Los
laboratorios virtuales aplicados a la Biología en la enseñanza secundaria, una
evaluación basada en el modelo “CIPP”
López, M. (2009). Los laboratorios virtuales aplicados a la
Biología en la enseñanza secundaria. Una evaluación basada en el modelo “CIPP” (Tesis
doctoral), Universidad Complutense de
Madrid. Disponible en http://eprints.ucm.es/8800/1/T30883.pdf
Es sabido que el desarrollo económico y social de los pueblos, está
directamente relacionado a su desarrollo científico y tecnológico, como también
el impacto que ha tenido para el avance de la humanidad, la comprensión de los
fenómenos naturales y la aplicación de los conocimientos generados para la
invención de herramientas y aparatos que han permitido transformar y controlar
el mundo que nos rodea.
La preocupación por la educación científica se ha convertido en una de
las áreas estratégicas de la investigación didáctica, que busca mejorar esta
formación para que los estudiantes puedan integrarse al mundo actual altamente
tecnológico y puedan tener una participación activa en los debates científicos que
se plantean en la sociedad, por lo que se busca favorecer las actividades de
indagación en el aula que permitan la comprensión de los fenómenos científicos,
más que la acumulación de conocimientos.
Sin embargo, que los estudiantes se familiaricen con los métodos de la
ciencia mediante la realización de prácticas de laboratorio, por diversas
razones, es algo muy complejo en cuanto a tiempo y recursos tanto materiales
como humanos.
Por otra parte la incorporación de las TIC a la enseñanza abre un espacio
de reflexión en cuanto a las posibilidades de estas herramientas para el acceso
y almacenamiento de la información, la comunicación, la simulación o la
interactividad, que permiten ampliar las fronteras para la realización de
actividades prácticas abriendo nuevos escenarios para el aprendizaje de los
procedimientos científicos.
En este trabajo se evalúa la utilización de laboratorios virtuales
como alternativa metodológica para el desarrollo de algunas destrezas
científicas, apoyado en la evidencia de que el software de simulación en el que
se basan la mayoría de los laboratorios virtuales, permite crear ambientes de
aprendizaje enriquecidos que facilitan a los estudiantes visualizar procesos
complejos e interactuar con ellos, lo que puede aportar ciertas ventajas para
la realización de trabajos prácticos tanto para profesores como alumnos.
El objetivo general de la tesis es valorar las aportaciones y
limitaciones de los laboratorios virtuales como recurso didáctico para el
aprendizaje de procedimientos científicos en Biología.
Para esto se llevó a cabo la evaluación sistemática de la utilización
de un laboratorio virtual en el aula, lo que lo sitúa en el ámbito
interdisciplinar entre la Biología y las aplicaciones de la Informática
Educativa.
El programa desarrollado para este proyecto, “Laboratorio Virtual de
Insectos” está alojado en un servidor de la Universidad Complutense de Madrid y
disponible en la dirección:
Este programa, fundamentado sólidamente en la didáctica de la
Biología, desarrolla habilidades de observación y clasificación, necesarias
para el estudio de la morfología e identificación de los insectos y ha sido
utilizado en una experiencia de aula en una institución educativa en Madrid.
Para la evaluación del interés didáctico del laboratorio virtual se
utilizó el modelo CIPP (context, input, process, product) propuesto por
Stufflebeam y Shinkfield (1995), el cual analiza el objeto de estudio desde
cuatro dimensiones: el contexto, el programa, el proceso y los resultados,
pretendiendo una evaluación global e integradora.
• Evaluación del
contexto: se define el ámbito de la investigación, permite diagnosticar los
problemas o necesidades que existen respecto al tema de estudio y proporciona
información para la planificación y determinación de los objetivos.
• Evaluación del
programa: se analiza el programa que se va aplicar, proporciona información
sobre sus características intrínsecas y
su adecuación a la problemática de estudio diagnosticada.
• Evaluación del
proceso: se valora la aplicación de dicho programa, grado de cumplimiento de la
planificación establecida, obstáculos encontrados y modificaciones realizadas.
