ISSN 0798 1015
ISSN 0798 1015
Vol. 39 (Nº 49) Año 2018. Pág. 38
Edelmira RUIZ Macías 1; Julio Enrique DUARTE 2; Flavio Humberto FERNÁNDEZ Morales 3
Recibido: 26/06/2018 • Aprobado: 11/08/2018 • Publicado 08/12/2018
2. Marco teórico y metodología
RESUMEN: En este trabajo se presenta la validación de un material didáctico computarizado para la enseñanza de Oscilaciones y Ondas, a partir del estilo de aprendizaje de los estudiantes, orientado a la educación media. La implementación del material se llevó a cabo con estudiantes del grado once de una institución educativa de Labranzagrande, Boyacá, Colombia. La investigación es de tipo cuasi experimental, en la cual se busca establecer la diferencia entre una metodología mediada por TIC y la tradicional, frente al rendimiento académico de los estudiantes, que fue medido en una prueba escrita. El grupo control obtuvo una media de 9,5 con puntajes entre 7 y 10, y una desviación estándar de 1,82; mientras que el grupo experimental tuvo una media de 12.5, con puntajes entre 9 y 15, y una desviación estándar de 2.15. Es decir, se obtuvo diferencia significativa en el rendimiento académico del grupo al que se le aplicó el ambiente mediado por TIC frente al que se trabajó con la metodología tradicional, lo cual permite concluir que la utilización del ambiente evaluado influyó positivamente en el aprendizaje de los conceptos físicos de Oscilaciones y Ondas. |
ABSTRACT: In this work the validation of a computerized didactic material for the teaching of Oscillations and Waves is presented, based on the learning style of the students, addressed to the middle school level. The implementation of the material was carried out with eleventh grade students from an educational institution of Labranzagrande, Boyaca, Colombia. The research is of quasi-experimental type, which seeks to establish the difference between a methodology mediated by ICT and the traditional, compared to the academic performance of students, which was measured in a written test. The control group obtained an average of 9.5 with scores between 7 and 10, and a standard deviation of 1.82; while the experimental group had an average of 12.5, with scores between 9 and 15, and a standard deviation of 2.15. That is to say, a significant difference was obtained in the academic performance of the group to which the environment mediated by ICT was applied, compared to the one that was worked with the traditional methodology, which allows concluding that the use of the evaluated environment had a positive influence on the learning of the physical concepts of oscillations and waves. |
La física es una ciencia que explica los fenómenos de la naturaleza y su aplicación facilita la creación de tecnología, razón por la cual se fomenta su estudio en todos los niveles educativos (Reyes- Caballero, Fernández-Morales & Duarte, 2016). Entre las áreas que se estudian en física, se tienen: mecánica, electricidad, termodinámica e hidráulica, por mencionar algunas (Duarte, Reyes-Caballero & Fernández-Morales, 2013).
Hoy en día, el estudio de Oscilaciones y Ondas cobra gran importancia pues son fenómenos ampliamente utilizados en la construcción de instrumentos de medida, en dispositivos para el aprovechamiento de las energías renovables, la transmisión y recepción del sonido, en equipos para la transmisión y recepción de información, en equipos biomédicos y de aplicaciones industriales, entre otros (Cárdenas & Prieto-Ortíz, 2015; Figueroa-Cuello, Pardo-García & Díaz-Rodríguez, 2017; Ruiz-Ayala, Vides-Herrera & Pardo-García, 2018; Marino-Vera, Mendoza & Gualdrón-Guerrero, 2017; Pabón- Fernández, Díaz-Rodríguez & Pardo-García, 2016).
Estos dispositivos y equipos, de los cuales el hombre moderno depende grandemente, conforman sistemas en los que tienen lugar procesos oscilatorios y ondulatorios que aplican temáticas relacionadas con: sonido, luz, electricidad y magnetismo (Altamirano-Santillán, Vallejo- Vallejo & Cruz-Hurtado, 2017; Fernández-Morales, Duarte & Parra-León, 2014; Fernández-Morales & Duarte, 2014). Lo anterior implica que el aprendizaje de estos conceptos debe ser claro y duradero, para que los estudiantes logren desempeños destacados en el rendimiento académico y en las pruebas externas, así como en el ejercicio profesional, especialmente de quienes se dediquen al estudio de las ciencias básicas y aplicadas (Angarita-Velandia, Fernández- Morales & Duarte, 2016).
