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UNIVERSIDAD DEL VALLE DE MÉXICO
       1ER CONGRESO INTERDISCIPLINARIO DE INVESTIGACIÓN APLICADA,
            DESARROLLO E INNOVACIÓN EN LA RED DE UNIVERSIDADES




           MODELOS HEURÍSTICOS PARA EL APRENDIZAJE




Mto. Javier Solis Noyola
UVM Campus Torreón
TEL. (871) 7-52-00-95
Email: jsnoyola@hotmail.com


http://cadel2.uvmnet.edu
RESUMEN


           El objetivo de esta investigación educativa de tipo descriptivo-
           exploratorio con enfoque en investigación-acción, consistió en
           subsanar las deficiencias de los conceptos y experiencias
           previas en la materia de electricidad y magnetismo         de los
           alumnos de recién ingreso a la carrera de Ingeniería
           Industrial y de Sistemas. Planteando como estrategia de
           solución, un modelo para el aprendizaje de las ciencias,
           denominado Ciclos de Aprendizaje.


           En los resultados se destaca el promedio de un examen de
           conocimientos previos de 43% del grupo, así como por la
           poca   o   casi   nula   experiencia    previa   de    laboratorio
           experimental. Posterior a esto, se obtiene un promedio global
           del 74.66 %, de tres exámenes de análisis conceptual.


           De esta manera, los resultados validan la hipótesis de esta
           investigación.


Palabras    claves:   Heurística,    pensamiento     formal,     conocimientos   previos,
aprendizaje, instrucción.


                                    INTRODUCCIÓN


A pesar de que en el universidad del Valle de México Campus Torreón presenta una
gran organización y filosofía sustentada en la praxis educativa, la Institución no esta
exenta de problemáticas en el proceso de aprendizaje de las materias de ciencias
(matemáticas y físicas) en las diferentes carreras de tecnociencias. Frecuentemente
se presenta la queja de los profesores del área de tecnociencias, que los alumnos no



                                                                                       2
razonan, no son reflexivos, no son analíticos y no estudian. Los docentes afirman,
según reuniones de academia, que las materias donde los alumnos tienen más
dificultades y muestran un desempeño deficiente, son en las materias de ciencias
(matemáticas, estática, dinámica, electromagnetismo, etc.). Preocupa a la academia
tal situación, ya que las ciencias básicas, sobre todo, las físicas, son        bases
fundamentales para el buen entendimiento y desempeño de otras materias que
integran las currículas de las carreras de ingenierías.


Precisamente, la presente investigación, trata al problema anterior de una manera
parcial, ya que se identifica que son varios       los factores que    influyen en el
aprendizaje de las ciencias físicas. [1]


-   Los alumnos no cumplen con el perfil para estudiar una carrera que se
    fundamente en las ciencias físico-matemáticas.
-   Los alumnos tienen malos hábitos de estudio.
-   Los métodos instruccionales para la enseñanza de las ciencias físico-
    matemáticas, son deficientes, ya que no favorecen el desarrollo del pensamiento
    formal del alumno.


Delimitándonos al factor de métodos instruccionales, se fijo el siguiente objetivo para
esta investigación educativa:
Subsanar las deficiencias de aprendizaje en conocimientos y experiencias previas en
las materias de ciencias físico-matemáticas mediante modelos instruccionales
heurísticos.


Fundamentación Teórica.
El sustento teórico a la problemática planteada en relación al aprendizaje de las
ciencias físicas,    ha sido planteada por diversos pedagogos          estudiosos del
pensamiento formal, entre los que destacamos a Inhelder y Piaget [2], ellos proponen
la existencia de varios esquemas operatorios formales que se adquieren a partir del
dominio del pensamiento formal:




                                                                                     3
-   Enfoque sobre las variables relevantes (tal como la fuerza que acelera una
    manzana en lugar del chichón que ésta hace sobre su cabeza).
-   Lógica proposicional (si el calor fuera líquido ocuparía espacio y un barril podría
    solamente contener una cantidad limitada de calor, pero es contrario a mis
    observaciones, así que...).
-   Razonamiento proporcional (por ejemplo la fuerza restauradora de un resorte
    aumenta linealmente con su desplazamiento del punto de equilibrio. Un
    comportamiento muy importante usualmente asociado con el pensamiento formal
    es la dirección consciente del propio razonamiento. Como resultado el individuo
    busca inconsistencias entre conclusiones, verifica            la   exactitud de una
    aproximación, o compara el resultado de un procedimiento con órdenes de
    magnitud estimados.
-   Razonamiento combinatorial. Una persona considera sistemáticamente todas las
    posibles relaciones de condiciones experimentales o teóricas aún que algunas
    pueden o no realizarse en la naturaleza (por ejemplo, usar la respuesta espectral
    de ojo para desarrollar la teoría de los tres colores visibles).
-   Control de variables. Al establecer la veracidad o falsedad de hipótesis, una
    persona reconoce la necesidad de tomar en consideración todas las variables
    conocidas; en inventar un experimento que controle todas las variables
    relevantes, por ejemplo, cambiando solamente la dirección de la luz para detectar
    la posible existencia del éter.
Piaget en su teoría destaca cuatro períodos evolutivos del aprendizaje, que se van
dando en los seres humanos, hasta llegar al pensamiento formal, estos son [3]:


•   Período sensioro-motriz, dura aproximadamente los primeros 18 meses de vida.
    En esta etapa el niño aprende a coordinar sus acciones con los cambios del
    medio ambiente. Un infante empieza a conocer el mundo tocando y sintiendo las
    cosas. El principal medio para obtener información es interactuar físicamente con
    el medio ambiente.
•   Período pre-operacional, conforme el niño empieza a adquirir un lenguaje,
    alrededor de los dos años, aprende a representar el mundo por medio de signos