• Evaluación de los resultados: se recopilan lo datos obtenidos en las
etapas anteriores, relacionándolos con los problemas detectados en la
evaluación del contexto para valorar hasta qué punto el programa cumple los
objetivos previstos y contribuye a dar solución a las necesidades planteadas.
Los resultados de la investigación muestran el interés didáctico de
los laboratorios virtuales y su potencialidad para solucionar algunos problemas
del trabajo experimental en Biología, así como las limitaciones para su
implementación en la enseñanza secundaria en los centros públicos de la
comunidad de Madrid.
Para Aristóteles “el alma nunca piensa sin imágenes”. En la enseñanza de la Biología, las imágenes
tienen un papel fundamental ya que es a través de ellas que los estudiantes
pueden lograr una representación mental de la morfología de una célula o de la anatomía
interna de un organismo, aspecto íntimamente relacionado con la comprensión de
la función. Para esto, tras una
cuidadosa observación, deben desarrollar la habilidad de interpretar imágenes y
realizar dibujos y esquemas que impliquen la diferenciación y reconocimiento de
las estructuras de los seres vivos.
Las actividades prácticas requieren la observación directa o microscópica
de organismos u otras muestras que no siempre están disponibles en los centros
de educación secundaria.
Un laboratorio virtual, en sentido amplio, se define como “un espacio
electrónico de trabajo concebido para la colaboración y la experimentación a
distancia con objeto de investigar o realizar otras actividades creativas, y
elaborar y difundir resultados mediante tecnologías difundidas de información y
comunicación” (UNESCO, 2000).
Los laboratorios virtuales se basan en la simulación de procesos o
fenómenos reales. La simulación, en el ámbito educativo puede definirse como un
programa informático que reproduce un fenómeno real diseñado de forma
simplificada con el fin de lograr situaciones de aprendizaje concretas. Su
valor técnico se basa en su potencialidad para reproducir procesos biológicos a
cualquier nivel de complejidad (molecular, celular, organismo, etc.), de forma
dinámica, ya sea acelerando o disminuyendo la velocidad de los procesos, para
adaptarlos al nivel cognitivo del estudiante o al logro de los objetivos y en
la posibilidad de interactuar con el programa permitiendo modificar las
condiciones y analizar los cambios observados, haciéndola una herramienta
extremadamente útil para la experimentación.
En este programa se han utilizado algunas de las características de las
herramientas informáticas que, de acuerdo a Gros 2002, son muy útiles para el
diseño de materiales didácticos y son: el carácter multimedia, el carácter
hipermedia, la interactividad y la posibilidad del trabajo colaborativo.
Objetivos didácticos del programa
La secuencia de actividades del “Laboratorio Virtual de Insectos” inicia con la
observación detallada y termina con actividades de clasificación e
identificación de especímenes, permitiendo el paso del nivel descriptivo al
interpretativo.
La identificación y clasificación de los seres vivos, es una tarea
fundamental de la Biología que permite abordar otro tipo de estudios como la
pérdida de la biodiversidad que ha añadido un carácter de urgencia a la tarea
de la identificación biológica al estarse perdiendo especies que incluso aún no
han sido identificadas o los análisis bioquímicos y genéticos que permiten
identificar características particulares de cada especie a nivel molecular.
Para el curso de Biología en la ESO es necesaria la comprensión de los
criterios que se utilizan para establecer la clasificación de los seres vivos
en 5 reinos y sus diferentes categorías o taxones jerarquizados, para un mejor
estudio de la biodiversidad de especies.
Contenidos del programa
El Laboratorio Virtual de Insectos está dirigido al primer ciclo de
enseñanza secundaria y el contenido es la diversidad de los seres vivos. Consta
de tres actividades prácticas, un ejercicio de evaluación y documentos
complementarios.
Metodología utilizada en las actividades
En el “Laboratorio Virtual de Insectos”, el estudiante debe
manipular un insecto para observar sus características morfológicas, utilizar
instrumentos de ampliación para la observación de algunos detalles y utilizar
una guía de clasificación para lograr la identificación de su ejemplar.