La enseñanza de la física implica la interacción del estudiante con el fenómeno bajo estudio, buscando descubrir la esencia del fenómeno físico para llegar a corroborar el modelo matemático que explica su comportamiento (Celin-Mancera, Solano-Maso & Molina-Coronel, 2017; López-Gaitán, Morán-Borbor & Niño-Bega, 2018). En este sentido, existe gran cantidad de material didáctico, como: maquetas sobre fenómenos físicos, prototipos didácticos y kits de laboratorio, que mejoran la apropiación conceptual por parte de los estudiantes, a la vez que favorecen la conexión de la teoría vista en clase con la vida cotidiana (Castro-Galeano, Pinto-Salamanca & Amaya-Quitián, 2014; Mora-Mendoza, Sarmiento-Santos & Casallas-Caicedo, 2014; Niño-Vega et al., 2017).
El avance en las Tecnologías de la Información y la comunicación, TIC, ha provocado un cambio radical en la forma como se percibe la vida actual en todos los ámbitos de la actividad humana, incluida la educación (Núñez-Pérez, 2015; Novoa-Ruiz, 2013).
Estas tecnologías han permitido la aparición de software educativo, objetos virtuales de aprendizaje, páginas WEB y plataformas para el aprendizaje de temáticas tan diversas, como: física, biología, química, medicina, matemáticas y administración, por mencionar algunas (Parra-León, Duarte & Fernández-Morales, 2014; León-Medina & Torres-Barahona, 2016; Pinto-Salamanca, Sofroni-Esmeral & Jiménez, 2015; Barrera-Mesa, Fernández-Morales & Duarte, 2017a; Berdugo-Portilla, Duarte & Fernández-Morales, 2018).
La ventaja de estos materiales sobre las maquetas y prototipos radica en que, a diferencia de estos últimos, el material didáctico basado en las TIC no requiere espacios ni equipos sofisticados, pudiéndo emplearse en cualquier institución educativa que disponga de computadores con acceso a internet (Muñoz-Flores, 2010; García-Amaya, Fernández-Morales & Duarte, 2017; Gutiérrez-Rodríguez, 2018).
Los cambios en la educación implican nuevas formas de relación entre los actores del proceso formativo, a la vez que se brindan nuevas alternativas para el acceso a la información (Buitrago-Guzmán, 2014; Avella-Ibáñez, Sandoval- Valero & Montañez-Torres, 2017). Las TIC exigen la adquisición de nuevas competencias, tanto en docentes como en estudiantes, para lograr aprendizajes significativos que conlleven al éxito escolar y prepararlos para su futura vida universitaria y laboral (Palma-Suárez & Sarmiento-Porras, 2015); Cabero-Almenara, 2015; Barrera-Mesa, Fernández-Morales & Duarte, 2017b; Flórez-Romero et al., 2017).
El objetivo de este trabajo consiste en la validación de un Material Educativo Computarizado, MEC, tipo página web, que contiene elementos multimedia, interactividad e integración de laboratorios virtuales, para el estudio de oscilaciones y ondas. En Colombia, esta temática hace parte del plan de área de física del grado undécimo, fundamentado en los estándares básicos del área de ciencias naturales, la cual integra los ejes temáticos de: entorno vivo (biología), entorno químico (química), entorno físico (física), junto con el eje de ciencia, tecnología y sociedad. A continuación, se hace una breve descripción del MEC y se presenta la metodología del estudio, junto con las variables analizadas. Luego se presentan y discuten los resultados de la validación, empleando para ello estadística descriptiva, finalizando con las conclusiones más relevantes del estudio.
