Estudio de la influencia de un entorno de simulación por ordenador en el aprendizaje por investigación de la Física en Bachillerato.

Investigación original con el mismo título. Convocatoria de Premios Nacionales de Investigación Educativa 2004, modalidad tesis doctorales, primer premio ex aequo

Estudio de la influencia de un entorno de simulación por ordenador en el aprendizaje por investigación de la Física en Bachillerato.

Elaborar un programa informático de simulación fundamentado en la Didáctica de las Ciencias Experimentales. Diseñar actividades de investigación adecuadas para ser realizadas con los simuladores. Fomentar el aprendizaje cooperativo entre los estudiantes. Introducir a los estudiantes de Bachillerato en la cultura científica actual que concibe la simulación por ordenador como una herramienta fundamental para la investigación y la experimentación. Elaborar nuevos instrumentos de medida: un test de exploración sobre conceptos de mecánica newtoniana y otro sobre el uso. 110 estudiantes de Bachillerato de Ciencias entre 16 y 18 años de dos institutos de la comarca del poniente de Almería, uno en El Ejido y otro en Adra. La experimentación en el aula se desarrolla a lo largo de cuatro etapas con diferentes diseños experimentales, adaptados a las circunstancias particulares de cada curso académico. La metodología de trabajo del alumnado permanece invariante, consistiendo en la realización de pequeños trabajos de investigación dirigdia por el profesor, utilizando los programas de simulación como laboratorio virtual para experimentar y contrastar hipótesis . Test conceptual, test de escala Likert, cuestión sobre el uso de los ordenadores por los científicos, test CAME(cognición, acción y metodología), test de opción múltiple sobre actitudes científicas, cuestionario sobre el uso y el conocimiento del ordenador, test de opción múltiple sobre procedimientos científicos, test de razonamiento lógico, programa-guía de actividades de investigación, observaciones de aula registradas por el profesor al final de cada sesión, registros informáticos de los diseños y estrategias experimentales elaborados por los estudiantes, grabaciones del sonido de ambiente en el aula, lista de control para que los profesores evalúen los programas informáticos utilizados. Software didáctico desarrollado por el autor: Dinamic para Windows, Mobile, simuladores creados con Interactive Physics. Instrumentos de medida: test sobre conceptos de mecánica newtoniana, cuestionario de evaluación del software didáctico, actividades de investigación. Se reconoce como necesario recopilar datos distintos a los ofrecidos por el problema abordado, Se concibe el pensamiento sobre la realidad como un punto de partida del conocimiento científico, ya que permite la elaboración de modelos. Se considera como objetivo de la ciencia crear modelos que ayuden a la comprensión de los fenómenos naturales. Se asumen los modelos como medios útiles para aprender y explicar. Se asumen los modelos como medios útiles para aprender y explicar . Esta metodología propicia la evolución de las creencias científicas del alumnado hacia un planteamiento más próximo al pensamiento científico.

Simulación por microordenador en la enseñanza : implicaciones en la organización escolar y la formación de los profesores.

Aplicar los avances en el campo de la simulación por ordenador a un problema organizativo: la formación de líderes escolares. Diseñar un programa de simulación por ordenador que sea capaz de entrenar a los líderes de las organizaciones escolares en la toma de decisiones para resolver de manera eficaz problemas organizativos. Compuesta por 414 sujetos que cumplimentaron el cuestionario descriptivo del clima organizativo, distribuidos en 78 centros escolares públicos o concertados de EGB de la provincia de Sevilla. No se estableció ningún procedimiento de selección aleatoria. Validar en el contexto español un instrumento (OCDQ) para el diagnóstico del clima de centros de Enseñanza Elemental. Obtener los climagramas que caracterizan el ambiente de los centros educativos y relacionar estos resultados con la actitud y las estrategias decisionales de los líderes escolares. Obtener información sobre las variables organizativas que son tenidas en cuenta habitualmente por los líderes escolares para tomar sus decisiones. Diseñar un programa de simulación por microordenador que permita a los líderes escolares recibir entrenamiento en la toma de decisiones sobre aspectos organizativos. Entrevista, OCDQ, clim! (programa de simulación), AQUAD, APSS, PC, Progstad. Cualitativas y cuantitativas, análisis factorial. Validez del OCDQ para diagnosticar el ambiente institucional de los centros escolares, al menos en lo que se refiere a cuatro de las seis dimensiones. El programa clim! aparece como un dispositivo útil para la práctica de estrategias alternativas en forma de decisiones encaminadas a la mejora del clima organizativo.

