Introducción

Según el Sétimo informe del Estado de la Educación (Programa Estado de La Nación [^{PEN], 2019}) para Costa Rica, los retos importantes en educación están en las áreas de la docencia y la gestión educativa, enfocarse en mejorar estos aspectos tendría un gran impacto en el sistema educativo. Una de las medidas que plantea el informe en el ámbito de la preparación para la docencia es que esta garantice que el profesorado tenga habilidades como el dominio de la materia y un manejo de las estrategias didácticas.

El informe sugiere que, para aprovechar los recursos de una manera más eficiente, la educación superior debe propiciar el uso de las tecnologías de información y comunicación, y los cursos virtuales, además de ofrecer carreras novedosas, interdisciplinarias, cortas y con un alto componente tecnológico.

La universidad debe, entonces, innovar en su oferta educativa con nuevas metodologías, espacios de aprendizaje y formas de evaluación.

El informe del Banco Interamericano de Desarrollo sobre La condición de la educación de las matemáticas y ciencias naturales en América Latina y el Caribe (^{Valverde y Näslund-Hadley, 2010}) revela que la juventud no está siendo preparada de manera adecuada en estas áreas debido a programas débiles, materiales de aprendizaje inadecuados y falta de destreza de personal docente. Se ha planteado un marco de acción para dirigir los esfuerzos para mejorar la educación en las áreas de matemáticas y ciencias naturales, donde uno de los puntos principales es el personal docente y la práctica pedagógica.

En un contexto donde la tecnología ha transformado la sociedad y las relaciones entre las personas, los procesos educativos deben responder a los cambios e innovaciones de la vida moderna. Las tecnologías de comunicación e información (TIC) tienen una gran oferta de recursos didácticos y la capacidad de ampliar la cobertura de la educación, de tal forma que se puede mejorar el proceso educativo dentro y fuera del aula. Se establecen, así, nuevas competencias pedagógicas para el ejercicio de la docencia (^{Chacón-Ortiz et al., 2017}).

Ante este reto, el objetivo principal de esta investigación es evaluar la percepción del profesorado de los cursos de Física (teoría y laboratorio) para la carrera de Enseñanza de las Ciencias, con el fin de identificar las fortalezas y debilidades de estos, para plantear nuevas metodologías que permitan entregar el mejor curso posible al estudiantado.

Marco teórico

La enseñanza de la física plantea retos importantes tanto para el personal docente como para el mismo estudiantado. Aunque se tiene profesorado altamente calificado y con mucha experiencia, los resultados de aprobación de los cursos de Física General no han sido siempre alentadores. El personal docente debe motivar e inculcar en el estudiantado una forma de pensamiento tanto científico, como lógico y matemático. Y esto, históricamente, no ha sido una tarea fácil (^{Ferreyra y González 2000}).

Muchas personas autoras han señalado la dificultad que existe en el estudiantado, especialmente en los cursos introductorios, para aprender significativamente los conceptos de la física (^{McDermott et al.,1987}).

Existen numerosas técnicas metodológicas para la enseñanza de las ciencias, cuyo objetivo va más allá de aprender información científica, observa, también, el desarrollo de un espíritu crítico y la habilidad de resolver problemas, al mismo tiempo que el alumnado adquiere la capacidad de análisis y de adaptación al cambio (^{Gil, 2015}).

Sin embargo, se conoce que los puntos de vista, ideas y opiniones del mismo profesorado son, a veces, el principal obstáculo para lograr un cambio en la enseñanza y su metodología (^{Campanario, 2003}); por eso, esta primera experiencia de investigación va dirigida hacia este grupo para evaluar la percepción que tiene de los cursos de Física General. Se entiende como percepción cualquier conocimiento o idea sobre alguna cosa (Real Academia Española [^{RAE], 2014}).

Por otra parte, también se pretende comprobar los conocimientos del profesorado sobre metodologías y recursos didácticos. La palabra didáctica proviene del griego y se interpreta como el arte o la ciencia de enseñar, mientras que la estrategias didácticas se refiere a procesos y recursos que utiliza cada docente para promover el aprendizaje, entendido este como un proceso (^{Flores Flores et al., 2017}).