Los Materiales Educativos Computarizados, MEC, son recursos educativos en formato digital que manejan conceptos breves, claros y precisos de lo que se quiere enseñar a través del computador. Para Galvis-Panqueva (1994), MEC es la denominación otorgada a las diferentes aplicaciones informáticas, cuyo objetivo final es apoyar el aprendizaje. Estos materiales se caracterizan porque es el estudiante quien controla el ritmo de aprendizaje, la cantidad de ejercicios, decide cuándo abandonar y reiniciar, pudiendo interactuar reiteradas veces.
Los MEC, dependiendo del objetivo que persiguen, del momento educativo en que se vayan a utilizar o de la complejidad en su diseño, pueden presentar diversas tipologías. Existen entonces materiales de tipo algorítmico, de ejercitación y práctica, sistemas tutoriales, heurísticos, juegos educativos, simuladores, micro mundos exploratorios, sistemas expertos y tutores inteligentes, por mencionar algunos (Salcedo-Salcedo, Fernández-Morales & Duarte, 2018; Parada-Hernández & Suárez-Aguilar, 2014; Salcedo-Ramírez, Fernández-Morales & Duarte, 2017; Bolaño-García, 2017; Bonilla-González & Prieto-Ortíz, 2016; Baldés-Núñez, 2011). Entre estos materiales también están los Laboratorios Virtuales, que pueden ser utilizados en el aula como complemento de la presentación del tema por parte del docente y de las actividades experimentales de laboratorio, mostrando de una manera interactiva el fenómeno físico que se quiera analizar (Tangarife-Chalarca, 2013; Cáceres & Amaya, 2016). Además, le permiten al docente acompañar, supervisar y controlar el trabajo de sus estudiantes en tiempo real, mediante la combinación de herramientas de seguimiento dentro del salón de clase (Torres-Ortíz & Duarte, 2016; Riveros-Hernández, Nausan-García, García-Miranda & Palacios-Osma, 2017).
El MEC validado, de tipo página web para la enseñanza del tema Oscilaciones y Ondas, se elaboró en la plataforma WIX. La ventaja de esta plataforma, además de su gratuidad, es que es compatible con todos los navegadores actuales, dado que las páginas que genera están codificadas en HTML5 (Angarita-López, Duarte, & Fernández-Morales, 2018). El MEC contiene ocho páginas, a saber: inicio, oscilaciones y ondas, parámetros de una onda, clasificación, fenómenos ondulatorios, biblioteca, evaluación y registro. La descripción detallada del material se puede consultar en Ruiz-Macías y Duarte (2018), y el MEC puede accederse en la siguiente URL: (http://edelruiz65.wix.com/ondas).
El principal insumo para el diseño fue la caracterización del modo de percepción de los estudiantes, a saber: kinestésico, visual, auditivo y lector, lo cual facilita el empleo del material en el aula (Rodríguez-Cepeda, 2016; González-Calixto, Patarroyo-Durán & Carreño-Bodensiek, 2017). En este sentido, el MEC contiene elementos multimedia, como videos e imágenes, para estudiantes cuyo estilo de aprendizaje es Visual y Auditivo. Interactividad con actividades creadas en Educaplay embebidas en la aplicación, simulaciones y laboratorios virtuales para Kinestésicos; así como textos en pdf y presentaciones para los estudiantes con estilo Lector.
El factor de Hake, g, dado por la ecuación 1 permite establecer la ganancia en el aprendizaje de los estudiantes (Roblero-Wong, 2013) en comparación con cursos tradicionales.
(1)
Donde los porcentajes de los test final e inicial corresponden al promedio del porcentaje de respuestas correctas de los grupos pre y post test, respectivamente. La ganancia normalizada permite comparar el grado de logro de la estrategia educativa en distintas poblaciones, independientemente del estado inicial del conocimiento. Es una medida intensiva de la ganancia obtenida y muy útil para comparar estudiantes en los cuales se aplicó una estrategia didáctica utilizando diferente metodología.