Distintas estrategias metodológicas en la enseñanza asistida por ordenador en Biología.

Comparar las dos estrategias metodológicas básicas que pueden aplicarse en la enseñanza asistida por ordenador en Biología usando simulaciones: estrategia verificativa e inferencial. 438 alumnos de los últimos cursos de EGB y los primeros cursos de la Facultad de Biología. Aplicación a estos alumnos de los dos temas a estudio -Genética y Dietas- en sesiones diferenciadas pero dentro del mismo año académico. En Genética, se aplicaron cuatro tratamientos distintos: ganancia en el conocimiento conceptual, resolución heurística de problemas, procedimientos específicos de Genética y entendimiento de la naturaleza de las Ciencias. A continuación se elaboraron los programas de ordenador sobre dicho tema -Enseñanza Asistida por Ordenador-. Dentro de cada tratamiento se aplicaron actividades de simulación por ordenador para cada nivel. Los tratamientos en Dieta se refieren a: la comparación de los alimentos en orden a la confección de dietas equilibradas según edad, sexo y peso. Se realizaron observaciones antes y después de los tratamientos, así como encuestas iniciales y finales. Cuestionarios. Técnica de análisis no paramétrica, paquete de análisis estadístico SAS, análisis de varianza, test de Wilcoxon y regresiones escalonadas. Se hace patente las ventajas del tratamiento verificativo sobre el inferencial. Considerando sólo las preguntas de tipo deductivo, las diferencias entre los tratamientos se hacen más significativas que las encontradas para poblaciones de un tamaño similar, de alumnos universitarios. Como ocurre al considerar sólo los universitarios de menos nivel inicial. La estrategia metodológica inferencial, aplicada con ordenador, presenta una ventaja significativa frente a la verificativa en el caso de aprendizaje de hechos y en tratamientos cortos. Una tendencia similar se aprecia en el caso del aprendizaje de Genética para los alumnos con mejores calificaciones iniciales. En el aprendizaje de la Genética, el tratamiento con el que obtenemos mejores rendimientos es el verificativo sin ordenador.

Evaluación de métodos de simulación informática en Enseñanzas Técnicas Superiores : aplicación a la mecánica del suelo.

El trabajo, dentro de una línea de actualización tecnológica y docente, intenta reorientar los objetivos de la asignatura, tanto en el desarrollo de clases teóricas, como en los contenidos de las clases prácticas para conseguir un mejor aprovechamiento del horario docente y una mejor calidad de la formación impartida. Dentro de este marco tiene gran importancia el desarrollo de programas de simulación en ordenador de los contenidos. Alumnos de cuarto curso de Ingeniería de Caminos. Estructuración de una parte cuatrimestral del programa de prácticas. Diseño de programas de ordenador para realizar las prácticas. A modo de variable independiente actúa el nuevo método didáctico (un sólo grupo experimental). Como variable dependiente evalúan las calificaciones obtenidas en otros exámenes: Examen de diciembre (no incluye el nuevo método). Examen final de febrero (no incluye el nuevo método). Test específico del programa. Examen de septiembre (incluye una pregunta referida al nuevo método con una ponderación 1/18). Test elaborado ad hoc con 10 ítems de respuesta múltiple. Calificaciones obtenidas a lo largo del curso.. Distribuciones de frecuencia. Correlación. Regresión. No se observa ninguna mejora en las calificaciones debidas a la utilización del nuevo método.. Destacan la incongruencia con un estudio anterior donde sí encontraron diferencias significativas. Como explicación de la falta de eficacia del método proponen tres razones: que el alumno no esté acostumbrado a este tipo de metodología; que la adecuación de los programas desarrollados sea escasa, o que el diseño de las actividades no sea el adecuado. Por último remarcan que la calidad de presentación de los programas no ha sido adecuada. El trabajo incluye los programas desarrollados y el test elaborado.