En la educación superior se hace necesario que en las clases se incorporen estrategias didácticas que fomenten el pensamiento crítico y científico, y el desarrollo de capacidades relacionadas con el uso de la tecnología, especialmente en las ciencias básicas. La selección y aplicación de las estrategias es una decisión de cada docente, quien debe escoger las que sean más pertinentes, de acuerdo al contexto educativo (^{Flores Flores et al., 2017}).

Según ^{Monereo (1997}), las características de las estrategias son: participantes activos y activas (estudiante y docente), el contenido a enseñar, el ambiente de aprendizaje, las actitudes del estudiantado, el tiempo disponible, el conocimiento previo del alumnado, la modalidad de trabajo (individual o grupal) y el proceso de evaluación. Estos aspectos serán revisados en esta investigación para los cursos de Física General I, II y III.

Metodología

Este estudio investigativo se desarrolló con un enfoque mixto (cuantitativo y cualitativo) y pretende evaluar la percepción del profesorado sobre los cursos de Física General y las estrategias didácticas implementadas. Sus resultados serán aplicados a la toma de decisiones y a la mejora de la práctica educativa (^{Arnal et al., 1992}).

La fuente de información es una encuesta virtual para 20 profesores y profesoras que han impartido los cursos de teoría y laboratorio de Física General I, II y III del Departamento de Física de la Universidad Nacional durante el periodo 2014-2019. Sin embargo, solo 12 respondieron a la encuesta, esto es, un 60% de la población en estudio.

El instrumento fue confeccionado por el personal docente que trabaja en el proyecto de mejoramiento de las guías de laboratorio del Departamento de Física, además fue digitalizado y aplicado por el Instituto de Estudios Sociales en Población (IDESPO) de la Universidad Nacional a través del programa LimeSurvey, que también validó el instrumento en cuanto a la pertinencia de los enunciados, la claridad y la coherencia de las preguntas, con el objetivo de la investigación. El análisis de los datos se elaboró mediante el empleo de planillas de cálculo de Excel que se obtuvo del software LimeSurvey. Este incluye la definición de dos categorías de análisis: la percepción del profesorado y las estrategias didácticas.

Una copia del instrumento aplicado se adjunta como archivo complementario. El cuestionario virtual contiene preguntas cerradas y abiertas. Los resultados de la encuesta se presentan en forma de porcentajes y frecuencias y en algunos casos (preguntas abiertas), se anotan directamente las respuestas, de ahí se describen e interpretan los resultados relacionados con los cursos de Física General.

Resultados, análisis y discusión

En la Figura 1 se muestra que un 58,4% de las personas encuestadas considera que los objetivos del curso están de acuerdo con el mismo curso. La valoración negativa de esta afirmación es solo de un 8,3%; por tanto,se considera que no hay que replantear los objetivos del curso.

Nota: Elaboración propia.

Figura 1: Responde a la pregunta: ¿son los requisitos del curso acordes con el mismo? 

En la Figura 2, se aprecia que el mayor porcentaje de profesores está al menos de acuerdo con que el número de horas del curso es el adecuado. No hay una debilidad en este aspecto en los cursos, porque un 75,0% está de acuerdo en que el número de las horas contacto es adecuado.

Nota: Elaboración propia.

Figura 2: Responde a la pregunta: ¿El número de horas contacto es el adecuado? 

Se observa que el 66,7% está de acuerdo con que el laboratorio está en concordancia cronológica con la teoría, lo que significa que esto es un aspecto (fortaleza) favorable del curso. Ver Figura 3.

Nota: Elaboración propia.

Figura 3: Responde a la pregunta: ¿Está el laboratorio en concordancia lógica y cronológica con la teoría? 

En la Figura 4 se observa que el 50% de quienes respondieron la encuestada está de acuerdo en cambiar la metodología de la clase magistral. Un 33% permanece indiferente y solo un 16,7% no cambiaría. El valor más alto determina disposición a modificar o cambiar la clase magistral en los cursos.

