flexibilidad para poder utilizarlas en cualquier grado no sufrió cambios en la columna de ventajas. De los restantes 12 criterios, la columna de ventaja tuvo ganancia en 11 de ellos, aumentando así los porcentajes. El único criterio en el cual la columna de ventaja no tuvo aumento en su por ciento y sí una reducción lo fue en el criterio 12, que hace referencia al dominio que se requiere de la tecnología por parte del estudiante. 106 A través de los hallazgos recopilados, en el pre y pos cuestionario, la hipótesis nula Ho 2 que establece que: No se producen cambios en las creencias y prácticas de enseñanza de los candidatos a maestros luego de su participación con las simulaciones educativas como técnica para integrar la tecnología de manera constructivista fue rechazada. La información también evidencia la necesidad y la importancia que tiene para los candidatos a maestros el que se les prepare en el uso adecuado de estas herramientas tecnológicas. Estos resultados ofrecen la oportunidad de comprender el gran significado que representa o puedan tener las herramientas tecnológicas en el campo de la educación, especialmente en lo que se refiere a la preparación que necesitan los candidatos a maestros del Siglo XXI. Conclusiones Las siguientes conclusiones están fundamentadas en los resultados obtenidos en la investigación y están limitadas a la muestra participante: 1. Aunque la investigación no demuestra de manera estadísticamente significativa que las simulaciones logran un mejor aprovechamiento en los estudiantes, en comparación con la enseñanza tradicional, los resultados señalan que los candidatos a maestros participantes tienen una buena percepción de las mismas como herramientas de enseñanza y aprendizaje. A través de las contestaciones a las preguntas de los cuestionarios, se evidencia una actitud positiva y se reconoce su importancia como medio para desarrollar lecciones activas que promuevan el aprender haciendo. Las simulaciones desarrollan las destrezas de hacer predicciones y someter a prueba las mismas, de diseñar experimentos controlando variables y ver relaciones de causa-efecto, de desarrollar el pensamiento analógico transfiriendo el conocimiento de lo aprendido a la situación real, sin perder de vista 107 las limitaciones de las mismas (DEPR, 2003b, p. 41). Cuando la tecnología es utilizada de manera constructivista los aprendices manipulan datos, exploran relaciones, procesan información de manera intencional y activa (Di Pietro, 2004). 2. Las simulaciones por sí solas, no necesariamente mejoran el aprovechamiento de los estudiantes. Se requiere un proceso de planificación y evaluación diferente, especialmente cuando se trabaja con un enfoque constructivista. En un ambiente de aprendizaje constructivista, entre otras cosas, se enfatiza la evaluación real del proceso de aprendizaje, en lugar de las pruebas tradicionales de lápiz y papel (UNESCO, 2004). El éxito del uso de las simulaciones educativas en la educación en ciencias depende de cómo los maestros la incorporan en el currículo y cómo la utilizan (Sahin, 2006). Su éxito no está garantizado, ya que pueden ser efectivas si se utilizan apropiadamente (Smetana, 2008). Con el objetivo de resolver conflictos de contenido, metodología y del conocimiento tecnológico, los candidatos a maestros deben ser continuamente expuestos a nuevas e innovadoras practicas de enseñanza integrando la tecnología a través de toda su preparación para ser maestros (So & Kim, 2009). 3. Los candidatos a maestros necesitan mejorar sus conocimientos sobre el uso de las simulaciones para desarrollar lecciones y otros aspectos relacionados con el proceso de enseñanza-aprendizaje. Es imprescindible que los programas de educación de las instituciones universitarias, responsables de la preparación de los maestros del Siglo XXI, revisen su metodología y estrategias de enseñanza para atemperarlas a la realidad de las necesidades e intereses de los estudiantes. La preparación de los maestros es uno de los aspectos más importante de la educación 108 del Siglo XXI, y para asegurase de eso, los candidatos a maestros deben ser preparados para utilizar e integrar la tecnología en sus currículos antes de llegar a su primer día como maestro (González, 2010). Los candidatos a maestros deben ser adiestrados para aprender nuevas destrezas que faciliten el aprendizaje en ambientes de aprendizajes constructivistas ricos en tecnología (Koc, 2005). Afirma Koc, que una gran cantidad de investigaciones realizadas sobre las experiencias de los maestros en cuanto al uso de la tecnología para enseñar, demuestran que los maestros no se sienten bien preparados para integrarla en sus clases. Para preparar maestros de alta calidad, es necesario proveerle a los futuros maestros oportunidades para observar e interactuar en un ambiente real o simulado de la sala de clases (Hixon & So, 2009). 