Innovación metodólogica para la enseñanza de la Física y Química a través del ordenador : innovación educativa.

Medir la eficacia de la Enseñanza asistida por ordenador de simulación, para desplazar en el alumno sus ideas preconcebidas en el campo de la Mecánica Newtoniana, registrar la actitud que el estudiante adopta frente a éste nuevo método de Enseñanza. Se tomaron 70 sujetos del alumnado del segundo curso de FP del Instituto 'La Dehesilla' de la localidad de Cercedilla (Madrid), dos submuestras aleatorias: -50 sujetos para medir los resultados según los conocimientos. Se controlaron las variables: edad, sexo y especialidad. -40 sujetos con el fin de unir las características familiares y las actitudes. Se suministró a una muestra de 40 alumnos, los cuestionarios A y B. Se pidió a todos los alumnos que rellenasen la encuesta CI de errores preconceptuales, 50 para realizar el análisis de resultados. A lo largo de 12 horas lectivas se desarrolló la unidad didáctica de fuerzas con ayuda del ordenador. Se prosiguió durante 4 semanas con el estudio convencional de un tema diferente. Al final se suministraron las encuestas CII y 'A' para medir la evolución de los conocimientos y de la actitud ante la asignatura y se procedió a la tabulación e interpretación de resultados. Programa de simulación realizado en Pascal, dos cuestionarios CI y CII, un cuestionario -A- y otro -B- de actitudes y un cuaderno de ejercicios. Análisis cualitativos de la información obtenida. Se pasaron dos cuestionarios CI y CII, las respuestas a éstos permiten corroborar y estudiar las ideas previas compartidas y las intuitivas del alumnado tras la exposición a la simulación por ordenador. El análisis se hizo por separado, se observó que persisten las ideas intuitivas a través de la simulación, la forma de los enunciados del CII influyó significativamente en el carácter discordante de las respuestas. Rechazo del alumno a la falacia de la autoimpulsión y la incorporación a su esquema conceptual. Los alumnos están satisfechos con los estudios en general, inclinándose por las asignaturas prácticas de su especialidad, aceptación de la EAO. Consideran la Física una de las asignaturas más difíciles y ello no cambia por efecto de la EAO, pero sí por el cambio del profesor y su modificación. Los ejercicios realizados con el ordenador producen un alto nivel de asimilación intuitiva de los contenidos de las 2 primeras leyes de Newton (dificultad en la extrapolación de los conocimientos adquiridos, si se produce un cambio en las ideas preconcebidas de los sujetos). La EAO es acogida con gran interés por todos los sujetos. Necesidad de buscar un método que posibilite al alumno la aplicación de un modelo Newtoniano aprendido en EAO a sistemas físicos reales.

Integración de la simulación informática no presencial y la enseñanza tradicional : un método de evaluación continua.