La ganancia se establece en tres rangos, a saber: Baja (g ≤ 0,3), Media (0,3 < g ≤ 0,7), y Alta (g > 0,7) (Castañeda, Carmona-Ramírez & Mesa, 2018). La ganancia normalizada evita el problema de comparar entre estudiantes que empiezan un curso mejor preparados que otros. Además, es útil para determinar si un método de enseñanza es eficiente en cuanto al aprendizaje, pues lo que importa es la ganancia respecto del conocimiento inicial y no la calificación precisa de los estudiantes (Roblero-Wong, 2013)
La investigación es de tipo cuasiexperimental, que se diferencia de la experimental en que el investigador no tiene el control total sobre la forma como se crean los grupos o los miembros que pertenecen a cada uno, y este tipo de asignación sucede con anterioridad a la iniciación de la investigación (González-Cutre Coll, Sicilia-Camacho, & Moreno-Murcia, 2011; Zuluaga-Duque, 2017).
La validación del MEC se realizó con los 27 estudiantes de grado undécimo, de la Institución Educativa Técnica Valentín García, del municipio de Labranzagrande, Boyacá, Colombia. Los estudiantes muestran grandes habilidades y destrezas en manejo de la tecnología y su desarrollo intelectual se considera normal, presentando gran interés por los contenidos novedosos, en especial por aquellos que vienen en formato audiovisual.
En este caso se tomaron los 2 cursos del grado once: uno con 14 estudiantes que conforman el grupo control, y otro con 13 estudiantes que conforman el grupo experimental, que existían en el colegio desde el principio del año escolar 2017.
El instrumento diseñado para la recolección de datos fue un test de conocimientos compuesto por 20 preguntas, con un enunciado y cuatro opciones de respuesta. Este test se aplicó antes y después de implementar la estrategia didáctica, tanto en el grupo control como en el grupo experimental.
El análisis de variables se realizó empleando modelamiento estadístico, junto con algunas técnicas de estadística univariada y bivariada. En el procesamiento de los datos se usó el software Excel, de Microsoft office, para la creación de la base de datos que permite almacenar la información recolectada, junto con el software libre “R” con sus librerías para realizar el tratamiento de los datos (Santana, & Mateos, 2014).
El propósito fundamental de esta investigación es evaluar la eficiencia de una estrategia didáctica, mediada por un Material Educativo Computarizado, MEC, en la comprensión de los conceptos de oscilaciones y ondas en la población objetivo. En la tabla 1 se presentan los resultados de la prueba final para los grupos experimental y control, donde la cifra para cada estudiante corresponde al número de aciertos en la prueba.
Tabla 1
Resultados Test Final (Numero de aciertos)
Estudiante |
Grupo Control |
Grupo experimental |
01 |
8 |
15 |
02 |
7 |
9 |
03 |
9 |
14 |
04 |
12 |
10 |
05 |
9 |
9 |
06 |
10 |
13 |
07 |
13 |
11 |
08 |
8 |
12 |
09 |
7 |
13 |
10 |
12 |
14 |
11 |
10 |
10 |
12 |
9 |
15 |
13 |
9 |
13 |
14 |
10 |
|
Media |
9,5000 |
12,1538 |
Desviación estándar |
1,8292 |
2,1543 |
La información recolectada con el test final permite realizar comparaciones estadísticas para dar respuesta a la pregunta de investigación y evaluar la estrategia didáctica implementada, para corroborar la hipótesis planteada. Como los datos resultan de un proceso de medición o conteo, variables cuantitativas, es necesario comprobar, antes de cualquier análisis estadístico, si la variable aleatoria estudiada sigue el modelo normal de distribución de probabilidades. En este caso, el método utilizado para probar la normalidad de los datos experimentales fue la prueba de Shapiro Wilk, porque el tamaño de las muestras es inferior a 50 (Ostle, 1980).
a. Hipótesis.
Ho: La variable aleatoria no tiene una distribución normal
H1: La variable aleatoria tiene una distribución normal
b. Estadístico de prueba
Wc = 0,9312 W (0,95;14) = 0,874
c. Zona de aceptación.
La zona de aceptación para Ho está formada por todos los valores estadísticos de prueba Wc menores al valor esperado o tabulado W (1- α; n).
Como el valor Wc = 0,9312 es mayor que el valor esperado W (0,95;14) = 0,874, se rechaza Ho, por lo tanto, se concluye que se tiene una confianza del 95% que la variable número de respuesta correctas se distribuye normalmente en el grupo control.