4. Los candidatos a maestros reconocen las simulaciones como una herramienta útil para enseñar. El 100 % de participantes del estudio piloto y del grupo experimental en el estudio principal, luego de pasar por la experiencia de trabajar con las simulaciones, afirmaron estar muy convencidos de que las utilizarán como herramienta de enseñanza cuando estén ejerciendo como maestros. Algunos expresaron comentarios adicionales muy favorables sobre las simulaciones, su deseo de que estén accesibles en sus eventuales lugares de trabajo y de la experiencia de utilizarlas. Esto evidencia un efecto positivo de la experiencia vivida con las simulaciones en este estudio. Los candidatos a maestros tienen actitudes positivas hacia la integración de la tecnología en general en sus futuros salones de clases y las consideran relevantes para los estudiantes y para desarrollar 109 actividades de aprendizaje (So & Kim, 2005; Evans & Gunter, 2004; Bayuelo, 2004). 5. Las simulaciones se están utilizando poco en las escuelas y en las universidades como herramientas educativas. El 83 % de todos los participantes en el estudio piloto y el estudio principal, manifestó nunca haber tenido la oportunidad de trabajar con simulaciones como parte de su vida estudiantil en la escuela o de la universidad. El 100 % de los participantes del grupo control manifestaron lo mismo. La escuela ha sido relativamente poco permeable a los cambios tecnológicos sufridos en su entorno inmediato y no ha acogido con los brazos abiertos las innovaciones que la tecnología le proporciona (Barberá, 2004). El nuevo paradigma en la educación requiere una mentalidad proactiva de la tecnología en el desarrollo de nuevas formas de enseñar y de aprender (Bonilla, 2004). En general, los educadores no han adoptado la tecnología como herramienta de enseñanza (DiPietro, 2004). Las simulaciones junto a otros enfoques retadores, pueden ser utilizados para motivar a los estudiantes, permitiéndoles experimentar el aprendizaje, en vez de solo leer un libro y poder ver su progreso a través del curso, a diferencia de solamente obtener el resultado a base de un examen final (Rosenberg, 2002). Recomendaciones para Futuras Investigaciones La revisión de la literatura relacionada con el tema y los hallazgos encontrados en esta investigación señalan la necesidad de: 1. Realizar más investigaciones en Puerto Rico, relacionadas al uso y efectividad de las simulaciones educativas en la enseñanza de ciencias, en las cuales se utilicen 110 muestras representativas más grandes, en diferentes universidades y con candidatos a maestros de los diferentes niveles de enseñanza: elemental, intermedio y superior. Se sugiere realizar estudios similares con un mayor número de participantes y estudios de casos más detallados o específicos. 2. Ampliar el periodo de tiempo en el cual se realice la investigación, para permitir trabajar más simulaciones, de tal manera que los estudiantes puedan familiarizarse con ellas y alcanzar un mayor dominio al utilizarlas. De esta manera, tal vez, se puedan obtener mejores resultados en el aprovechamiento. 3. Realizar investigaciones que permitan documentar observaciones directas de los estudiantes mientras trabajan con las simulaciones. 4. Investigar cuán preparados están los maestros en servicio para desarrollar lecciones de aprendizaje constructivista utilizando simulaciones, no solo en ciencias, en todas las demás materias. 5. Llevar a cabo investigaciones que puedan ayudar a entender mejor los beneficios de la utilización de las simulaciones para sustituir actividades tradicionales de laboratorios de ciencias. También, se puede investigar su efecto en el desarrollo de las destrezas motoras que se necesitan para trabajar experiencias reales. 6. Investigar el efecto que puedan tener en el aprendizaje de los estudiantes y otros aspectos de la sala de clases al utilizar las simulaciones alineadas a diferentes estrategias de enseñanza como pueden ser el Aprendizaje Basado en Problemas y el Aprendizaje Cooperativo, entre otras. 