Resumen basado en el de la publicación

Sistema multiagente para simulación de epidemias

El presente trabajo consiste en la elaboración de un sistema multiagente capaz de realizar simulaciones de enfermedades epidémicas, en determinados entornos, que pueden ser creados por los usuarios del sistema, así como la población que los ocupa, donde cada humano es un agente Jade. El trabajo se compone a su vez de cuatro módulos principales: una aplicación web realizada JSF, una aplicación de escritorio implementada en Java, el propio sistema multiagente que realiza las simulaciones, desarrollado usando Java sobre el framework de Jade y un servidor web que contiene al sistema multiagente y a la aplicación web mencionados anteriormente.El sistema desarrollado permite una gran cantidad de configuraciones sobre todos los aspectos que pueden influir en la simulación de una epidemia, como por ejemplo, parámetros de los entornos (tamaño, nivel de desarrollo, población de riesgo, etc.), población (porcentaje de población activa, estudiante, etc.) y enfermedades, así como sobre la propia simulación, ajustando por ejemplo el número de días de la duración o la probabilidad de que una persona decida ir a trabajar si está enferma. Además de realizar simulaciones, el sistema permite almacenarlas y consultarlas posteriormente, pudiendo tanto reproducirlas de nuevo como consultar información estadística detallada sobre la misma, así como distintas gráficas que muestran la evolución de la epidemia a lo largo de la simulación.Para garantizar un funcionamiento óptimo del sistema, este se ha ajustado y probado mediante diversas pruebas de estrés que garantizan que el rendimiento del mismo durante la realización de simulaciones es adecuado. Todo esto conforma un sistema cuya finalidad es la obtención de datos que puedan ser útiles de cara al estudio de enfermedades infecciosas potencialmente epidémicas y permitan extraer conclusiones sobre las mismas, ayudando al mejor entendimiento de este tipo de enfermedades y su comportamiento en determinados entornos.

Sistema multiagente para la simulación de epidemias

El presente trabajo consiste en elaborar un sistema que permita simular epidemias en un entorno a través de agentes que representan a los habitantes del entorno simulado. El trabajo consta de cuatro partes: una aplicación web realizada en JSF, una aplicación de escritorio realizado en Java, un sistema multiagente, que se encarga de realizar la simulación, realizado en Java junto al framework JADE y un servidor web que contiene la aplicación web y el sistema multiagente. La simulación, el entorno y la enfermedad pueden ser configuradas, por parte del usuario, con distintos parámetros necesarios para la realización de la simulación. Una vez realizada la simulación, ésta puede ser visualizada a través de una animación y/o a través de un gráfico que representa la evolución de la simulación. Con el fin de que el sistema tuviera un funcionamiento óptimo, se han desarrollado pruebas de estrés aumentando el número de días y de personas para poder comprobar la solidez del sistema y así realizar mejoras si es necesario. Todo esto conforma un sistema cuya finalidad es obtener unos datos a partir de los cuales se pueden realizar distintos estudios y sacar conclusiones a partir de ellos, ayudando a investigar cómo se comporta una epidemia en unas determinadas condiciones y también distintas formas de poder combatirlas

Sistema multiagente para la simulación de epidemias

Este trabajo de fin de grado tiene como objetivo realizar un sistema multiagente para simular el desarrollo de las enfermedades epidemiológicas en un entorno concreto. Para ello se plantea hacer un servidor que haga una simulación, especificándole diversos parámetros del entorno, de la enfermedad y otros propios de la simulación. Estos parámetros se pueden especificar desde una aplicación web y desde una aplicación de escritorio. También se podrá visualizar esta simulación desde las dos aplicaciones, una vez que la simulación haya finalizado. Se decide estructurar el sistema de esta forma para dejar la mayor parte del cómputo en manos del servidor. El software se desarrolla íntegramente en Java, haciendo así que sea multiplataforma. Para el desarrollo de este proyecto se ha investigado sobre la programación orientada a agentes y sobre los distintos modelos de epidemias existentes. Este es un proyecto grupal, formado por dos compañeros y yo. Ha sido un arduo trabajo de análisis, diseño, implementación y prueba del software por parte de todos. Para facilitar todo este proceso, la sincronización y el reparto de tareas se sigue una metodología de desarrollo ágil.

Aprendiendo Física en Bachillerato con simuladores informáticos.

Resumen basado en el de la publicación

La aventura de los planos.

Resumen basado en el de la publicación

Elaboración de recursos docentes multimedia para la asignatura Ampliación de Física de Ingeniería de Caminos y Puertos.