                                                                                      4
y símbolos, los objetos que han sido experimentados en la etapa sensioro-motriz
    del desarrollo van adquiriendo un nombre. Con la capacidad de nombrar o
    etiquetar objetos, el niño entra a la etapa del pensamiento intuitivo o pensamiento
    pre-operacional.
•   Período Concreto-operacional, que dura de los 7 a los 11 años aproximadamente,
    aparecen las primeras operaciones, pero son operaciones concretas, ya que
    operan sobre objetos. Por ejemplo operaciones de lógica elemental de las clases
    y relaciones, de matemáticas elementales, de geometría elemental, y aún de la
    física elemental: longitud, el peso, el volumen, etc.
•   Período de operaciones formales, en esta etapa que empieza aproximadamente
    a los   11 ó 12 años, el niño puede razonar sobre hipótesis y no sólo sobre
    objetos. Esta etapa se manifiesta en una gran variedad de formas, por ejemplo: la
    generación de todas las posibles combinaciones de variables, el aislamiento y
    control de variables y la solución de problemas de proporcionalidad. En esta
    etapa el individuo construye operaciones de lógica proposicional, obtiene nuevas
    estructuras de grupo más complicadas, operaciones de clasificación por
    inclusiones sucesivas, etc.


De acuerdo a estas cuatro etapas evolutivas del conocimiento que presenta Piaget,
podemos darnos cuenta que el desarrollo óptimo de cada etapa sienta las bases
para el desarrollo de     una etapa posterior. Por ejemplo un niño que no se le
propiciaron actividades suficientes y de experiencias significativas en la etapa de
operaciones concretas, difícilmente podrá tener un desarrollo efectivo en la etapa de
operaciones formales.


La teoría de Piaget aporta elementos muy interesantes con respecto al desarrollo del
conocimiento desde el punto de vista epistemológico. Ella ha postulado diversas
hipótesis muy interesantes con respecto al aprendizaje. Pero una de las grandes
limitantes es que no nos presenta las estrategias de instrucción (enseñanza) que
aplicadas al terreno de la práctica nos evidenciaría tales supuestos emitidos por




                                                                                     5
Piaget. Para esto, otros pedagogos como Bruner y Ausubel, nos aportan elementos
muy interesantes en sus Teorías de Instrucción.


Bruner (1970), establece una teoría muy similar a la que ofrece Piaget, pero él
incursiona en el como hacerle para que esos periodos o estadios del desarrollo del
conocimiento se den manera óptima, mediante una teoría de instrucción, en ella
destaca     como    elemento     esencial   que   los   aprendizajes    deben        darse
significativamente mediante el descubrimiento o heurística [4].


Dando una mayor practicidad a sus ideas y haciendo recomendaciones específicas
para una teoría de la instrucción, que cuidadosamente distingue de una teoría de
aprendizaje (como la propone Piaget), Bruner hace una lista de seis factores
necesarios para la secuencia de instrucción (enseñanza):
1.- Arreglar las secuencias de manera que el estudiante perciba la estructura de los
materiales por inducción de instancias particulares;
2.- Promover la práctica sobre       la transferencia, cuando se le espere como un
presupuesto del aprendizaje;
3.- Usar contrastes en las secuencias, resaltando discriminaciones, etc.;
4.- Evitar la simbolización prematura, facilitando todas las imágenes que sean
posibles, o sea formas icónicas de representación;
5.- Hacer    practicar, permitiendo al estudiante dos tipos de experiencias: hacer
incursiones genéricas sobre el material, tomando conceptos y nociones de aquí y de
allí, de forma global; y también permitirle profundizar en temas que le interesen;
6.- Disponer de revisiones periódicas. Las “revisitas” a los conceptos y a las
actividades ya aprendidas, aplicándolas a situaciones nuevas y complejas, por medio
de la disposición en espiral del circulo.


Esto no significa que el contenido de un aprendizaje de un asunto tenga que ser
aprendido en una sola vez, de manera lineal, sino que el aprendiz debe tener la
posibilidad de volver a esos temas posteriormente y aprenderlos de forma más
profunda, y en un modo de representación más avanzado.




                                                                                        6
La propuesta de estos seis puntos que Bruner nos presenta, están orientadas a
obtener aprendizajes mediante la heurística del descubrimiento guiado, de manera
que el mismo alumno vaya descubriendo y profundizando nuevos conocimientos.
Algo muy importante que Bruner destaca en estas secuencias, es la interacción del
Sujeto (estudiante) sobre el objeto de una manera activa, para que él mismo vaya
construyendo y desarrollado el conocimiento.


Bajo el sustento de las teorías del aprendizaje de Piaget y la de Instrucción
(enseñanza) de Bruner, otro pedagogo formula un método de enseñanza mucho
más específico para desarrollar el pensamiento formal, sobre todo en la enseñanza
de las ciencias matemáticas y físicas. Roberto Karplus, 1974 [5], investigador y
pedagogo retoma las ideas de Bruner            y Piaget para verificar sus hipótesis.
Estableciendo de esta manera el método instruccional para la enseñanza al cual
denomino Ciclos de Aprendizaje.


Ciclos de Aprendizaje.- Método instruccional heurístico para la enseñanza de las
ciencias físicas, orientado al descubrimiento guiado. Básicamente comprende tres
fases: Exploración, Descubrimiento o Invención y Aplicación.
Se caracteriza por ser de secuencia instruccional inductiva y de participación más
activa por parte de los estudiantes que por el profesor o facilitador.


1.- Fase de Exploración: se establece el tema y dando énfasis a la experiencia
concreta con objetos y sistemas familiares de los alumnos, se integra su experiencia
previa con sistemas nuevos, relacionadas con los objetivos del tema; el facilitador
proporciona estímulo, hace preguntas, sugiere alternativas, para que            usen
experiencias concretas y exploren una variedad         de experimentos. Durante esta
actividad los estudiantes reciben una guía mínima por parte del profesor.




                                                                                   7
2.- Fase de Invención o descubrimiento: en esta fase facilitador y alumnos
generalizan conceptos o introducen principios; se formalizan relaciones y en su caso,
se expresan en forma matemática.


3.- Fase de Aplicación: en esta fase el estudiante aplica el concepto o habilidad
aprendidos a situaciones concretas, y/o se extienden las generalizaciones a
diferentes casos.