111 7. Realizar investigaciones donde se compare y se pruebe la efectividad de las simulaciones y las actividades o experiencias (laboratorios y otras) reales en diferentes niveles educativos. La revisión de la literatura evidencia la necesidad de preparar a los maestros en servicio y a los candidatos a maestros en el uso de las simulaciones para enseñar y aprender, por tal razón el investigador recomienda diseñar guías, o módulos instruccionales para crear lecciones integrando las mismas con un enfoque constructivista. Joyce, Weil y Calhoun (2000) establecen que el modelo de enseñanza por simulación requiere de una cuidadosa articulación por parte del maestro y que su capacidad es crucial para potenciar los aprendizajes que se desprenden de la simulación y hacer de las actividades situaciones realmente significativas. La literatura sugiere que las simulaciones en computadora se pueden utilizar para mejorar la efectividad de la enseñanza de ciencias, pero su éxito no está garantizado, su efectividad depende de que sean utilizadas apropiadamente (Smetana, 2008). Si se quiere lograr cambios positivos y significativos en la enseñanza que se ofrece a los niños y jóvenes, se necesitan maestros bien preparados y las universidades juegan tal vez el rol más importante para lograrlo. Beneficios de la Investigación para la Educación Este estudio puede ser de utilidad para que las universidades, que tienen programas de preparación de maestros, puedan visualizar y entender la necesidad de capacitar a sus estudiantes en cómo evaluar e integrar herramientas tecnológicas como las simulaciones, de manera efectiva en el proceso de enseñanza-aprendizaje que se realiza en la educación formal, en especial, en las escuelas. Este estudio aporta evidencia sobre la necesidad de ofrecerles a los candidatos a maestros la oportunidad de practicar en sus cursos la 112 utilización de las simulaciones educativas, ya sea para aprender o para enseñar y sobre todo, a desarrollar lecciones con un enfoque constructivista. Los maestros deben poseer las habilidades y conocimientos necesarios para ayudar a los alumnos a alcanzar altos niveles académicos mediante el uso de los recursos y herramientas digitales (UNESCO, 2004). En el mundo de acelerados cambios tecnológicos en que se vive, es de suma importancia que se prepare a los candidatos a maestros con las destrezas y practicas necesarias para diseñar actividades de aprendizaje que se nutran de las herramientas tecnológicas atendiendo tanto los aspectos pedagógicos como técnicos. No basta con enseñar cómo utilizar o manejar la tecnología, es vital aprender el cómo integrarla para lograr aprendizaje significativo. Por otro lado, los resultados pueden ser de utilidad para el Departamento de Educación Pública, así como para las escuelas y colegios privados que interesan ofrecer una educación de vanguardia alineada a las necesidades e intereses de la generación digital a la cual sirven. Además, pueden servir de motivación a los candidatos a maestros y a los maestros en servicio para incorporar las simulaciones de manera constructivista en su proceso de enseñanza y aprendizaje en las clases de ciencias. Otra aportación del estudio fue que los candidatos a maestros que participaron y el profesor que enseña los cursos, tuvieron la oportunidad de practicar y desarrollar destrezas básicas que se requieren para utilizar las simulaciones en computadoras como herramientas de enseñanza con enfoque constructivista. Esta experiencia les puede ayudar a incrementar el interés y el aprovechamiento de los estudiantes. Luego de la experiencia de trabajar con las simulaciones, todos los candidatos a maestros participantes reconocen las mismas como herramientas con un gran potencial para realizar actividades de enseñanza no tradicionales 113 y manifestaron estar muy convencidos de que las utilizarán cuando sean maestros. Es la expectativa del investigador en que los colaboradores del estudio se conviertan en portavoces y se logre un efecto multiplicador que impacte a otros estudiantes y profesores. Las simulaciones no son la panacea para mejorar la educación, pero debe ser una herramienta educativa que todos los educadores deben saber dónde encontrarlas, cuándo y por qué utilizarla. 