La enseñanza y el aprendizaje de la física y el trabajo colaborativo con el uso de las TIC

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La enseñanza y el aprendizaje de la física y el trabajo colaborativo con el uso de las TIC
  RELATEC Revista Latinoamericana de Tecnología Educativa Web: http://campusvirtual.unex.es/revistas Vol 11 (1)  (2012) 95-107 La enseñanza y el aprendizaje de la física y el trabajo colaborativo con el uso de las TIC * Teaching and learning physics and collaborative work using ICT  José Luis Serrano Sánchez y María Paz Prendes Espinosa Departamento de Departamento de Didáctica y Organización Escolar. Facultad de Educación. Universidad de Murcia. Campus Universitario de Espinardo, 30100 - Murcia. España.E-mail: jl.serranosanchez@um.es; pazprend@um.es Información del artículoResumen Recibido 2 Marzo 2012Aceptado 27 Junio 2012Para promover en profesores de física, técnicas que promuevan el aprendizaje activo de la física en sus alumnos, se ha desarrollado un seminario utilizando vídeos, animaciones y experimentos. Esta experiencia se enmarca en el Proyecto Europeo MOSEM. Participaron veintiún profesores de física de la Región de Murcia. Se analiza el desarrollo del seminario para determinar el efecto que produjo en la formación de los docentes respecto a dos grandes bloques: competencias y uso de tecnologías de la información y comunicación (TIC) y expectativas y grado de satisfacción respecto al seminario. Los resultados indican que con una adecuada formación, el docente haciendo uso de TIC (específicamente, simulaciones de física), podría mejorar el proceso de enseñanza y aprendizaje de la física en secundaria. Palabras clave: Aprendizaje, Física, Educación Secundaria, Aprendizaje de la Ciencia, Simulación Abstract Keywords : Learning, Physics, Secondary Education, Science Learning, SimulationTo promote physics teachers techniques that promote active learning in students of physics, has developed a seminar using videos, animations and experiments. This experience is part of the European Project MOSEM. Twenty-one physics teacher participated in the Region of Murcia. We analyze the seminar to determine the effect produced in the formation of teachers on two main groups: skills and use of information technology and communication (ICT) and expectations and degree of satisfaction with the seminar. The results indicate that with proper training, teachers using ICT (specifically, physical simulations) could improve the teaching and learning of physics in high school. *  Este trabajo es una síntesis de la Tesis de Licenciatura “  Aplicaciones de las TIC en la enseñanza y el aprendizaje de la Física en Secundaria ”, presentada por José Luis Serrano Sánchez y dirigida por María Paz Prendes Espinosa.  ISSN 1695-288XRELATEC - Revista Latinoamericana de Tecnología Educativa, Vol. 11 (1) (2012) 95-107 96 1. Introducción 1.1. Las Tecnologías de la Información y Comunicación (TIC) y su aplicación en la Enseñanza y el  Aprendizaje de la física Transcurrida la primera década del siglo XXI, pocos profesionales de la educación cuestionan las múltiples posibilidades que las TIC pueden ofrecer al ámbito educativo, desde la Educación Infantil hasta la Educación Superior. Fernández (2001:139), afirmó que « la presencia de las nuevas tecnologías en todos los ámbitos de nuestra sociedad hace inevitable su uso en entornos educativos ». Sin lugar a duda nos encontramos ante una sociedad estrechamente vinculada a las Nuevas Tecnologías siendo posiblemente la autonomía, organización y la velocidad, los tres términos que podrían sintetizar el porqué del éxito de las TIC (Wolton, 2000, citado en Martínez y Prendes, 2003). Nos encontramos en la llamada sociedad de la información y la comunicación, caracterizada por la velocidad, el cambio y la transformación, « siendo lo único previsible lo imprevisible»  (Cabero y Llorente, 2007:20). En esta misma línea, en una publicación de la UNESCO (2005:15) se afirma que « una de las características más contundentes de la civilización moderna es la rapidez con la que se producen los cambios ». Es por ello que la Educación debe de incluir en sus programas educativos formación en TIC, de esta forma se intentaría dando respuesta a las necesidades que la sociedad actual demanda. Es conveniente tener presente que antes de que las TIC se implementen en la educación hemos de tener en cuenta que toda innovación tecnológica requiere una innovación pedagógica. En esta línea, Escudero (2009:22), afirma que « hoy como ayer sigue siendo cierto que las nuevas tecnologías no generan por sí mismas una verdadera renovación pedagógica ». De hecho, si analizamos el sistema educativo español, el papel de las TIC en la educación ha comenzado a ser relevante o por lo menos eso es lo que da a entender la legislación existente.Múltiples y variadas son las aplicaciones y/o posibilidades de las TIC en la enseñanza de la ciencia. Seguidamente destacamos algunas de ellas tomando como referencia el trabajo realizado por Daza  et al.  (2009:321): • Favorecen el aprendizaje de procedimientos y el desarrollo de destrezas intelectuales de carácter general (Pontes, 2005) y permiten transmitir información y crear ambientes virtuales combinando texto, audio, video y animaciones (Rose y Meyer, 2002). Además, permiten ajustar los contenidos, contextos, y las diversas situaciones de aprendizaje a la diversidad e intereses de los estudiantes (Yildrim et al., 2001). • Contribuyen a la formación de los profesores en cuanto al conocimiento de la química, su enseñanza y el manejo de estas tecnologías. Se pueden consultar, en multitud de páginas Web, artículos científicos, animaciones, videos, ejercicios de aplicación, cursos en línea, lecturas, etc. • En los entornos virtuales, las posibilidades de sincronismo y asincronismo facilitan la comunicación y permiten que estudiantes y/o profesores de diferentes lugares del mundo intercambien ideas y participen en proyectos conjuntos. • Las simulaciones de procesos fisicoquímicos permiten trabajar en entornos de varios niveles de sofisticación conceptual y técnica.Siguiendo con las aportaciones del trabajo de Daza et al.  (2009) los alumnos tienen la posibilidad de complementar otras formas de aprendizaje utilizadas en el aula gracias al uso de las TIC en clase, pueden mejorar « la compresión de conceptos difíciles o imposibles de observar a simple vista o en los laboratorios escolares» (p.321). Actualmente la simulación y el vídeo son dos herramientas tecnológicas que están siendo muy utilizadas en la enseñanza de la física en Secundaria. La simulación puede llegar a convertir al ordenador en un verdadero laboratorio virtual, promoviendo la idea de aprender investigando, de esta forma la enseñanza por descubrimiento, que tantas dificultades prácticas en la experimentaciones ha tenido, podría verse beneficiada (Cañizares, 2008). Sin embargo, no podemos todavía afirmar que las simulaciones por ordenador sean usadas por la mayoría de los docentes, según Esquembre (s.f.) esto es http://campusvirtual.unex.es/revistas  ISSN 1695-288XRELATEC - Revista Latinoamericana de Tecnología Educativa, Vol. 10 (1) (2011) 95-107 97 debido en muchos casos a que « los profesores se resisten a utilizar una tecnología que no comprenden o controlan con seguridad. En muchos otros, a que no encuentran un producto que satisfaga completamente sus necesidades educacionales ». Para este autor una buena solución sería formar a los docentes para crear sus propias simulaciones. Según la experiencia de Esquembre (s.f.), cuando se crea « una simulación, muchos  profesores obtienen una nueva perspectiva del fenómeno que están tratando de explicar, lo que casi siempre incrementa su entusiasmo por el uso de esta tecnología con sus estudiantes» . A continuación destacamos dos de las muchas experiencias e investigaciones que existen en el uso de las simulaciones en la enseñanza de la física en Secundaria. Por un lado, el Dr. Esquembre de la Universidad de Murcia ha desarrollado un entorno de diseño de simulación ( Easy Java Simulations , EJC) muy destacable dentro del ámbito de la física (Esquembre, 2004). El EJS es una herramienta de software diseñada para la creación de simulaciones sencillas por computador, es decir, « un programa que intenta reproducir, con fines pedagógicos o científicos, un fenómeno natural a través de la visualización de los diferentes estados que éste puede presentar»  (Esquembre, s.f.). EJS ha sido diseñada para enseñar a una amplia audiencia como crear de forma sencilla y rápida simulaciones científicas en Java. Estudiantes, profesores e investigadores de ciencias con un conocimiento básico de programación informática son los destinatarios del EJS, por lo que está pensado para «  personas que están más interesadas más en el contenido de la simulación, en el fenómeno mismo que se simula, que en los aspectos técnicos necesarios para construir la simulación»  (Esquembre, s.f.). Por otro lado, Cañizares Millán (profesor de Física y Química en secundaria, en la Región de Murcia, España) llevó a cabo una propuesta de enseñanza basada en el uso de simulaciones con alumnos de 4º de la ESO, analizando los resultados obtenidos sobre el aprendizaje de los alumnos. Esta experiencia incluye unas conclusiones interesantes, tales como: (a) es posible aprender autónomamente mediante simulaciones; (b) las simulaciones pueden ser muy efectivas en la enseñanza de la física si son compatibilizadas con las explicaciones del profesor; (c) los alumnos aprenden activamente y con mayor motivación; (d) las simulaciones facilitan la atención a la diversidad, puesto que cada alumno llevó su propio ritmo de aprendizaje; (e) es importante seleccionar muy bien las simulaciones que se vayan a utilizar, si en Internet no están disponibles sería interesante que el docente tuviera la capacidad de crear sus propias simulaciones, y (f) en el uso de la simulación es importante tener claro qué información se quiere dar al alumno y qué es lo que pretendemos que ellos mismos descubran con esta tecnología. 