Realizado en la Escuela Politécnica Superior de Burgos, por 5 profesores del centro. Sus objetivos estaban centrados en los profesores, para actualizar sus conocimientos en el uso de la última versión de Mathematica para el desarrollo de materiales docentes; y centrados en los alumnos, para facilitar la comprensión de los contenidos teóricos de la asignatura Ampliación de Física de la Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos. El proceso pasó por el desarrollo de materiales en grupo, puesta en práctica por parte de los alumnos y desarrollo definitivo de los materiales. Los materiales elaborados son fichas - guías de experiencia de cátedra para uso de los profesores, simulación por ordenador con guiones de prácticas para los alumnos y un CD-ROM. El proyecto ha supuesto una actualización en los conocimientos de los profesores y una experiencia positiva para los alumnos.

Elaboración de una guía didáctica sobre prácticas físicas para alumnos de primer curso de la Licenciatura de Ciencias Ambientales.

Este trabajo ha sido realizado en el Departamento de Física General y de la Atmósfera de la Universidad de Salamanca. Ha sido realizado por tres profesores, dos pertenecientes al Departamento indicado y otro al Departamento de Física Aplicada. El objetivo era realizar una Guía Trabajo de Prácticas de Física para alumnos de primer curso de Ciencias Ambientales, proponiendo prácticas adecuadas a la asignatura que se imparte a estos alumnos, y sobre todo hacerlo desde la experiencia de los autores y naturalmente pensando en la viabilidad de las prácticas propuestas. El trabajo se ha llevado a cabo realizando una primera labor bibliográfica exhaustiva. Se ha producido también intercambio de experiencias con colegas de la Universidad Complutense y de la Universidad de Baleares que comparten con nosotros este tipo de preocupaciones. Esto unido a un gran número de reuniones entre los miembros del Equipo tratando de contrastar opiniones sobre el trabajo individual realizado por cada uno. Con la realización del proyecto creemos que hemos conseguido varios objetivos: aumentar nuestra motivación por el tema, fomentar el trabajo en equipo y favorecer el aprendizaje de los alumnos en cuanto que ellos mismos han sido participantes de nuestra propia motivación. Se han elaborado algunos materiales informáticos discos y CD que nos están valiendo para el trabajo diario en la asignatura y además nos han abierto un gran campo que abordaremos próximamente relacionado con la simulación por ordenador. Los resultados del trabajo no están publicados por el momento, no obstante, tenemos en realización un libro de prácticas que está ya en fase avanzada y cuya publicación podrá ver la luz en un plazo corto-medio.

Conocimiento matemático y situacional y su influencia en la resolución de situaciones problemáticas de estructura aditiva.