114 Referencias Acosta, G. (1999). Efectividad de un programa interactivo en multimedios de computadoras en el proceso de enseñanza-aprendizaje de las matemáticas en el ámbito universitario. Tesis de doctoral inédita. Universidad de Puerto Rico, Río Piedras. Adell, J. (1997). Algunas repercusiones de las nuevas tecnologías. Recuperado el 3 de marzo de 2009 de: www.iteap.com/pdf/art3_repercu.pdf Aguirre, M. (2001). Assessment en la sala de clases. Modelos prácticos para obtener, organizar y presentar información del proceso de enseñanza-aprendizaje. San Juan, PR: Publicaciones Yuquiyú. Arry, D., Jacobs, L. 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Science teacher´s perceptions of the effectiveness of technology in the laboratories: Implications for science education leadership. Doctoral dissertation. Lamar University. Digital Dissertation. ProQuest. UMI 3497338. 130 APÉNDICES 131 APÉNDICE A INSTRUMENTO: PRUEBAS Nota: Se utilizó el mismo instrumento como Pre y Pos Prueba 132 133 134 135 136 137 138 APÉNDICE B INSTRUMENTO: CUESTIONARIO PRE TRATAMIENTO 139 140 141 142 143 APÉNDICE C INSTRUMENTO: CUESTIONARIO POS TRATAMIENTO 144 145 146 147 APÉNDICE D LECCIONES CON SIMULACIONES Título Investigación: El uso de las simulaciones educativas en la enseñanza de conceptos de ciencia y su importancia desde la perspectiva de los estudiantes candidatos a maestros Lección #1 con Simulación Tema: Densidad Objetivos: 1. Definir densidad operacionalmente. 2. Determinar la densidad de varias sustancias. 3. Calcular el volumen de una sustancia conociendo la densidad y la masa. 4. Calcular el volumen de un sólido conociendo su masa. 5. Predecir relaciones entre masa y volumen y su efecto en la densidad de una sustancia. 6. Inferir cómo la densidad determina la flotabilidad de un objeto. Materiales: 1. computadora 2. simulación 3. calculadora Procedimiento: Parte A: 1. Enciende la computadora. 2. Buscar en Documents la simulación Densidad y seleccionarla. 3. En la parte superior derecha de la simulación que dice Bloques selecciona la alternativa que dice Misterio. 4. Mide la masa de cada uno de los bloques colocándolo sobre la balanza. Masa bloque A ═ __________Kg Masa bloque B ═ __________Kg Masa bloque C ═ __________Kg Masa bloque D ═ __________Kg Masa bloque E ═ __________Kg 148 5. Determina el volumen de cada bloque. ¿Cómo lo puedes hacer? Volumen bloque A ═ __________L Volumen bloque B ═ __________L Volumen bloque C ═ __________L Volumen bloque D ═ __________L Volumen bloque E ═ __________L 6. Utilizando los datos obtenidos en los pasos 4 y 5 determina la densidad de cada bloque. ¿Cuál es la ecuación? Densidad bloque A ═ __________ Densidad bloque B ═ __________ Densidad bloque C ═ __________ Densidad bloque D ═ __________ Densidad bloque E ═ __________ 7. Discusión de los ejercicios. 8. Comprueba tus resultados del paso 6, echando todos los bloques en la bandeja que contiene el líquido? ¿Cuáles dos bloques son los más densos? ¿Cuáles son los dos menos densos? Bloques más densos ═ _____ y _____ Bloques menos densos ═ ____ y ____ Preguntas de discusión: 1. ¿Cuál es el volumen total de todos los bloques? ¿Cómo lo determinas? 2. ¿Qué es densidad? 149 Parte B: 1. En la parte superior derecha de la simulación que dice Bloque selecciona la alternativa que dice Misma Masa. 2. Determina el volumen y la densidad de cada bloque. Volumen bloque verde ═ ________ densidad ═ ________ Volumen bloque amarillo ═ _______ densidad ═ ________ Volumen bloque azul ═ ________ densidad ═ ________ Volumen bloque rojo ═ ________ densidad ═ ________ 3. Discusión del ejercicio. Preguntas de discusión: 1. Si depositas todos los bloques en la bandeja: ¿cuáles se hundirán y cuáles flotarán? Explica tú contestación y luego compruébala en la simulación. 2. ¿Puedes determinar el volumen de una sustancia si conoces su masa y su densidad? Explica. 3. ¿Qué relación existe entre densidad y flotabilidad? Nota: Puedes utilizar la simulación de flotabilidad. 150 Título Investigación: El uso de las simulaciones educativas en la enseñanza de conceptos de ciencia y su importancia desde la perspectiva de los estudiantes candidatos a maestros Tema: Densidad (Parte II) Materiales: 3. computadora 4. simulación Lección #2 con Simulación 3. calculadora Procedimiento: Parte A: 1. Enciende la computadora. 2. Buscar en Documents la simulación Densidad y seleccionarla. 3. En la parte superior derecha de la simulación que dice Bloques selecciona la alternativa que dice Mismo Volumen. 4. Observa que todos los bloques tienen el mismo volumen y masa diferente. Con estos datos predice que ocurrirá con cada bloque si se depositan en el recipiente que contiene el líquido. Luego compruébalo en la simulación y explica lo qué ocurre. 