                         DESARROLLO METODOLÓGICO


La presente investigación en educación es un análisis de caso de tipo descriptivo-
exploratorio bajo el enfoque de investigación-acción, se llevó a cabo en el periodo
semestral agosto-diciembre de 2006 en la Universidad del Valle de México, Campus
Torreón. Participando en ella, un grupo de 30 alumnos de reciente ingreso (primer
semestre) de la carrera de    ingeniería industrial, de la materia de electricidad y
magnetismo


Proceso Metodológico de Investigación-Acción.
El proceso metodológico general utilizado en esta investigación se llevó a cabo con
enfoque de investigación-acción, propuesto por Gloria Pérez Serrano [6], diagrama
(1.1. – Proceso metodológico de Investigación-Acción).




                                                                                   8
PROCESO DE LA INVESTIGACIÓN-ACCIÓN


                          • ANALIZO                                        PROBLEMA




                                                   REFLEXIÓN
                          • INTERPRETO                                    <IDEA GENERAL>
                                                                PLAN
                           *Qué cambiar                                   • Diagnóstico
                                                                          • Hipótesis

                                          OBSERVACIÓN
                                                                          PRUEBO




                                                     ACCIÓN
                          REGISTROS                                       ESTRATEGÍAS
                          ANOTO                                           DE ACCIÓN



                                                                          SIGUE LA IDEA




                                                   REFLEXIÓN
                                                                          GENERAL.
                          SÍNTESIS                             REVISIÓN
                                                                 PLAN     Pero replanifico
                          ¿Cómo puedo                                     la acción
                          seguir?
                          ¿Qué haré?      OBSERVACIÓN
                                                                          PRUEBO
                                                     ACCIÓN

                                                                          ESTRATEGÍAS
                          REGISTROS                                       DE ACCIÓN
                          ANOTO




           Diagrama 1.1.- Proceso Metodológico de Investigación-Acción
                            Propuesto por Gloria Pérez Serrano
                                                                .
    Diagnóstico del proceso de Investigación-Acción. Partiendo de un diagnóstico
general en la fase inicial del proceso. Este contemplo la aplicación de dos
instrumentos de captación de datos:


•   Prueba objetiva de examen general de conocimientos previos de física general y
    electricidad y magnetismo de 30 reactivos de opción múltiple, con cuatro opciones
    de respuesta.
•   Cuestionario de experiencias previas de física general y electricidad                    y
    magnetismo. Destacando las experiencias de laboratorio experimental en cursos
    de física de bachillerato; conocimiento de equipo, herramienta y materiales de
    laboratorio de electromagnetismo; así como los tipos de métodos instruccional
    utilizados (Inductivo, deductivo         y mixto) por sus profesores del nivel medio
    superior.




                                                                                             9
Así mismo, se apoyo en técnicas captación de información oral, como son la
entrevista grupal, misma que reforzó las respuestas de los instrumentos de captación
de datos arriba descritos.


   Diseño del modelo instruccional general (diagnóstico).- De los resultados
obtenidos por los instrumentos de captación de datos y la entrevista grupal. Se
planearon de manera secuencial            las estrategias de aprendizaje (métodos
instruccionales, actividades de trabajo, etc.); axial como los materiales y medios
tecnológicos (equipos de laboratorio experimental, herramientas, materiales,
computadora, software, cañón proyector, entre otros).


En la fase de diseño instruccional se planificaron las sesiones que implicaron la
aplicación del modelo instruccional heurístico para aprendizajes concretos de
principios o modelos matemáticos de electricidad y magnetismo.


    La puesta en práctica del plan. Implicó la operativización de las acciones y/o
estrategias   planeadas.     En   esta   fase   se   desarrollaron   distintos   métodos
instruccionales: deductivos e inductivos (heurísticos), con las diferentes actividades
en el aula y laboratorio experimental de la institución.


       Fase de registro y anotaciones. En esta fase se aplicaron los instrumentos
de captación de datos (examen de opción múltiple), misma que nos retroalimentaron
cuantitativamente de manera objetiva. Pero aunado a esta actividad, se registraron
los comportamientos descriptivos cualitativos mediante el diario de campo y
fotografías de escenarios concretos de aprendizaje.


No bastó con describir lo que se obtuvo; se pretendió comprender la realidad para
transfórmala. La descripción difícilmente nos llevó a una comprensión profunda de lo
que sucedía y por qué sucedía, fue necesario reflexionar. La reflexión rememora la
acción tal como queda registrada a través de los distintos instrumentos, pretendió
hallar el sentido de   los procesos de aprendizaje, de los problemas que se han




                                                                                      10
manifestado en la acción. Siguió después el momento de analizar, interpretar e
integrar datos, que se ayudo con discusiones críticas y deliberativas en grupo,
reconstruyendo significados de las situaciones educativas, intentando explicar qué
ocurrió, por qué ocurrió y que nos ha sucedido para llegar a conclusiones.


    Replanificación. Lo anterior hizo reflexionar sobre el nuevo plan de acción
(replanificación), sobre todo, de las siguientes estrategias instruccionales heurísticas
y otras acciones didácticas, con la finalidad de ir mejorando y obtener mejores
resultados en el proceso de aprendizaje. Esta replanificación nos llevo al
cumplimiento de otros ciclos completos de investigación acción, concretamente para
este estudio se llevaron se necesitaron tres ciclos de investigación-acción.


                                    RESULTADOS


Fase Diagnóstica (Inicial)
En esta fase de inicio, aplicaron dos instrumentos de captación de datos, Prueba
objetiva (examen de opción múltiple) de conocimientos previos en el área de física
general y electricidad y magnetismo y el cuestionario de experiencias previas en
electricidad y magnetismo.


     Resultados de prueba objetiva.- Los resultados cuantitativos de esta prueba
de 30 reactivos de opción múltiple, arrojan un promedio de grupo (30 alumnos) del
43 %. Con        estos resultados se detecta una marcada deficiencia en los
conocimientos previos a la asignatura de electricidad y magnetismo.