1.2. La enseñanza y el aprendizaje de las ciencias Con Fernández y Orribo (1995:4), podemos distinguir cinco tipos de modelos de la enseñanza de las ciencias, que sintetizan opiniones e ideas no excluyentes de diferentes autores: • Tradicional, transmisor-recepto • Técnico, cientificista, eficaz, transmisor-estructurado: • Humanista, práctico, estructuración-construcción. • Descubridor, descubrimiento investigativo. • Constructivista, de elaboración, crítico, reflexivo, investigador en el aula. Según Mayer (2010:358) autores como Eylon y Linn (1988) y Halpen (1992) han demostrado que existe la «  posibilidad de enseñar las habilidades de pensamiento científico»  debiendo ser revisados « los currículos de educación científica en el sentido de resaltar la naturaleza del razonamiento científico como proceso creativo ». Simon (1980) afirma que la enseñanza en ciencias debería «  proporcionar una base de conocimientos amplia (…)  y desarrollar estrategias generales de solución de problemas pertinentes para la ciencia » (citado en Mayer, 2010:368). Por otra parte Schunn y Anderson (2001) afirman que « diversas habilidades científicas básicas ni se impartían, ni se aprendían en gran medida » (citado en Mayer, 2010:368). Todos los problemas con los que el docente se encuentra a la hora de enseñar ciencias ha provocado que surjan numerosos «intentos de renovación de la enseñanza de las ciencias, que han conducido a un rápido desarrollo de la investigación específica en torno a los problemas de enseñanza y aprendizaje de las ciencias»  (Sierra, 2005:23). El http://campusvirtual.unex.es/revistas  ISSN 1695-288XRELATEC - Revista Latinoamericana de Tecnología Educativa, Vol. 11 (1) (2012) 95-107 98 docente siempre debe tener en cuenta la meta de la educación científica, que según Sierra (2005:24) es « completar la mente del alumno, más que cambiar su organización, ya que el conocimiento cotidiano es compatible con el científico ». Además ha de tener presente que « los alumnos acceden a las clases de ciencias con muchas concepciones previas que a veces pueden ser resistentes a las instrucción tradicional»,  sugiriendo el uso de una « técnica para enseñar que se orienta específicamente a ayudar a los alumnos a revisar sus intuiciones y concepciones científicas»  (Mayer, 2010:318). La superación de estas concepciones previas en el contexto de aprendizaje-enseñanza requiere cambio conceptual en el alumno. Como sabemos desde Piaget (1985; citado por Mayer, 2010:308), « los niños reestructuran sus conocimientos cuando tienen la experiencia de que el mundo no concuerda con ellos ». El cambio conceptual será clave para el aprendizaje de las ciencias y requiere una actividad de aprendizaje con tres pasos fundamentales: reconocimiento de una anomalía, construcción de un modelo nuevo y utilización del modelo nuevo. Así pues, en la enseñanza-aprendizaje de la ciencia, el cambio conceptual puede « ayudar a los alumnos a cambiar sus concepciones previas y no sólo a añadir información nueva a su memoria » (Mayer, 2010:305).Si recordamos la teoría del aprendizaje como asimilación frente al aprendizaje como acomodación, los alumnos aprenden mediante asimilación cuando incorporan información nueva a sus conocimientos previos, siendo ésta a veces incompleta al no incluir las formas más profundas de cambio conceptual (Mayer, 2010), las cuales se evidencian con la acomodación, que requerirá que el alumno elabore una concepción nueva para explicar la nueva información previamente poco comprensible. Según esta teoría existe un tipo de razonamiento científico, la creación de hipótesis, que es necesaria cuando las hipótesis disponibles no sirven y se ve obligado a generar nuevas a partir de un replanteamiento del problema (Mayer, 2010:342).Para este difícil reto del cambio conceptual, las mejores metodologías docentes son de tipo activo. El aprendizaje activo, destaca como una herramienta esencial para la innovación educativa en las diversas etapas de la enseñanza e incluye diversos métodos como aprendizaje basado en problemas, aprendizaje basado en proyectos, aprendizaje cooperativo, práctica en el laboratorio, tutorías, y discusión de casos prácticos, entre otros, así como el empleo de las TIC (Escudero, Martín y Pinto, 2007). Según Margalef (2005:4) « los estudiantes tienen que aprender por sí mismos, nadie aprende por otro. El alumno tiene que transformar la información en conocimiento y este en sabiduría» . Para ello todas las estrategias de aprendizaje activo deben considerar, fundamentalmente que los estudiantes: (a) se involucren activamente en las clases; (b) participen en actividades relacionadas con los temas expuestos, como son la lectura de documentación adicional, las discusiones o debates sobre aspectos específicos, o bien el desarrollo de resúmenes o trabajos escritos; (c) aumenten su motivación y (d) desarrollen su capacidad de análisis, de síntesis y de evaluación, a través de los debates o discusiones surgidos a lo largo del desarrollo de la actividad o trabajo propuesto. Por nuestra parte añadiríamos que el docente que dirige una estrategia de aprendizaje activo debe restar énfasis a la transmisión de la información para esforzarse en explorar las habilidades, aptitudes y valores del estudiante. 