5. Luego selecciona la alternativa que dice Misma Densidad y deposita todos los bloques en la bandeja. ¿Qué ocurre? 6. Discusión de los ejercicios y las preguntas. 151 Parte B: 1. Oprime el cuadro que dice Reiniciar Todo que se encuentra en la esquina inferior derecha. 2. En la esquina superior izquierda selecciona Mi Bloque. 3. Anota la densidad del bloque ═ _____________. 4. Arrastra con el cursor un poco hacia la derecha el triángulo que está sobre la línea de la masa y observa lo que ocurre con el bloque y su densidad. Explica tus observaciones. Observaciones: 5. Continúa moviendo el triángulo hasta que el bloque llegue al fondo. 6. Luego arrastra hacia la derecha el triángulo del volumen y observa lo que ocurre con el bloque y su densidad. Explica tus observaciones Observaciones: 7. Cambia la selección de Mi Bloque a Material. 8. Selecciona uno de los materiales (hielo, madera, ladrillo, aluminio) y realiza cambios en su masa y volumen. ¿Qué ocurre? 152 Observaciones y conclusiones: 9. Discusión de los ejercicios. Cierre: Assessment: Preguntas abiertas 1. Un pedazo de plomo tiene un volumen de 45 ml y una masa de 510 g. ¿Cuál es su densidad? 2. ¿Por qué la densidad es una propiedad intensiva? 3. Si tienes dos bloques pequeños de madera del mismo volumen y masas diferentes: ¿Qué ocurrirá con ellos si los depositas en un recipiente con agua? Explica tú contestación. 153 Título Investigación: El uso de las simulaciones educativas en la enseñanza de conceptos de ciencia y su importancia desde la perspectiva de los estudiantes candidatos a maestros Lección #3 con Simulación Enfoque: Constructivista Tema: pH Tiempo aproximado: 1 periodos de clase de 60 minutos Objetivos: 1. Explicar el significado de pH. 2. Comparar y contrastar los ácidos y las bases. 3. Clasificar compuestos por su fórmula molecular como ácidos o bases. 4. Explicar la relación entre la conductividad y el pH de una sustancia. 5. Explicar la diferencia entre los ácidos y bases fuertes, y los ácidos y bases débiles. Materiales: 1. Computadora 2. Simulaciones: 1) Escala de pH y 2) Ácidos y bases Actividades: Inicio: 1. El profesor presentará una escala de pH en una transparencia de Power Point, para que los estudiantes comenten sobre la misma. 2. El profesor anotará en la pizarra palabras claves como pH, ácidos y bases e invitará a los estudiantes a realizar la actividad utilizando las simulaciones. Desarrollo: 1. Trabajar las simulaciones sobre pH. Procedimiento: Advertencia: Lee bien cada paso del procedimiento antes de realizarlo. Recuerda que si cometes algún error puedes reiniciar todo. Parte A: 1. Enciende la computadora. 2. Buscar en Documents la simulación Escala de pH y seleccionarla. 3. Observa la simulación para familiarizarte con la misma. 4. Coloca el cursor en la pestaña que está en la parte superior izquierda y anota el pH de las siguientes sustancias. Utiliza la Escala de pH para clasificarlas como ácidos o bases en la siguiente tabla: 154 Sustancia pH Ácido Base Neutral café jabón de manos gaseosa leche agua pura Pregunta: ¿Cómo sabes si una sustancia es un ácido o una base? ?Qué determina el pH de una sustancia? 5. En la misma pestaña selecciona líquido especial. ¿Cuál es su pH y qué significa? 6. Ahora selecciona gaseosa y luego marca en la parte Conteo de moléculas y Proporción de H3O+ OH¿Cuál de los dos tipos de moléculas (H3O+ , OH- ) tiene mayor concentración en la gaseosa? ¿Qué significa esa concentración? ¿Qué relación tiene esa molécula con el pH? 7. Abre la llave de paso que está en la parte inferior de la bandeja y deja salir la gaseosa poco a poco hasta alcanzar más o menos los 0.75L y cierra la llave. Anota el pH de la gaseosa ═ __________. 8. Abre la llave del agua pura (pH 7) que está en la parte superior derecha de la bandeja hasta alcanzar nuevamente el volumen 1L. ¿Qué ocurre con el pH de la gaseosa? ¿Qué ocurre con la concentración del hidronio ( H3O+) y del hidróxido (OH- )? ¿Qué crees que ocurrirá si continúas añadiendo agua? Comprueba tu contestación. 9. Pregunta: ¿Qué es pH? ¿Cuál es importancia de conocer el pH de una sustancia? 10. Cierra la simulación. Parte B 1. En Documents busca y selecciona la simulación titulada Ácidos y bases. 2. Arrastra con el curso el medidor de pH e introdúcelo en el envase que contiene el agua. ¿Cuál es la medida de pH del agua? _______. ¿Qué significa ese pH? 3. En la columna de Soluciones que aparece en la esquina superior derecha, cambia las sustancias y observa que ocurre con el pH y la concentración de las moléculas. Observaciones: 155 Preguntas: ¿Cuál es la diferencia entre un ácido fuerte y un ácido débil? ¿Entre una base fuerte y una débil? 