    Cuestionario de Experiencias previas de física general y electricidad y
magnetismo. Este cuestionario destaca el aspecto cualitativo,           detectando los
siguientes hallazgos:
•   Conocimiento y uso de equipo, materiales y herramientas de electricidad y
    magnetismo. Encontrando que sólo el 15 % del total de 30 alumnos tenían




                                                                                     11
conocimiento del equipo y materiales, pero ninguno sobre el uso y dominio del
    mismo.
•   Prácticas de Laboratorio de física general y electricidad y magnetismo.
    Encontrando que el 40 % realizo prácticas de laboratorio de física general y solo
    el 25 % de electricidad y magnetismo. Destacando que generalmente eran
    demostrativas y realizadas por el profesor.
•   Métodos         instruccionales   utilizados    por   los        profesores   de       física.-
    Aproximadamente el 90 % del grupo, manifestó que el método de enseñanza fue
    de    tipo deductivo.      Regularmente        mediante     la     exposición regla-ejemplo,
    primeramente de fórmulas o leyes físicas y posteriormente el desarrollo o despeje
    variables de las mismas. Considerando a esta situación como la aplicación de la
    física.


El análisis        de los resultados encontrados denota una marcada deficiencia de
experiencias previas con el enfoque de los teóricos constructivista (J. Piaget, J.
Bruner y Robert Karplus) en el área de física y electricidad y magnetismo. Mismos
que corroboran a los resultados de la prueba objetiva, ya que esta se caracterizó por
reactivos de análisis conceptual, más que desarrollo de modelos matemáticos de
física general o electricidad y magnetismo.


Resultados de la Fase desarrolladora (siguientes fases y ciclos).- En función del
diagnóstico, y el equipo de laboratorio disponible, y de los resultados obtenidos en el
proceso       de    investigación-acción,   se     plantearon        las    siguientes   sesiones
instruccionales heurísticas (Ciclos de aprendizaje).


UNIDAD                       No. DE EXPERIENCIAS              CONCEPTOS CONCRETOS.
                              HEURÍSTICAS


I.- ELECTROSTÁTICA                          4                   * Principios electrostáticos
                                                                * Campo Eléctrico dentro
                                                                     de un conductor. (E=0)




                                                                                                12
* Diferencia de Potencial
                                                     * Equipotencialización


II.- ELECTRODINÁMICA                  3             * Resistencia de un Conductor
                                                    * Resistencias serie y paralelo
                                                    * Leyes de Kirchhoff


III.- ELECTROMAGNETISMO              3              * Tipos de materiales
                                                      Magnéticos y no magnéticos
                                                    * Ley de Ampere
                                                    * Ley de Faraday


   Resultados cuantitativos posteriores al diagnóstico prueba objetiva. (Estos
resultados parciales, ya que solo contemplan los reactivos de análisis conceptual y
formulación de modelos matemáticos, pero no los de desarrollo de modelos
matemáticos).



            UNIDA TEMÁTICA                RESULTADO CUANTITATIVO


            I.- Electrostática                       79 %


           II.- Electrodinámica                      69 %


           III.- Electromagnetismo                   76 %



  Tabla 1.1. Resultados de exámenes posteriores a la prueba objetiva diagnóstica


Si calculamos un promedio (Tabla 1.1) de éstos tres resultados, obtenemos: 74.66%
Mismo que supera al resultado de la prueba objetiva diagnóstica, el cual fue de 43%.
Cuantitativamente superior en un 31.66 %.




                                                                                   13
Resultados cualitativos posteriores al cuestionario de experiencias previas.
Los resultados obtenidos se describen mediante el comportamiento y los escenarios
de aprendizaje. Se destacan los siguientes puntos:
•   Una intensa actividad, marcada por la demostración visual, la exploración y la
    interactividad de los alumnos con los sistemas físicos (equipos de laboratorio y
    materiales y software de electricidad y magnetismo). (ver registro fotográficos:
    1.1 y 1.2 )
•   Un marcado interés por los alumnos por la materia de electricidad y magnetismo,
    sobre todo, en las sesiones experimentales heurísticas, llevadas a cabo en el
    laboratorio de física de la institución.
•   El descubrimiento y formulación de todas las leyes y principios concretos
    planteados en las sesiones instruccionales inducidas (heurísticas) de manera
    significativa.


Con los resultados cuantitativos y cualitativos se valida la hipótesis implícita a este
análisis de caso.




Registro Fotográfico 1.1.-         Escenarios de aprendizaje Heurístico en tema de
Campo Eléctrico.




                                                                                    14
Registro fotográfico 1.2.- Escenarios de Aprendizaje Heurístico en temas:
Equipotencialización, Resistencias serie-paralelo y Leyes de Kirchhoff.




                                                                          15
CONCLUSIONES


•   Aunque no se explicitó una hipótesis en esta investigación, podemos verificar
    que el uso de modelos instruccionales heurísticos contribuyen al desarrollo del
    pensamiento formal. Tal y como lo plantean los teóricos constructivistas: J. Piaget
    y J. Bruner.
•   Lo resultados de esta investigación pueden retroalimentar a la academia de
    tecnociencias, con el fin de planear estrategias similares en otras ciencias. Sobre
    todo, en los primeros semestres de las carreras de ingenierías. En complemento
    a esto, se recomienda también, establecer sistemas remediales o de asesorias
    en las ciencias físico-matemáticas.
•   Por las condiciones de haber aplicado estas estrategias a un solo grupo de
    alumnos, aunado a      que no existía un estudio igual en esta universidad en
    particular, la investigación adquirió el carácter de descriptiva-exploratoria. Este
    mismo estudio establece bases para un futuro estudio de investigación
    experimental, con grupos de estudio de control y experimental.


REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS


[1] Solis Noyola Javier. El Aprendizaje de las Ciencias Físicas Mediante el
Descubrimiento Guiado. Tesis de Maestría en Docencia de la Educación
Tecnológica. Estudio de Investigación Experimental llevado a cabo en el Tecnológico
Superior de Lerdo, Dgo., México (2005)


[2] Klingler Cynthia y Vadillo Guadalupe, Psicología Cognitiva. Primera edición,
editorial McGrag-Hill. México, 2000.