El programa inicia con una pantalla de información de los objetivos de las
actividades y el nivel al que van dirigidas.
La observación con base en guías estructuradas permite a los estudiantes
iniciarse en la identificación de características significativas, para lo cual
deberán completar una ficha de observación identificando once características
diferentes de cada uno de los insectos con los que van a trabajar.
En la sección “Morfología”, encuentran un documento con información concisa
respecto a las características morfológicas de los insectos con los que van a
trabajar durante las actividades. Los parámetros que se aplican a las
características de estudio están definidas para evitar la subjetividad de la
observación.
Actividad 2. CLASIFICACIÓN
La clasificación de los seres vivos tiene diferentes niveles de complejidad
dependiendo de las categorías o taxones que se utilicen en el proceso de
identificación, la terminología científica y la carga conceptual que implica
pueden obstaculizar los objetivos de aprendizaje propuestos. En esta actividad,
la identificación a nivel de Orden utilizando claves dicotómicas permite a los
estudiantes lograr una observación sistemática y rigurosa de las
características taxonómicas. Considerando que los estudiantes tienen más
dificultades para clasificar cuando se les presenta un mayor número de especies
por la mayor cantidad de términos científicos que deben manejar, en este
laboratorio sólo se incluyen ocho ejemplares, representantes de los ocho
Órdenes de insectos más comunes.
Actividad 3. IDENTIFICACIÓN
El programa les presenta un nuevo ejemplar y en la misma pantalla se
muestra la descripción de manera concreta de los ocho Órdenes de insectos en
los que han basado las actividades anteriores de laboratorio, con base en las
descripciones, el estudiante identifica a su ejemplar.
Todas las actividades tienen tres intentos para realizarlas correctamente.
El programa también tiene una selección de “Enlaces” recomendados donde los
alumnos pueden consultar información o realizar más actividades.
Finalmente para profundizar en el tema y promover el trabajo colaborativo
se propone la actividad: creación de un “Insectario Virtual”, que consiste en
la elaboración de un archivo de fichas de insectos que contengan la
identificación taxonómica del ejemplar, sus características morfológicas y los
aspectos más significativos de su biología. Esta actividad puede realizarse
entre grupos de alumnos del mismo o distintos centros educativos.
Instrumentos de evaluación de las actividades
A diferencia de los laboratorios presenciales, los virtuales permiten
evaluar las prácticas con mayor precisión e introduciendo los parámetros que se
deseen. Se puede contar con sistemas de corrección automática que permita
conocer la calificación de cada actividad y de su conjunto, guardar informes de
laboratorio con anotaciones de los alumnos, conocer el tiempo que le han
dedicado a cada actividad, permitiendo a los docentes registrar el aprendizaje
en la acción (learning in the making) para analizar las mejoras en el proceso
de enseñanza. Este tipo de registros pueden permitir a los profesores entender
cómo sus estudiantes construyen y favorecen su propio aprendizaje, así como
diseñar las modificaciones necesarias para responder a sus dificultades y
motivaciones particulares.
El “Laboratorio Virtual de Insectos” cuenta con un sistema de evaluación para conocer el grado
en que los estudiantes han desarrollado las habilidades de observación y clasificación,
destrezas que implican una actividad intelectual que se revalida de dos formas:
1. Mediante la propia
Práctica con la correcta realización de las actividades y que depende de las
opciones que el alumno elija para cada problema planteado (tiempo que utiliza,
número de intentos), combinada con una plantilla de evaluación que puntúa
niveles de logro. Estas puntuaciones y la información de los errores cometidos,
se muestran al alumno al finalizar cada actividad, lo que le permite ser
consciente de su propio progreso.
2. Mediante un
cuestionario final al término de las tres actividades que consta de cinco
preguntas seleccionadas aleatoriamente por el propio programa en las que deben
marcar la respuesta correcta entre cuatro alternativas propuestas, con el
propósito de averiguar el grado de transferencia de los conocimientos
adquiridos.