4. Selecciona Reiniciar todo. 5. Selecciona Conductividad en la parte de Ensayos que está a la derecha. 6. Arrastra los terminales negativo y positivo del circuito hasta introducirlos en el agua. ¿Qué ocurre con la bombilla? ¿Por qué el agua pura tiene una conductividad eléctrica muy leve? 7. Luego cambia la selección de las Soluciones en la parte superior derecha. ¿Qué ocurre con la intensidad del brillo de la bombilla? ¿Qué soluciones provocan mayor brillo de la bombilla? ¿Cómo se explica lo ocurrido? Cierre: Preguntas: 1. En términos del pH, establece la diferencia entre soluciones ácidas, básicas y neutras. 2. Un ácido altamente ionizado en una solución acuosa, ¿es un ácido fuerte o débil? Explica tu contestación. 156 APÉNDICE E LECCIONES TRADICIONALES Título Investigación: El uso de las simulaciones educativas en la enseñanza de conceptos de ciencia y su importancia desde la perspectiva de los estudiantes candidatos a maestros Lección #1 Tradicional Enfoque: Conductista Tema: Densidad Tiempo aproximado: 1 periodo de clase de 60 minutos Objetivos: 1. Definir densidad operacionalmente. 2. Determinar la densidad de varias sustancias. 3. Calcular el volumen de una sustancia conociendo la densidad y la masa. 4. Calcular el volumen de un sólido conociendo su masa. 5. Predecir relaciones entre masa y volumen y su efecto en la densidad de una sustancia. 6. Inferir cómo la densidad determina la flotabilidad de un objeto. Materiales: 1. fotocopia de lectura 2. calculadora Actividades: Inicio: 1. El profesor pedirá a los estudiantes que mencionen propiedades físicas de la materia y las anotará en la pizarra. 2. Los estudiantes clasificarán las propiedades escritas en la pizarra como extensivas o intensivas. 3. Mediante las reacciones y comentarios de los estudiantes se establecerá lo que son propiedades extensivas e intensivas. 4. El profesor establecerá que en la clase de hoy se trabajará con el concepto densidad. Desarrollo: 1. Discusión de lectura sobre densidad utilizando la lectura. 157 Lectura Densidad La densidad es una propiedad física de la materia que describe la relación entre la masa y el volumen. Es la cantidad de materia en un determinado volumen. Si se mide la masa (m) y el volumen (V) de un objeto, se tiene la información necesaria para hallar su densidad. La masa es la cantidad de materia y el volumen es el espacio que ocupa. Algunas unidades de densidad son: el g/cm³, el g/ml, el Kg/L y el Kg/m³. Se puede calcular la densidad dividiendo la masa por el volumen, como se muestra en la siguiente ecuación: D ═ m/V La densidad también permite conocer si una sustancia flota o se hunde en el agua. Si la densidad de una sustancia o de un objeto es menor que la densidad del agua, flotará. De igual manera, si la densidad de la sustancia o del objeto es mayor que la densidad del agua, se hunde. Las diferentes densidades causan que algunos líquidos cuando se ponen juntos en un mismo envase no se mezclen y formen fases o capas. Cada sustancia tiene una densidad que es diferente a la de otras sustancias y siempre es la misma a una determinada presión y temperatura. Es una l propiedad intensiva muy importante porque sirve para identificar la materia. La siguiente tabla presenta la densidad de algunas sustancias conocidas: Sustancia agua plata plomo mercurio líquido aluminio hierro madera Densidad g/cm³ 1.00 10.50 11.35 13.55 2.70 7.86 0.90 Preguntas: 1. ¿Qué es densidad? 2. ¿Por qué la densidad es una propiedad intensiva? 3. ¿Qué relación existe entre la densidad y la flotabilidad? 4. Observando la tabla de la lectura, a) ¿cuáles sustancias flotarán si la echamos en un envase con agua?, b) ¿qué ocurrirá si echamos el mercurio líquido y el agua juntos en un envase? Explica tus contestaciones 5. Utilizando la fórmula D ═ m/V, determina la densidad de 10cm³ de sirope de maíz que tiene una masa de 10.8 gramos. 6. ¿Qué ocurrirá si echamos en una bandeja dos bloques que tienen el mismo volumen pero la masa es diferente? 158 7. Determina la densidad de cada bloque anótala en la columna correspondiente en la siguiente tabla: Bloque A B C D E Masa en Kg 65.14 0.64 4.08 3.10 3.53 Volumen en L 3.38 0.64 4.08 3.38 1 Densidad Kg/L 8. Utilizando la información obtenida en la tabla, ¿cuáles dos bloques se hundirán y cuáles dos flotarán más? Explica tu contestación. 