Otro elemento de la investigación es la percepción sobre el libro de texto utilizado en los cursos, como lo muestra la Figura 5 se indica que el 33,3 % está muy de acuerdo con el libro de texto Fïsica universitaria con física moderna de las autorías ^{Sears et al. (2013}), un 41,7% de acuerdo un 25% es indiferente, entonces, se concluye que de acuerdo con la percepción de docentes, el libro es adecuado. En general, el profesorado considera que los contenidos y el nivel de dificultad propuesto por el libro son apropiados para el curso.

Figura 4: Responde a la pregunta: ¿Cambiaría la metodología de clase magistral? 

Nota: Elaboración propia.

Figura 5: Responde a la pregunta: ¿El libro de texto es adecuado para el estudiantado? 

Se señala en la Figura 6 un valor alto de 66,7% de los sujetos encuestados que está de acuerdo en que los objetivos del curso son realizables, por lo que se concluye que no hay necesidad de hacer modificaciones en este aspecto.

Nota: Elaboración propia.

Figura 6: Responde a la pregunta: ¿Los objetivos del curso son realizables? 

El profesorado tiene una perspectiva positiva de la estructura del curso, no han señalado ninguna debilidad importante que dificulte el proceso de enseñanza y aprendizaje.

En la Tabla 2 se analizan las estrategias didácticas más comunes en una clase de física. En la primera fila se observa que existe una tendencia a que la clase expositiva sea la principal herramienta para el desarrollo de una clase. Prácticamente nadie contestó negativamente a esta afirmación. Esto se ve afirmado en el segundo enunciado de la Tabla 2 en el que la totalidad de docentes utiliza, mayormente, la pizarra (8 docentes).

El aula virtual es utilizada algunas veces por el personal docente. En esta se pueden hacer foros, preguntas, subir materiales didácticos y sirve como herramienta evaluativa para hacer exámenes cortos. Ya se ha demostrado el potencial que tiene la misma en la enseñanza de la física, si se capacitara al personal docente se podría utilizar con mayor eficacia.

Por otra parte, según la Tabla 2 no todo el grupo hace uso de las TIC (Tecnologías de Información y Comunicación), cuatro docentes nunca las usan o casi nunca. Algunas veces las condiciones de las instalaciones (fuera del Departamento de Física) no se prestan para la proyección de multimedia que es indispensable para el uso de las TIC. Se deben garantizar los recursos didácticos para dar una clase con estándares de acreditación.

Los experimentos en clase de teoría son muy poco frecuentes, solo dos personas los realiza casi siempre y 6 casi nunca o nunca los realizan. Se puede hacer la conjetura de que esto se debe a que el personal docente no conoce los equipos demostrativos disponibles en la Unidad de Apoyo a los Laboratorios de Física.

El trabajo grupal es comúnmente utilizado por el personal docente. Sin embargo, cuatro docentes casi nunca lo utilizan.

Según la Tabla 2, es muy poco frecuente que el personal docente comience un tema proponiendo un problema al estudiantado, 5 nunca o casi nunca lo hacen.

El uso de la pregunta favorece el aprendizaje significativo crítico por parte del estudiantado, de esta forma este adquiere un papel activo en el proceso de construir el conocimiento. En realidad, todo el conocimiento científico responde a una pregunta o hipótesis, así el cuestionamiento es una parte importante del fenómeno cognitivo (^{López et al., 2014}). En este caso, 8 docentes de los 12 hacen preguntas al alumnado para fomentar la participación e incentivar el pensamiento crítico. Así mismo el estudiantado participa activamente en las lecciones.

El libro de texto es utilizado la mayoría del tiempo por el 100% del profesorado, además, como se observa en la Figura 5, el profesorado consideró que era adecuado y en general logra abarcar todos los temas propuestos en el programa. Sin embargo, hay que notar que, según el profesorado, el estudiantado no asiste a las horas de consulta frecuentemente. Para 5 docentes, el estudiantado casi nunca llega a la hora de consulta. Esto podría indicar que al estudiantado les falta compromiso con el curso.