Figura 1
Distribución de probabilidad Grupo Control
Como se observa en la figura 1, los datos se agrupan alrededor de una línea de tendencia lo que permite afirmar que siguen una distribución de probabilidad Normal.
a. Hipótesis.
Ho: La variable aleatoria no tiene una distribución normal
H1: La variable aleatoria tiene una distribución normal
b. Estadístico de prueba
Wc = 0,9132 W (0,95;13) = 0,866
c. Zona de aceptación.
La zona de aceptación para Ho está formada por todos los valores estadísticos de prueba Wc menores al valor esperado o tabulado W (1- α; n).
Como el valor Wc = 0,9132 es mayor que el valor esperado W (0,95;13) = 0,866, se rechaza Ho, por lo tanto, se concluye que se tiene una confianza del 95% que la variable número de respuesta correctas se distribuye normalmente en el grupo experimental.
Como se observa en la figura 2, los datos se agrupan alrededor de una línea de tendencia lo que permite afirmar que siguen una distribución de probabilidad Normal.
Figura 2. Distribución de probabilidad Grupo Experimental
El factor estudiado fue la metodología aplicada y tiene dos niveles: el grupo experimental, en el cual se aplicó un diseño didáctico mediado por el MEC, y el grupo control sin esa mediación.
La prueba de independencia trata de contrastar si dos variables cualitativas son independientes o no (es decir si existe relación entre ellas). En este caso las variables a contrastar son la metodología y el número de aciertos en el cuestionario final aplicado a la población objetivo. El test se considera aprobado si se obtuvieron 12 o más respuestas correctas. En la tabla 2 se presentan los resultados obtenidos.
Tabla 2
Resultados Metodología Aplicada
METODOLOGIA/RESULTADO |
SIN TIC |
CON TIC |
TOTAL |
NO APROBARON |
11 |
5 |
16 |
APROBARON |
3 |
8 |
11 |
TOTAL |
14 |
13 |
27 |
-----
Figura 3
Comparación Metodología Aplicada
Como se observa en la figura 3, en el grupo que utilizó las TIC un mayor número de estudiantes aprobaron el test final de conocimientos, lo que permite afirmar que la utilización de TIC en el proceso enseñanza-aprendizaje, si favorece la asimilación significativa de conceptos.
Un contraste de hipótesis, también denominado test de hipótesis o prueba de significación, es un procedimiento para juzgar si una propiedad que se supone en una población estadística es compatible con lo observado en una muestra de dicha población (Ostle, 1980).
Hipótesis estadística: No existe diferencia significativa en el resultado del test final de conocimientos entre el grupo experimental y el grupo control. Los datos obtenidos en la prueba de significancia se muestran en la tabla 3.
Tabla 3
Datos para la prueba de significancia
GRUPO |
MEDIA |
DESVIACION |
TAMAÑO |
CONTROL |
9,500 |
1,829 |
14 |
EXPERIMENTAL |
12,154 |
2,154 |
13 |
El factor de Hake se calculó con la ecuación 1, a partir de los resultados obtenidos en las pruebas inicial y final del grupo experimental, cuyos resultados se presentan en la tabla 4.
Tabla 4
Factor de Hake
Resultados |
Grupo control |
Grupo experimental |
Promedio de aciertos test inicial |
3,50 |
3,85 |
Promedio de aciertos test final |
9,50 |
12,15 |
Factor de Hake |
0,3636 |
0,5142 |
La tabla 4 indica que se obtuvo una ganancia de aprendizaje medio en los dos grupos, siendo mayor en el grupo experimental (0,5142>0,3636), lo que corrobora que la estrategia didáctica aplicada mejora los aprendizajes y existe mayor ganancia de estos, Ver Figura 4.
Figura 4
Comparación Resultados test inicial vs test final
En esta fase de interpretación se presentan las ideas derivadas de los resultados de la investigación que fueron trabajados en función de los objetivos del estudio y son:
Con la prueba de independencia se comprueba que la metodología aplicada si influye en el resultado obtenido en los dos grupos, viéndose favorecido el grupo en el cual se implementó la herramienta diseñada, MEC, porque el promedio de aciertos fue mayor.