[3] Labinowicz Ed. Introducción a Piaget. Primera edición, editorial Addison Wesley.
EUA, 1980.




                                                                                    16
[4] Shulman Lee y Keislar Evan, Aprendizaje por Descubrimiento. Primera edición,
editorial Trillas. México, 1974.


[5] Labinowicz Ed. Introducción a Piaget. Primera edición, editorial Addison Wesley.
EUA, 1980.


[6] Pérez Serrano Gloria. Investigación Cualitativa Retos e Interrogantes. Segunda
edición, editorial la Muralla. España, 1998.




                                                                                 17

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El Mtro. Javier Solis Noyola presenta Documento Técnico (artículo) de investigación educativa aplicada en el área del aprendizaje de las ciencias, denominado: MODELOS HEURÍSTICOS PARA EL APRENDIZAJE.

  • 1. UNIVERSIDAD DEL VALLE DE MÉXICO 1ER CONGRESO INTERDISCIPLINARIO DE INVESTIGACIÓN APLICADA, DESARROLLO E INNOVACIÓN EN LA RED DE UNIVERSIDADES MODELOS HEURÍSTICOS PARA EL APRENDIZAJE Mto. Javier Solis Noyola UVM Campus Torreón TEL. (871) 7-52-00-95 Email: jsnoyola@hotmail.com http://cadel2.uvmnet.edu
  • 2. RESUMEN El objetivo de esta investigación educativa de tipo descriptivo- exploratorio con enfoque en investigación-acción, consistió en subsanar las deficiencias de los conceptos y experiencias previas en la materia de electricidad y magnetismo de los alumnos de recién ingreso a la carrera de Ingeniería Industrial y de Sistemas. Planteando como estrategia de solución, un modelo para el aprendizaje de las ciencias, denominado Ciclos de Aprendizaje. En los resultados se destaca el promedio de un examen de conocimientos previos de 43% del grupo, así como por la poca o casi nula experiencia previa de laboratorio experimental. Posterior a esto, se obtiene un promedio global del 74.66 %, de tres exámenes de análisis conceptual. De esta manera, los resultados validan la hipótesis de esta investigación. Palabras claves: Heurística, pensamiento formal, conocimientos previos, aprendizaje, instrucción. INTRODUCCIÓN A pesar de que en el universidad del Valle de México Campus Torreón presenta una gran organización y filosofía sustentada en la praxis educativa, la Institución no esta exenta de problemáticas en el proceso de aprendizaje de las materias de ciencias (matemáticas y físicas) en las diferentes carreras de tecnociencias. Frecuentemente se presenta la queja de los profesores del área de tecnociencias, que los alumnos no 2
  • 3. razonan, no son reflexivos, no son analíticos y no estudian. Los docentes afirman, según reuniones de academia, que las materias donde los alumnos tienen más dificultades y muestran un desempeño deficiente, son en las materias de ciencias (matemáticas, estática, dinámica, electromagnetismo, etc.). Preocupa a la academia tal situación, ya que las ciencias básicas, sobre todo, las físicas, son bases fundamentales para el buen entendimiento y desempeño de otras materias que integran las currículas de las carreras de ingenierías. Precisamente, la presente investigación, trata al problema anterior de una manera parcial, ya que se identifica que son varios los factores que influyen en el aprendizaje de las ciencias físicas. [1] - Los alumnos no cumplen con el perfil para estudiar una carrera que se fundamente en las ciencias físico-matemáticas. - Los alumnos tienen malos hábitos de estudio. - Los métodos instruccionales para la enseñanza de las ciencias físico- matemáticas, son deficientes, ya que no favorecen el desarrollo del pensamiento formal del alumno. Delimitándonos al factor de métodos instruccionales, se fijo el siguiente objetivo para esta investigación educativa: Subsanar las deficiencias de aprendizaje en conocimientos y experiencias previas en las materias de ciencias físico-matemáticas mediante modelos instruccionales heurísticos. Fundamentación Teórica. El sustento teórico a la problemática planteada en relación al aprendizaje de las ciencias físicas, ha sido planteada por diversos pedagogos estudiosos del pensamiento formal, entre los que destacamos a Inhelder y Piaget [2], ellos proponen la existencia de varios esquemas operatorios formales que se adquieren a partir del dominio del pensamiento formal: 3
  • 4. - Enfoque sobre las variables relevantes (tal como la fuerza que acelera una manzana en lugar del chichón que ésta hace sobre su cabeza). - Lógica proposicional (si el calor fuera líquido ocuparía espacio y un barril podría solamente contener una cantidad limitada de calor, pero es contrario a mis observaciones, así que...). - Razonamiento proporcional (por ejemplo la fuerza restauradora de un resorte aumenta linealmente con su desplazamiento del punto de equilibrio. Un comportamiento muy importante usualmente asociado con el pensamiento formal es la dirección consciente del propio razonamiento. Como resultado el individuo busca inconsistencias entre conclusiones, verifica la exactitud de una aproximación, o compara el resultado de un procedimiento con órdenes de magnitud estimados. - Razonamiento combinatorial. Una persona considera sistemáticamente todas las posibles relaciones de condiciones experimentales o teóricas aún que algunas pueden o no realizarse en la naturaleza (por ejemplo, usar la respuesta espectral de ojo para desarrollar la teoría de los tres colores visibles). - Control de variables. Al establecer la veracidad o falsedad de hipótesis, una persona reconoce la necesidad de tomar en consideración todas las variables conocidas; en inventar un experimento que controle todas las variables relevantes, por ejemplo, cambiando solamente la dirección de la luz para detectar la posible existencia del éter. Piaget en su teoría destaca cuatro períodos evolutivos del aprendizaje, que se van dando en los seres humanos, hasta llegar al pensamiento formal, estos son [3]: • Período sensioro-motriz, dura aproximadamente los primeros 18 meses de vida. En esta etapa el niño aprende a coordinar sus acciones con los cambios del medio ambiente. Un infante empieza a conocer el mundo tocando y sintiendo las cosas. El principal medio para obtener información es interactuar físicamente con el medio ambiente. • Período pre-operacional, conforme el niño empieza a adquirir un lenguaje, alrededor de los dos años, aprende a representar el mundo por medio de signos 4