Estos datos, más la
información adicional que puede obtenerse del programa, pueden servir para
reflexionar sobre la conveniencia de reforzar algunos conceptos en el aula o sobre
la necesidad de atención personalizada para algunos estudiantes.
Evaluación
del programa
Fue sometido a una
evaluación de expertos que ofrecieron su punto de vista en cuanto a las
características técnicas y pedagógicas.
Los indicadores
utilizados son considerados como criterios de calidad de un objeto de
aprendizaje por algunos autores: aspectos psicopedagógicos,
didáctico-curriculares, técnico-estéticos y aspectos funcionales.
1. Evaluación técnica
del programa, se evaluó: Información al usuario; entorno visual; navegación;
elementos multimedia; interactividad; contenidos; servicios de ayuda; registro
de calificaciones; acceso a otros recursos; adecuación del diseño al nivel
educativo y adecuación del contenido al tiempo.
2. Evaluación
pedagógica del programa: Relevancia de los contenidos; eficacia; adecuación de
los contenidos al nivel cognitivo de los alumnos; capacidad de motivación;
tutorización; autonomía; esfuerzo cognitivo y evaluación:
Evaluación de los resultados del Laboratorio Virtual de Insectos en el aula
Ésta se realizó tomando en cuenta tres niveles que corresponden con los
propósitos de la investigación y que determinan los apartados en que fue
dividida.
1. Análisis de las necesidades y
obstáculos detectados en el contexto educativo.
2. Valoración del programa en relación al logro de los objetivos.
3. Valoración del programa en relación a la opinión de los participantes.
De estas consideraciones, se comprobaron las ventajas que aportan los
laboratorios virtuales: la flexibilidad de su utilización tanto en espacio como
en tiempo ya que permite prolongar las actividades más allá del tiempo de la
clase (50 minutos), permitiendo a los alumnos reflexionar sobre las
dificultades encontradas y al profesor conocer el progreso de éstos comparando
sus resultados; una notable influencia en la motivación y concentración de los
alumnos en la ejecución de su tarea al observar del desarrollo de la actividad;
y finalmente la valoración de los participantes, profesores y alumnos es muy
positiva, apreciando los beneficios pedagógicos que se han visto reflejados en
el la consecución de los objetivos didácticos.
En la actualidad, es necesario añadir a las destrezas
tradicionales del quehacer científico las destrezas en la utilización de las
aplicaciones de las TIC: el manejo de bancos de datos, de programas de
tratamiento estadísticos y de elaboración de graficos, el tratamiento de
imágenes son entre otras algunas de las habilidaes necesarias para llevar a
cabo un trabajo experimental que cada vez se encuentra más informatizado por lo
que es necesario el desarrollo de los dos tipos de habilidades y que cada uno
tenga su propio espacio de formación.
Futuras líneas de investigación.
Con los resultados de esta investigación, el autor propone que son tres
núcleos en torno a los cuales se deberían articular futuras líneas de
investigación:
I. Identificación de la demanda educativa de los laboratorios virtuales en
relación a los objetivos del currículo. Hace falta impulsar el desarrollo de
programas que hagan posible llevar a cabo experiencias educativas que permitan
evaluar el desarrollo de las destrezas y los procedimientos científicos, para
lo que es imprescindible la existencia del software necesario. El diseño de
éste requiere la participación de profesionales de diversas disciplinas,
teniendo en cuenta principios tecnológicos y pedagógicos en su diseño que
garanticen su aprovechamiento educativo.
II. Análisis de las necesidades del profesorado en contextos concretos en
relación a los obstáculos detectados. Hacen faltan estudios que revelen las
necesidades específicas de los profesores respecto a su propia disciplina y en
contextos concretos. Es evidente que las necesidades de software, equipamiento formación
u organización de los recursos no son las mismas para todas las disciplinas.
Incluso dentro de la misma, las necesidades no son las mismas para tratar los
diferentes tipos de contenidos, ni tampoco entre diferentes centros de
enseñanza. Los proyectos docentes de cada centro, en relación a la integración
e innovación de las TIC deberían ser la base para atender estas necesidades.