9. Discusión de las preguntas y ejercicios. Cierre: Preguntas abiertas 1. ¿Qué propiedades de la materia determinan la densidad de una sustancia? 2. ¿Cuál es la importancia conocer la densidad de una sustancia? 3. ¿Qué relación existe entre densidad y flotabilidad? 159 Título Investigación: El uso de las simulaciones educativas en la enseñanza de conceptos de ciencia y su importancia desde la perspectiva de los estudiantes candidatos a maestros Lección #2 Tradicional Enfoque: Conductista Tema: Densidad (Parte II) Tiempo aproximado: 1 periodo de clase de 60 minutos Objetivos: 1. Definir densidad operacionalmente. 2. Determinar la densidad de varias sustancias. 3. Calcular el volumen de una sustancia conociendo la densidad y la masa. 4. Calcular el volumen de un sólido conociendo su masa. 5. Predecir relaciones entre masa y volumen y su efecto en la densidad de una sustancia. 6. Inferir cómo la densidad determina la flotabilidad de un objeto. Materiales: 1. Hoja de ejercicios 2. calculadora Actividades: Inicio: 1. El profesor comenzará la clase con un repaso de la clase anterior. Desarrollo: 1. El profesor entregará a cada estudiante una hoja con los siguientes ejercicios: Ejercicio 1: Si tenemos un objeto X, que tiene una forma irregular y una masa de 120 gramos, ¿cómo podemos determinar su volumen y su densidad? Ejercicio 2: Pepe tiene un vaso de cristal con 16 g de un líquido cuya densidad es 13.6 g/ml, ¿Cuál es la cantidad (volumen) del líquido en el vaso? Ejercicio 3: Un bloque con una masa de 5 Kg y un volumen de 3 L se hunde cuando se echa en un recipiente con agua. ¿Qué crees ocurrirá con el bloque si duplicamos su volumen y lo echamos nuevamente al agua? Explica tu contestación. Ejercicio 4: Un bloque de aluminio con una densidad de 2.70 Kg/L se echa en un recipiente con agua y se hunde. ¿Qué ocurrirá al bloque si aumentamos su masa y volumen proporcionalmente? Explica tu contestación. 2. Discusión de los ejercicios. 160 Cierre: Preguntas abiertas 1. Un pedazo de plomo tiene un volumen de 45 ml y una masa de 510 g. ¿Cuál es su densidad? 2. ¿Por qué la densidad es una propiedad intensiva? 3. Si tienes dos bloques pequeños de madera del mismo volumen y masas diferentes: ¿Qué ocurrirá con ellos si los depositas en un recipiente con agua? Explica tú contestación. 161 Título Investigación: El uso de las simulaciones educativas en la enseñanza de conceptos de ciencia y su importancia desde la perspectiva de los estudiantes candidatos a maestros Lección #3 Tradicional Enfoque: Conductista Tema: pH Tiempo aproximado: 1 periodos de clase de 60 minutos Objetivos: 1. Explicar el significado de pH. 2. Comparar y contrastar los ácidos y las bases. 3. Clasificar compuestos por su fórmula molecular como ácidos o bases. 4. Explicar la relación entre la conductividad y el pH de una sustancia. 5. Explicar la diferencia entre los ácidos y bases fuertes, y los ácidos y bases débiles. Materiales: 1. Computadora 2. Proyector 3. Presentación Power Point Actividades: Inicio: 1. El profesor presentará una escala de pH en una transparencia de Power Point, para que los estudiantes comenten sobre la misma. 2. El profesor anotará en la pizarra palabras claves como pH, ácidos y bases. Desarrollo: Haciendo uso de la presentación, el profesor : 1. Define el concepto pH. 2. Discute la Escala de pH y la concentración de hidronio e hidróxido 3. Explica la diferencia entre ácido y base. 4. Comparará y contrastará ácidos y bases fuertes con ácidos y bases débiles. 5. Ofrecerá ejemplos de sustancias ácidas y básicas que se pueden reconocer con su fórmula molecular. 6. Presentará ejemplos de soluciones que cambian su pH al añadirle otra sustancia. 7. Establecerá la relación entre conductividad de una solución y la concentración de iones. Cierre: Preguntas abiertas: 162 1. En términos del pH, establece la diferencia entre soluciones ácidas, básicas y neutras. 2. Un ácido altamente ionizado en una solución acuosa, ¿es un ácido fuerte o débil? Explica tu contestación. 