Según estos resultados, el profesorado tiende a enseñar física de una forma tradicional, aunque tratan de motivar la participación e interacción del estudiantado, se utiliza una pedagogía de tipo conductista.

Se consultó al profesorado sobre las metodologías de clase que conocen. Los resultados se registraron en la Tabla 3.

En la Tabla 3 se refleja que la metodología con mayor frecuencia es la clase magistral. Se nota que se hace énfasis en la resolución de problemas con 41,7%, y el aula invertida es una de las metodologías conocidas por cerca de la mitad de las personas encuestadas. En un bajo porcentaje se conocen otras estrategias didácticas.

A partir de este estudio se percibe, en el Departamento de Física, la necesidad de impartir sesiones de actualización para el profesorado donde se enseñen nuevas metodologías didácticas y herramientas para la enseñanza de la física que estén acordes con las necesidades del estudiantado y su contexto actual. Es importante poner en práctica metodologías que utilicen los nuevos recursos tecnológicos para modelar situaciones o fenómenos presentes en la física, experimentar y construir el conocimiento a partir de esas modelizaciones, para activar el rol del estudiante en el proceso de aprendizaje

Otros resultados del instrumento muestran que el 58,3% del profesorado considera que el tiempo asignado a la lección es suficiente para abarcar los contenidos propuestos en el cronograma, mientras que el 41,7% piensa que el tiempo no es suficiente. Por lo que proponen diferentes ideas, entre ellas aumentar las horas de clase, reestructurar el curso, dar cursos de nivelación en matemáticas y cambiar la metodología.

Es muy difícil que se aumenten las horas contacto, que es una de las propuestas. Otras más realizables son los cambios de metodología donde establece que el estudiantado es el protagonista del proceso de aprendizaje (^{Vidal Ledo et al., 2016}), así se le asigna una mayor responsabilidad en el trabajo independiente para alcanzar el aprendizaje.

Además, en cuanto al curso mismo, el 100% del personal docente piensa que los contenidos del curso son útiles para el estudiantado. Es una respuesta natural, ya que están formando al personal docente que va a impartir estos temas en un futuro próximo. Todos los contenidos del programa de Física del Ministerio de Educación, para la educación diversificada en Costa Rica se abarcan en los cursos de Física General, excepto el tema relatividad (Ministerio de Educación Pública [^{MEP], 2018}).

La encuesta abarca también algunas preguntas sobre la evaluación del aprendizaje adquirido por el estudiantado durante los cursos.

Según la Tabla 4, el examen parcial es la evaluación que es utilizada por el 100% del personal docente. Esto se debe a la tendencia de reproducir la formación tradicional que han recibido las personas educadoras (^{Campanario, 2003}). El instrumento realmente no contempla cuáles métodos de evaluación conoce el profesorado, ante esta duda se plantea la necesidad de crear capacitaciones y talleres para actualizar y formar al personal docente en la didáctica de la física, como herramienta de crecimiento personal.

Ante un bajo porcentaje de implementación de las tareas 36,4%, podemos suponer que el profesorado evita hacer tareas por el hecho de no ser un instrumento supervisado en el que se facilita el plagio. Para esto, la universidad o el departamento pueden utilizar diferentes estrategias para evitarlo.

Un 66,7% del profesorado prefiere los exámenes cortos como método de evaluación, ya que se requiere la continua preparación del estudiantado y no es posible que haga plagio.

Un recurso que puede facilitar y mejorar el papel docente en la evaluación es realizar una base de datos con preguntas y ejercicios sobre los contenidos del curso para que los grupos docentes puedan tener acceso y utilizarlos en sus evaluaciones, para disminuir el tiempo en la planeación del curso.

Debido a la naturaleza práctica de esta disciplina el 91,7% del profesorado utiliza problemas en sus exámenes, se muestra en la Tabla 5. Un 66,7% utiliza las preguntas conceptuales en sus exámenes. Una sugerencia para evaluar física es un tipo de preguntas contextualizadas en el que el estudiantado tenga que aplicar un razonamiento lógico y teórico para que interioricen el conocimiento y la capacidad de aplicarlo en la vida cotidiana (^{Hestenes et al., 1992}).