Por otra parte, las sucesivas reformas educativas no han servido para
revisar unos contenido curriculares incompatibles con metodologías
participativas, colaborativas y centradas en el alumno que se promueven desde
la investigación educativa. Por lo que la falta de coherencia entre las dos
exigencias a los docentes: la innovación metodológica y los buenos resultados
en las pruebas externas, conduce a que se desatienda uno de los dos objetivos.
III. Educación a distancia. Es en esta modalidad, donde los laboratorios
virtuales abren nuevas posibilidades porque más allá de la enseñanza reglada,
la concepción sobre el aprendizaje permanente que tiene como objetivo la
formación continua de los ciudadanos en diferentes campos de conocimiento a lo
largo de su vida, plantea la necesidad de hacer compatible esta formación con
otras ocupaciones evidenciando la importancia de ampliar los campos de
conocimiento y de hacerlos accesibles desde entornos virtuales. Considerando
que la formación a distancia en las disciplinas científicas, se ha dificultado
por la necesidad de complementar los contenido teóricos con los procedimentales
y experimentales, la utilización de los laboratorios virtuales podría permitir
que se trabajaran y evaluaran contenidos procedimentales incorporando, también,
el componente experimental de la ciencia.
En Latinoamérica, la educación secundaria a distancia atiende a un elevado
número de estudiantes, especialmente en las zonas rurales, por lo que el
desarrollo de laboratorios virtuales en español tendría una gran trascendencia
al ampliarse su aplicación a todos los países de habla hispana que podrían
beneficiarse con este software. La autora señala que en el marco de la
cooperación internacional, proyectos de ayuda al desarrollo de software específico
para el área de ciencias naturales y para la formación de los docentes podrían
tener un gran impacto en la disminución del abandono de la enseñanza
secundaria.
Por lo tanto, el impulso de estos proyectos y el seguimiento conjunto de su
incidencia en la formación de los estudiantes es otra prometedora línea de
investigación para dar respuesta sobre su eficacia.
El reto es que
avancemos en estudios e investigaciones de experiencias prácticas que nos
permitan indagar y evaluar las posibilidades del aprendizaje virtual para
apoyar el desarrollo de un modelo educativo centrado en el alumno, y analizar
hasta qué punto pueden brindar más oportunidades de un aprendizaje activo,
cooperativo y reflexivo (Margalef, 2004).
Me parece interesante la propuesta de laboratorios virtuales, sin embargo me deja pensando lo siguiente:
ResponderBorraren la actualidad en muchos colegios la asistencia al laboratorio es limitada por falta de sustancias o materiales; el laboratorio virtual intuyo que requiere de una infraestructura tecnológica que en costo quisiera saber cómo es comparativamente con el laboratorio tradicional. Por otro lado me pregunto en qué medida un laboratorio virtual permite desarrollar las habilidades de manipulación, medición, calibración etc... que se intentan desarrollar en un laboratorio común
Hola Martha, actualmente al menos en las áreas de ingeniería que conozco, la mayor parte de los laboratorios están basados en simuladores no solo por el asunto del costo, sino también de la disponibilidad (el laboratorio lo puedes tener en tu computadora o acceder a el por la noche desde tu casa). Las habilidades a las que haces referencia, dependen de la materia y de que tan bien haya sido hecha la interfaz, esto es, si permite o no, o hasta que punto permite que los estudiantes cambien parámetros de entrada al sistema. En el área de ingeniería incluso se ha creado una nueva "especialización" la llamada "instrumentación virtual". Sin embargo, en México, aún estamos lejos de que se pueda utilizar en forma masiva en la educación pública, no tanto por lo que implica en la tecnología que los viabiliza, sino en saber realmente cómo se utilizará. Esto es, nuevamente la formación de profesores.
ResponderBorrarEstudiante, bueno, aquí si son claras las estrategias de cómo utilizar las TIC en la enseñanza de la biología.
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