163 APÉNDICE F HOJAS INFORMATIVAS 164 165 166 167 168 169 APÉNDICE G APROBACIÓN IRB 170 171 172 APÉNDICE H SOLICITUD DE AUTORIZACIÓN A UNIVERSIDAD UNIVERSIDAD DEL TURABO ESCUELA DE EDUCACIÓN PROGRAMA DE ESTUDIOS DOCTORALES GURABO, PUERTO RICO 22 de octubre de 2012 Dra. ___________________________ Directora Departamento de Educación Universidad _____________________ ________________, PR Saludos cordiales: Mi nombre es Edwin O. Crespo Ramos y soy candidato al grado de Doctor en Educación, con especialidad en el área de Currículo, Enseñanza y Ambientes de Aprendizaje, de la Universidad del Turabo, Recinto de Gurabo. Como parte de este proceso académico, estaré realizando la investigación titulada: El uso de las simulaciones educativas en la enseñanza de conceptos de ciencias y su importancia desde la perspectiva de los estudiantes candidatos a maestros. El propósito de esta investigación es documentar el rol que las simulaciones educativas como proveedoras de experiencias de aprendizaje constructivistas puedan tener en el aprendizaje de los estudiantes y conocer si producen cambios en las creencias de los candidatos a maestros participantes sobre las mismas. Este servidor es el investigador principal y la Dra. Rosita Puig, profesora de la Universidad del Turabo, es mi directora de disertación. Los participantes del estudio serán estudiantes universitarios que se están preparando para ser maestros de escuela elemental, a los cuales se les requiere un curso de ciencia para maestros. Conociendo que en la oferta académica de la Escuela de Educación que Usted dirige se ofrece el grado de maestro en Escuela Elemental, le solicito su autorización para trabajar con dichos grupos, para reunirme con el profesor del área y conocer su disponibilidad para participar con sus grupos en la investigación. Para la investigación y para el estudio piloto necesito un grupo control y otro experimental a los cuales se le administrará una pre y pos prueba. El grupo experimental recibirá la enseñanza de los conceptos de ciencias utilizando simulaciones y se le administrará un cuestionario. El grupo control recibirá la enseñanza de manera tradicional. Los posibles 173 riegos para los participantes son prácticamente mínimos o ninguno. Tal vez, los estudiantes podrían manifestar falta de interés, aburrimiento, insatisfacción o cansancio. Agradeciendo su atención y colaboración, cordialmente, ___________________________ Edwin O Crespo Ramos PO Box _________, PR 007___ Celular: 787-____-_______ Correo electrónico: ________@yahoo.com 174 APÉNDICE I AUTORIZACIÓN DE LA UNIVERSIDAD 175 APÉNDICE J AUTORIZACIÓN UNIVERSIDAD DE COLORADO Dear Edwin, Thanks for using PhET and for your interest in PhET for your studies! Yes, the licensing is such that you can use PhET in your studies and without any costs: http://phet.colorado.edu/en/about/licensing. You will need to follow OPTION A: CREATIVE COMMONS - ATTRIBUTION by providing attribution to: PhET Interactive Simulations University of Colorado http://phet.colorado.edu We only ask that you keep us informed of your studies, specifically any papers/conferences related to PhET. These help us with our grant proposals. Also, please acknowledge PhET in any publications. FYI, to sustain our project efforts, we are asking our community of users to support our project with a donation. Any amount is helpful. You can donate at: http://phet.colorado.edu/en/donate All of your donation will go directly to PhET. We also have a blog (http://phet.colorado.edu/blog/) as well as Facebook (PhET Simulations) and Twitter where you can keep up-to-date with the latest information. Looking forward to hearing from you. And, thanks again for including PhET. Best wishes, Oliver On Sun, Aug 26, 2012 at 12:19 PM, Edwin Crespo <_______@yahoo.com> wrote: -PhET Help Desk phethelp@colorado.edu Visit http://phet.colorado.edu/en/donate to help support PhET and our quest to improve learning. PhET Interactive Simulations University of Colorado Department of Physics 390 UCB Boulder, CO 80309-0440 176 APÉNDICE K COEFICIENTE ALPHA CRONBACH ESTUDIO PILOTO Reliability Scale: ALL VARIABLES Case Processing Summary N Valid Cases % 8 100.0 Excluded 0 .0 Total 8 100.0 a a. Listwise deletion based on all variables in the procedure. Reliability Statistics Cronbach's N of Items Alpha .683 23 177 APÉNDICE L COEFICIENTE ALPHA CRONBACH ESTUDIO PRINCIPAL Scale: Confiabilidad Grupo Control Case Processing Summary N Cases Valid Excludeda 12 0 % 100.0 .0 Total 12 100.0 a. Listwise deletion based on all variables in the procedure. Reliability Statistics Cronbach's Alpha Cronbach's Alpha Based on Standardized Items .880 .887 N of Items 22 178 Scale: Confiabilidad Grupo Experimental Case Processing Summary N Cases Valid Excludeda 17 0 % 100.0 .0 Total 17 100.0 a. Listwise deletion based on all variables in the procedure. Reliability Statistics Cronbach's Alpha Cronbach's Alpha Based on Standardized Items .812 .805 N of Items 23 179