  • 5. y símbolos, los objetos que han sido experimentados en la etapa sensioro-motriz del desarrollo van adquiriendo un nombre. Con la capacidad de nombrar o etiquetar objetos, el niño entra a la etapa del pensamiento intuitivo o pensamiento pre-operacional. • Período Concreto-operacional, que dura de los 7 a los 11 años aproximadamente, aparecen las primeras operaciones, pero son operaciones concretas, ya que operan sobre objetos. Por ejemplo operaciones de lógica elemental de las clases y relaciones, de matemáticas elementales, de geometría elemental, y aún de la física elemental: longitud, el peso, el volumen, etc. • Período de operaciones formales, en esta etapa que empieza aproximadamente a los 11 ó 12 años, el niño puede razonar sobre hipótesis y no sólo sobre objetos. Esta etapa se manifiesta en una gran variedad de formas, por ejemplo: la generación de todas las posibles combinaciones de variables, el aislamiento y control de variables y la solución de problemas de proporcionalidad. En esta etapa el individuo construye operaciones de lógica proposicional, obtiene nuevas estructuras de grupo más complicadas, operaciones de clasificación por inclusiones sucesivas, etc. De acuerdo a estas cuatro etapas evolutivas del conocimiento que presenta Piaget, podemos darnos cuenta que el desarrollo óptimo de cada etapa sienta las bases para el desarrollo de una etapa posterior. Por ejemplo un niño que no se le propiciaron actividades suficientes y de experiencias significativas en la etapa de operaciones concretas, difícilmente podrá tener un desarrollo efectivo en la etapa de operaciones formales. La teoría de Piaget aporta elementos muy interesantes con respecto al desarrollo del conocimiento desde el punto de vista epistemológico. Ella ha postulado diversas hipótesis muy interesantes con respecto al aprendizaje. Pero una de las grandes limitantes es que no nos presenta las estrategias de instrucción (enseñanza) que aplicadas al terreno de la práctica nos evidenciaría tales supuestos emitidos por 5
  • 6. Piaget. Para esto, otros pedagogos como Bruner y Ausubel, nos aportan elementos muy interesantes en sus Teorías de Instrucción. Bruner (1970), establece una teoría muy similar a la que ofrece Piaget, pero él incursiona en el como hacerle para que esos periodos o estadios del desarrollo del conocimiento se den manera óptima, mediante una teoría de instrucción, en ella destaca como elemento esencial que los aprendizajes deben darse significativamente mediante el descubrimiento o heurística [4]. Dando una mayor practicidad a sus ideas y haciendo recomendaciones específicas para una teoría de la instrucción, que cuidadosamente distingue de una teoría de aprendizaje (como la propone Piaget), Bruner hace una lista de seis factores necesarios para la secuencia de instrucción (enseñanza): 1.- Arreglar las secuencias de manera que el estudiante perciba la estructura de los materiales por inducción de instancias particulares; 2.- Promover la práctica sobre la transferencia, cuando se le espere como un presupuesto del aprendizaje; 3.- Usar contrastes en las secuencias, resaltando discriminaciones, etc.; 4.- Evitar la simbolización prematura, facilitando todas las imágenes que sean posibles, o sea formas icónicas de representación; 5.- Hacer practicar, permitiendo al estudiante dos tipos de experiencias: hacer incursiones genéricas sobre el material, tomando conceptos y nociones de aquí y de allí, de forma global; y también permitirle profundizar en temas que le interesen; 6.- Disponer de revisiones periódicas. Las “revisitas” a los conceptos y a las actividades ya aprendidas, aplicándolas a situaciones nuevas y complejas, por medio de la disposición en espiral del circulo. Esto no significa que el contenido de un aprendizaje de un asunto tenga que ser aprendido en una sola vez, de manera lineal, sino que el aprendiz debe tener la posibilidad de volver a esos temas posteriormente y aprenderlos de forma más profunda, y en un modo de representación más avanzado. 6
  • 7. La propuesta de estos seis puntos que Bruner nos presenta, están orientadas a obtener aprendizajes mediante la heurística del descubrimiento guiado, de manera que el mismo alumno vaya descubriendo y profundizando nuevos conocimientos. Algo muy importante que Bruner destaca en estas secuencias, es la interacción del Sujeto (estudiante) sobre el objeto de una manera activa, para que él mismo vaya construyendo y desarrollado el conocimiento. Bajo el sustento de las teorías del aprendizaje de Piaget y la de Instrucción (enseñanza) de Bruner, otro pedagogo formula un método de enseñanza mucho más específico para desarrollar el pensamiento formal, sobre todo en la enseñanza de las ciencias matemáticas y físicas. Roberto Karplus, 1974 [5], investigador y pedagogo retoma las ideas de Bruner y Piaget para verificar sus hipótesis. Estableciendo de esta manera el método instruccional para la enseñanza al cual denomino Ciclos de Aprendizaje. Ciclos de Aprendizaje.- Método instruccional heurístico para la enseñanza de las ciencias físicas, orientado al descubrimiento guiado. Básicamente comprende tres fases: Exploración, Descubrimiento o Invención y Aplicación. Se caracteriza por ser de secuencia instruccional inductiva y de participación más activa por parte de los estudiantes que por el profesor o facilitador. 1.- Fase de Exploración: se establece el tema y dando énfasis a la experiencia concreta con objetos y sistemas familiares de los alumnos, se integra su experiencia previa con sistemas nuevos, relacionadas con los objetivos del tema; el facilitador proporciona estímulo, hace preguntas, sugiere alternativas, para que usen experiencias concretas y exploren una variedad de experimentos. Durante esta actividad los estudiantes reciben una guía mínima por parte del profesor. 7