Como los datos siguen una distribución normal, se aplica la prueba de contraste de hipótesis t students de dos colas para muestras pequeñas, en la cual se comprueba que existe una diferencia significativa entre las medias del grupo control y experimental, (12,15 > 9,5), lo que indica que fue mejor el desempeño en el test final de conocimientos en el grupo que utilizó la herramienta TIC.
Con el cálculo del factor de Hake, que es una medida de la ganancia posible en aprendizaje y que compara los resultados de un test inicial y test final, se obtuvo que el grupo control tiene un factor menor que el grupo experimental, encontrándose ambos dentro del rango de ganancia media.
Las pruebas estadísticas aplicadas, a saber: normalidad, independencia de variables y contraste de hipótesis, permitieron probar que la hipótesis general formulada es verdadera. Es decir, la validación de la estrategia didáctica mediada con el Material Educativo Computarizado fue positiva, indicando que el uso de la herramienta TIC aplicada es eficaz pues existe mayor ganancia en el aprendizaje. Resultados similares han sido obtenidos por otros investigadores en temáticas relacionadas con conceptos de: cinemática, óptica, tecnología, informática y electricidad, por mencionar algunos (Castañeda et al., 2018; Torres-Ortíz, 2012; Fernández-Morales et al., 2014; García-Llorente, 2015; Leguizamón-González, 2011; Angarita-Velandia, Fernández-Morales & Duarte, 2014). Esto indica el potencial del material aquí validado como herramienta para la enseñanza de conceptos físicos.
La implementación del Material Educativo Computarizado, MEC, permite al usuario pasar de una actitud pasiva a ser partícipe en su proceso de formación. El éxito de la aplicación del MEC depende de la trilogía educativa, tutor, usuario y tecnología, la cual debidamente complementada puede lograr muy buenos resultados.
En el caso de la población estudiada, el estilo de aprendizaje predominante es el kinestésico (k) seguido por el lector (r), aural (a) y visual (v). El MEC potencializa estos estilos y favorece el aprendizaje significativo y el enfoque cognitivo, en el cual el alumno es protagonista activo de su formación. Esta afirmación se fundamenta en el hecho de que los estudiantes asimilan mejor los contenidos, porque en la herramienta diseñada exsisten elementos que favorecen su estilo de aprendizaje y las Tecnologías de la Información y la Comunicación, TIC, son un factor motivante en el desarrollo del proceso enseñanza – aprendizaje.
Como resultado de la implementación de la estrategia didáctica, mediante un diseño experimental y el análisis estadístico, es posible concluir que existe una relación de dependencia entre la metodología utilizada para el estudio de oscilaciones y ondas y el resultado obtenido por los estudiantes en la prueba final de conocimientos. El grupo experimental, en el cual se implementó el MEC, obtuvo mejores resultados que el grupo control, en el cual la metodología aplicada fue la tradicional.
Adicionalmente, al realizar la comparación entre los resultados de la prueba final de conocimientos, entre el grupo experimental y control, se concluye que si existe una diferencia significativa y por lo tanto se valida la hipótesis general planteada: que la utilización de las TIC, si contribuyen al mejoramiento de los aprendizajes. Es decir, que el MEC es una herramienta adecuada para conceptualizar el tema de oscilaciones y ondas.
Finalmente, con el cálculo del Factor de Hake se corrobora que la ganancia normalizada de aprendizaje es mayor en el grupo experimental, aunque en ambos grupos la ganancia es media. En este sentido, el trabajo a futuro es el de continuar aplicando el material validado, explorando otras estrategias didácticas que potencialicen la ganancia en el aprendizaje de los estudiantes.
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1. Ingeniera Industrial, Magíster en TIC aplicadas a las Ciencias de la Educación, Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Duitama, Colombia. E-mail: edelruiz65@gmail.com
2. Licenciado en Física, doctor en Ciencias Físicas, Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Duitama, Colombia. E-mail: julioenriqued1@gmail.com
3. Ingeniero Electrónico, Doctor en Ingeniería Electrónica, Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, Duitama, Colombia. E-mail: flaviofm1@gmail.com