1.3. El trabajo colaborativo Para Barkley, Cross y Howell (2007:16) « colaborar es trabajar con otra u otras personas  (…). Es aprender mediante el trabajo en grupo, en vez de hacerlo trabajando solo ». De hecho la Real Academia Española lo define como la acción de « trabajar con otra u otras personas en la realización de una obra » (RAE). Prendes (2000) entiende que el trabajo colaborativo se da en « situaciones de interacción social en las cuales un grupo de sujetos ha de conseguir realizar una tarea predefinida en la cual el objetivo final de logro es la suma de la consecución de los objetivos individuales de cada miembro del grupo en situaciones de ayuda no competitivas ». Además resaltamos la idea que la autora nos ofrece en trabajos posteriores al decir que « todo trabajo colaborativo es trabajo en grupo, mientras que no todo trabajo en grupo es trabajo colaborativo » (Prendes, 2003:106). En la Figura 1, Slavin (1995) nos ofrece los efectos deseables del trabajo colaborativo. http://campusvirtual.unex.es/revistas  ISSN 1695-288XRELATEC - Revista Latinoamericana de Tecnología Educativa, Vol. 10 (1) (2011) 95-107 99 Figura 1. Efectos deseables del trabajo colaborativo (Slavin, 1995) Prendes (2003:105) realiza una adaptación del trabajo realizado por Martínez (1999), en la que nos ofrece las principales características del trabajo colaborativo: (1) es necesaria una alta interacción entre alumnos; (2) responsabilidad individual en el logro; (3) Interdependencia positiva entre todos los miembros del grupo; (4) Los alumnos desarrollan técnicas interpersonales y de trabajo grupal; (5) según las metas, el alumno recibe un conjunto de materiales o una parte del conjunto; (6) el profesor no es la fuente de información; (7) el profesor define los objetivos, la tarea, el proceso y la evaluación; y (8) tareas diseñadas para la colaboración y no para la competición.El trabajo colaborativo, cuando verdaderamente lo es, exige al profesorado una mayor dedicación e implicación en el proceso de enseñanza. No significa en absoluto simplificar su labor docente ni un intento de trabajar menos para que trabajen más los alumnos (Prendes, 2000). Además exige «d iseñar  procesos de enseñanza en los que entenderemos que colaborar es una forma de aprender y a la vez aprender a colaborar es un objetivo del proceso de enseñanza » (Martínez y Prendes, 2003). Por tanto según los autores existe «una intencionalidad clara y a ello se une la necesidad de planificar todo el proceso de colaboración  (…) clara definición de los roles de los actores, de las tareas y de los objetivos; planificación de la metodología y el calendario; (…)  planificación de la interacción entre los alumnos (cuándo, cómo y para qué); diseño de los procedimientos y criterios de evaluación ». Concluyendo con el término, el método de trabajo colaborativo también puede desarrollarse como herramienta de trabajo entre profesores, ya sea para la formación inicial o permanente [tal y como sucedió en la experiencia realizada de este estudio] o como método de trabajo para la organización, planificación y gestión de los centros (Prendes, 2003:117). En este caso los docentes son los que « construyen su conocimiento en interacción con otros profesionales de la enseñanza, lo que a su vez puede ir relacionado o no con los métodos colaborativos en el aula para trabajo con los alumnos» . Por otro lado, y en opinión de Fernández (2011:12) « hay que formar al alumnado para que en un futuro aprendan a valerse por sí mismos, pero al mismo tiempo también deben aprender a trabajar en equipo y a capacitarse y habilitarse no solo para una sociedad competitiva, sino para una sociedad cohesionada y sostenible ». 2. Método 2.1. Problema de investigación Los investigadores del Proyecto MOSEM partieron del problema de la falta de profesores competentes de ciencias, especialmente los docentes de física, provocando y dificultando el «reclutamiento» de buenos candidatos. Una de las principales acciones que lleva a cabo este proyecto europeo es la formación del profesorado de física mediante seminarios. Una vez finalizada la revisión http://campusvirtual.unex.es/revistas
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