  • 8. 2.- Fase de Invención o descubrimiento: en esta fase facilitador y alumnos generalizan conceptos o introducen principios; se formalizan relaciones y en su caso, se expresan en forma matemática. 3.- Fase de Aplicación: en esta fase el estudiante aplica el concepto o habilidad aprendidos a situaciones concretas, y/o se extienden las generalizaciones a diferentes casos. DESARROLLO METODOLÓGICO La presente investigación en educación es un análisis de caso de tipo descriptivo- exploratorio bajo el enfoque de investigación-acción, se llevó a cabo en el periodo semestral agosto-diciembre de 2006 en la Universidad del Valle de México, Campus Torreón. Participando en ella, un grupo de 30 alumnos de reciente ingreso (primer semestre) de la carrera de ingeniería industrial, de la materia de electricidad y magnetismo Proceso Metodológico de Investigación-Acción. El proceso metodológico general utilizado en esta investigación se llevó a cabo con enfoque de investigación-acción, propuesto por Gloria Pérez Serrano [6], diagrama (1.1. – Proceso metodológico de Investigación-Acción). 8
  • 9. PROCESO DE LA INVESTIGACIÓN-ACCIÓN • ANALIZO PROBLEMA REFLEXIÓN • INTERPRETO <IDEA GENERAL> PLAN *Qué cambiar • Diagnóstico • Hipótesis OBSERVACIÓN PRUEBO ACCIÓN REGISTROS ESTRATEGÍAS ANOTO DE ACCIÓN SIGUE LA IDEA REFLEXIÓN GENERAL. SÍNTESIS REVISIÓN PLAN Pero replanifico ¿Cómo puedo la acción seguir? ¿Qué haré? OBSERVACIÓN PRUEBO ACCIÓN ESTRATEGÍAS REGISTROS DE ACCIÓN ANOTO Diagrama 1.1.- Proceso Metodológico de Investigación-Acción Propuesto por Gloria Pérez Serrano . Diagnóstico del proceso de Investigación-Acción. Partiendo de un diagnóstico general en la fase inicial del proceso. Este contemplo la aplicación de dos instrumentos de captación de datos: • Prueba objetiva de examen general de conocimientos previos de física general y electricidad y magnetismo de 30 reactivos de opción múltiple, con cuatro opciones de respuesta. • Cuestionario de experiencias previas de física general y electricidad y magnetismo. Destacando las experiencias de laboratorio experimental en cursos de física de bachillerato; conocimiento de equipo, herramienta y materiales de laboratorio de electromagnetismo; así como los tipos de métodos instruccional utilizados (Inductivo, deductivo y mixto) por sus profesores del nivel medio superior. 9
  • 10. Así mismo, se apoyo en técnicas captación de información oral, como son la entrevista grupal, misma que reforzó las respuestas de los instrumentos de captación de datos arriba descritos. Diseño del modelo instruccional general (diagnóstico).- De los resultados obtenidos por los instrumentos de captación de datos y la entrevista grupal. Se planearon de manera secuencial las estrategias de aprendizaje (métodos instruccionales, actividades de trabajo, etc.); axial como los materiales y medios tecnológicos (equipos de laboratorio experimental, herramientas, materiales, computadora, software, cañón proyector, entre otros). En la fase de diseño instruccional se planificaron las sesiones que implicaron la aplicación del modelo instruccional heurístico para aprendizajes concretos de principios o modelos matemáticos de electricidad y magnetismo. La puesta en práctica del plan. Implicó la operativización de las acciones y/o estrategias planeadas. En esta fase se desarrollaron distintos métodos instruccionales: deductivos e inductivos (heurísticos), con las diferentes actividades en el aula y laboratorio experimental de la institución. Fase de registro y anotaciones. En esta fase se aplicaron los instrumentos de captación de datos (examen de opción múltiple), misma que nos retroalimentaron cuantitativamente de manera objetiva. Pero aunado a esta actividad, se registraron los comportamientos descriptivos cualitativos mediante el diario de campo y fotografías de escenarios concretos de aprendizaje. No bastó con describir lo que se obtuvo; se pretendió comprender la realidad para transfórmala. La descripción difícilmente nos llevó a una comprensión profunda de lo que sucedía y por qué sucedía, fue necesario reflexionar. La reflexión rememora la acción tal como queda registrada a través de los distintos instrumentos, pretendió hallar el sentido de los procesos de aprendizaje, de los problemas que se han 10
  • 11. manifestado en la acción. Siguió después el momento de analizar, interpretar e integrar datos, que se ayudo con discusiones críticas y deliberativas en grupo, reconstruyendo significados de las situaciones educativas, intentando explicar qué ocurrió, por qué ocurrió y que nos ha sucedido para llegar a conclusiones. Replanificación. Lo anterior hizo reflexionar sobre el nuevo plan de acción (replanificación), sobre todo, de las siguientes estrategias instruccionales heurísticas y otras acciones didácticas, con la finalidad de ir mejorando y obtener mejores resultados en el proceso de aprendizaje. Esta replanificación nos llevo al cumplimiento de otros ciclos completos de investigación acción, concretamente para este estudio se llevaron se necesitaron tres ciclos de investigación-acción. RESULTADOS Fase Diagnóstica (Inicial) En esta fase de inicio, aplicaron dos instrumentos de captación de datos, Prueba objetiva (examen de opción múltiple) de conocimientos previos en el área de física general y electricidad y magnetismo y el cuestionario de experiencias previas en electricidad y magnetismo. Resultados de prueba objetiva.- Los resultados cuantitativos de esta prueba de 30 reactivos de opción múltiple, arrojan un promedio de grupo (30 alumnos) del 43 %. Con estos resultados se detecta una marcada deficiencia en los conocimientos previos a la asignatura de electricidad y magnetismo. Cuestionario de Experiencias previas de física general y electricidad y magnetismo. Este cuestionario destaca el aspecto cualitativo, detectando los siguientes hallazgos: • Conocimiento y uso de equipo, materiales y herramientas de electricidad y magnetismo. Encontrando que sólo el 15 % del total de 30 alumnos tenían 11