El objeto de estudio es la resolución de problemas aritméticos verbales de estructura aditiva, es decir, profundizar en la comprensión de los procesos cognitivos, (no heurísticos) que permite que el alumno ser capaz de resolver correctamente un problema. 250 alumnos de segundo ciclo de primaria, la primera versión, y una segunda versión para tercer ciclo, vistos los resultados se opta por aplicar unicamente problemas de dos operaciones en el segundo ciclo de primaria, tercero, cuarto y quinto curso. Consta de tres partes bien diferenciadas,asi como de sus correspondientes conclusiones y bibliografia utilizada. En el primer capítulo, se recoge por una parte , el camino evolutivo que el niño debe recorrer hasta ser capaz de resolver la tarea, una vez sabidas las capacidades necesarias para acometer con éxito esta tarea expondremos modelos teóricos que, desde el ámbito de la simulación por ordenador, han hecho énfasis en la importancia del conocimiento matemático para la resolución de problemas. En el segundo capítulo se centra en la comprensión de los textos, también simulados por ordenador, pero basados en la forma de entender qué supone comprender un problema. El tercer capítulo expone los principales estudios que, a través de la reescritura de problemas, y las expresiones, términos o formas de presentar la información que facilitan o dificultan la tarea. También en este capítulo se refleja la doble naturaleza matemática y textual de los problemas, por lo tanto por un lado se presentan los estudios que han reescrito los problemas de manera que resaltan las operaciones matemáticas entre los conjuntos, y por otro se resaltan los que se han centrado en enunciados más comprensibles desde el punto de vista textual. Finalmente en el capítulo cuarto se sintetizan los modelos que explican el procesamiento conjunto de texto e imagen para explicar cómo y en qué circustancias una imagen ayuda a comprender un texto. Así mismo también se recogen las principales aportaciones de los estudios instruccionales en la resolución de problemas que han incluido imágenes esquemáticas como ayuda para los alumnos con y sin dificultades. El capítulo quinto consta de un diseño, resultado y conclusiones de cuatro estudios empíricos basados tanto en el marco teórico como en los estudios previos recogidos en la primera parte de la tesis. Y por último se ofrecen las respectivas conclusiones, limitaciones en el planteamiento y las posibles aplicaciones y estudios posteriores que ayudarían a ampliar objetivos. 1)De las dos dimensiones de la tarea de resolución de problemas verbales, estos matemática y textual, es la primera de ellas la que en mayor medida determina el nivel de dificultad de los problemas y, por añadidura, qué tipo de ayudas textuales son eficaces para que los alumnos resuelvan los problemas de manera más eficaz.De esta manera, de los dos tipo de reescritura que hemos definido, conceptual/semántica y situacional, ha sido la primera de ellas la que ha ofrecido mejores resultados a lo largo de los 4 estudios empíricos que han conformado la segunda parte de esta tesis doctoral.2) La reescritura conceptual de los problemas verbales de cambio de dos operaciones que hemos diseñado, que resalta las relaciones conceptuales entre los conjuntos del problema, han mostrado ser información relevante para la tarea, produciendo procesamiento efectivo que hace que los sujetos mejoren su rendimiento, pero sólo cuando la tarea se encuentra en la Zona de Desarrollo Próximo del alumno, esto es, cuando la carga intrínseca de la tarea consume los recursos de la memoria de tal manera que parte de esos recursos quedan disponibles para el procesamiento efectivo de la información conceptual.3)La reescritura situacional por sí misma no se ha mostrado como una ayuda eficaz para que los alumnos resuelvan con más éxito los problemas verbales de cambio de dos operaciones. La causa de estos resultados no parece ser que siendo información relevante para la tarea, su procesamiento exceda la capacidad de la memoria de trabajo, ni que la comprensión de la situación resulte demasiado fácil para el alumno, quedando así fuera de su Zona de Desarrollo Próximo, ni, por último, al formato escrito en el que se presenta la tarea, si bien ésta última explicación necesita estudios adicionales. La causa por la que nos inclinamos es que la información situacional por sí sola es información irrelevante para la tarea y su procesamiento genera carga no efectiva para la memoria de trabajo.4) Sólo cuando el alumno tiene activo en la memoria de trabajo cierto grado de conocimiento conceptual, la información situacional, y más concretamente la información temporal, es útil para que el alumno resuelva los problemas difíciles. Problamente, cuando el alumno tiene este conocimiento conceptual en la memoria de trabajo, está en condiciones de proyectar información cualitativa del problema sobre la estructura conceptual, interpretando la estructura temporal del problema en términos conceptuales.5) El modelo SPS de Reusser (1985) no se ajusta a los resultados obtenidos en esta tesis, al menos, tal y como fue propuesto. A diferencia de lo que proponía este modelo, los resultados de los estudios previos y de los nuestros propios indican que la creación de un modelo cualitativo del problema, en el que se representa la estructura intencional, temporal y causal de la situación denotada por el problema, no es un paso obligatorio en el proceso de resolución de problemas, sino una manera alternativa de comprender el problema, pero estrechamente ligada al conocimiento conceptual del que disponga el alumno. Sin esta activación, como hemos señalado en la conclusión 4, la información situacional no es efectiva..