  • 12. conocimiento del equipo y materiales, pero ninguno sobre el uso y dominio del mismo. • Prácticas de Laboratorio de física general y electricidad y magnetismo. Encontrando que el 40 % realizo prácticas de laboratorio de física general y solo el 25 % de electricidad y magnetismo. Destacando que generalmente eran demostrativas y realizadas por el profesor. • Métodos instruccionales utilizados por los profesores de física.- Aproximadamente el 90 % del grupo, manifestó que el método de enseñanza fue de tipo deductivo. Regularmente mediante la exposición regla-ejemplo, primeramente de fórmulas o leyes físicas y posteriormente el desarrollo o despeje variables de las mismas. Considerando a esta situación como la aplicación de la física. El análisis de los resultados encontrados denota una marcada deficiencia de experiencias previas con el enfoque de los teóricos constructivista (J. Piaget, J. Bruner y Robert Karplus) en el área de física y electricidad y magnetismo. Mismos que corroboran a los resultados de la prueba objetiva, ya que esta se caracterizó por reactivos de análisis conceptual, más que desarrollo de modelos matemáticos de física general o electricidad y magnetismo. Resultados de la Fase desarrolladora (siguientes fases y ciclos).- En función del diagnóstico, y el equipo de laboratorio disponible, y de los resultados obtenidos en el proceso de investigación-acción, se plantearon las siguientes sesiones instruccionales heurísticas (Ciclos de aprendizaje). UNIDAD No. DE EXPERIENCIAS CONCEPTOS CONCRETOS. HEURÍSTICAS I.- ELECTROSTÁTICA 4 * Principios electrostáticos * Campo Eléctrico dentro de un conductor. (E=0) 12
  • 13. * Diferencia de Potencial * Equipotencialización II.- ELECTRODINÁMICA 3 * Resistencia de un Conductor * Resistencias serie y paralelo * Leyes de Kirchhoff III.- ELECTROMAGNETISMO 3 * Tipos de materiales Magnéticos y no magnéticos * Ley de Ampere * Ley de Faraday Resultados cuantitativos posteriores al diagnóstico prueba objetiva. (Estos resultados parciales, ya que solo contemplan los reactivos de análisis conceptual y formulación de modelos matemáticos, pero no los de desarrollo de modelos matemáticos). UNIDA TEMÁTICA RESULTADO CUANTITATIVO I.- Electrostática 79 % II.- Electrodinámica 69 % III.- Electromagnetismo 76 % Tabla 1.1. Resultados de exámenes posteriores a la prueba objetiva diagnóstica Si calculamos un promedio (Tabla 1.1) de éstos tres resultados, obtenemos: 74.66% Mismo que supera al resultado de la prueba objetiva diagnóstica, el cual fue de 43%. Cuantitativamente superior en un 31.66 %. 13
  • 14. Resultados cualitativos posteriores al cuestionario de experiencias previas. Los resultados obtenidos se describen mediante el comportamiento y los escenarios de aprendizaje. Se destacan los siguientes puntos: • Una intensa actividad, marcada por la demostración visual, la exploración y la interactividad de los alumnos con los sistemas físicos (equipos de laboratorio y materiales y software de electricidad y magnetismo). (ver registro fotográficos: 1.1 y 1.2 ) • Un marcado interés por los alumnos por la materia de electricidad y magnetismo, sobre todo, en las sesiones experimentales heurísticas, llevadas a cabo en el laboratorio de física de la institución. • El descubrimiento y formulación de todas las leyes y principios concretos planteados en las sesiones instruccionales inducidas (heurísticas) de manera significativa. Con los resultados cuantitativos y cualitativos se valida la hipótesis implícita a este análisis de caso. Registro Fotográfico 1.1.- Escenarios de aprendizaje Heurístico en tema de Campo Eléctrico. 14
  • 15. Registro fotográfico 1.2.- Escenarios de Aprendizaje Heurístico en temas: Equipotencialización, Resistencias serie-paralelo y Leyes de Kirchhoff. 15
  • 16. CONCLUSIONES • Aunque no se explicitó una hipótesis en esta investigación, podemos verificar que el uso de modelos instruccionales heurísticos contribuyen al desarrollo del pensamiento formal. Tal y como lo plantean los teóricos constructivistas: J. Piaget y J. Bruner. • Lo resultados de esta investigación pueden retroalimentar a la academia de tecnociencias, con el fin de planear estrategias similares en otras ciencias. Sobre todo, en los primeros semestres de las carreras de ingenierías. En complemento a esto, se recomienda también, establecer sistemas remediales o de asesorias en las ciencias físico-matemáticas. • Por las condiciones de haber aplicado estas estrategias a un solo grupo de alumnos, aunado a que no existía un estudio igual en esta universidad en particular, la investigación adquirió el carácter de descriptiva-exploratoria. Este mismo estudio establece bases para un futuro estudio de investigación experimental, con grupos de estudio de control y experimental. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Solis Noyola Javier. El Aprendizaje de las Ciencias Físicas Mediante el Descubrimiento Guiado. Tesis de Maestría en Docencia de la Educación Tecnológica. Estudio de Investigación Experimental llevado a cabo en el Tecnológico Superior de Lerdo, Dgo., México (2005) [2] Klingler Cynthia y Vadillo Guadalupe, Psicología Cognitiva. Primera edición, editorial McGrag-Hill. México, 2000. [3] Labinowicz Ed. Introducción a Piaget. Primera edición, editorial Addison Wesley. EUA, 1980. 16
  • 17. [4] Shulman Lee y Keislar Evan, Aprendizaje por Descubrimiento. Primera edición, editorial Trillas. México, 1974. [5] Labinowicz Ed. Introducción a Piaget. Primera edición, editorial Addison Wesley. EUA, 1980. [6] Pérez Serrano Gloria. Investigación Cualitativa Retos e Interrogantes. Segunda edición, editorial la Muralla. España, 1998. 17