Los otros tipos de evaluación son utilizados en menor porcentaje.

La percepción del profesorado, en su gran mayoría, concuerda en que la dificultad de sus exámenes es de un nivel intermedio. Esto se demuestra en los resultados de la pregunta sobre la percepción del rendimiento académico de sus exámenes, donde un 50,0% considera que al menos aprueban entre 60% y 90% del estudiantado, un 41,7% aprueba desde el 90% a 100% del alumnado y solo un 8,3% tiene un porcentaje de aprobación mayor que 30%, pero menor que 60%.

El profesorado considera que el número de contenidos evaluados es adecuado para el estudiantado. No obstante, una persona docente consideró que el número de contenidos era excesivo.

También se les pidió su opinión sobre la experiencia al impartir cursos de Física General para estudiantes de enseñanza de las ciencias, los aspectos positivos se resumen en la Figura 7.

Nota: Elaboración propia.

Figura 7: La experiencia del profesorado al impartir los cursos de Física General 

El profesorado también manifestó abiertamente algunos aspectos negativos de los cursos, los que se transcriben a continuación:

Con respecto a la valoración de esta experiencia, al menos tres docentes recalcan que es interesante, ya que es una población estudiantil con un currículo particular, el cual necesita tener sólidos fundamentos teóricos, ya que va a desempeñarse como docentes de algunos de estos temas, y el profesorado ve como un reto agradable el poder transmitir estos conceptos.

Sin embargo, algunos profesores y profesoras consideran que el alumnado no tiene las bases matemáticas adecuadas para poder asimilar muchos de los temas. Según la encuesta el 91,7% del profesorado tiene que dedicar parte de su clase en explicar contenidos matemáticos. Como lo son en su mayoría derivadas e integrales, pero también temas como análisis de funciones, despeje de ecuaciones, álgebra y trigonometría, según la Tabla 6. Estos temas son de vital importancia para que el estudiantado pueda comprender los problemas de física.

En el año 2017, el 86,1% de los nuevos ingresos a la universidad pública fueron personas egresadas de los colegios públicos (^{PEN, 2019}), de ahí se puede inferir que mucho del estudiantado en los primeros cursos de física que tienen debilidades en matemáticas podrían estar arrastrando el problema desde la secundaria.

Otros investigadores también concuerdan que las matemáticas básicas no permiten una comprensión satisfactoria de la física (^{Goldberg y Bendall,1995}). Es necesario que la misma universidad fortalezca los cursos de matemáticas, para que esta deficiencia no sea un obstáculo para el alumnado.

El personal docente opinó sobre su percepción de la actitud en general del alumnado hacia la clase, y estas son algunas de sus respuestas:

En muchas de las opiniones sobre la actitud estudiantil hacia la clase se evidencia un gran rechazo a la física, no a las ciencias en general, sino solo a esta disciplina. Algún estudiantado si desea sacarle mayor provecho al curso y se siente motivado al inicio, sin embargo, conforme avanza la carrera le queda menos tiempo para dedicarlo a los cursos de física.

También se preguntó si se sienten apoyados por el Departamento de Física en el aspecto logístico y administrativo, a lo que el 75% respondió afirmativamente. El Departamento como tal da el respaldo necesario al personal docente en su gran mayoría, en la parte de infraestructura y equipos, y reciben ayuda de la Unidad de Apoyo, sin embargo, en la parte de capacitaciones pedagógicas el Departamento tiene una deuda pendiente con el personal docente.

Análisis de resultados

Según indican los resultados del cuestionario se refleja que el profesorado tiene una visión positiva de los cursos de Física General. El análisis de sus respuestas manifiesta que el curso está bien estructurado y los aspectos como horas contacto, requisitos del curso, concordancia entre la teoría y laboratorio, libro de texto y objetivos son considerados fortalezas, además de que hay una disposición del profesorado a cambiar la clase magistral (Ver Figura 8).

No obstante, el personal docente señala como debilidades que rodean el proceso de enseñanza de la física los escasos conocimientos matemáticos del alumnado y la actitud hacia el curso. Esto podría corregirse con cursos de nivelación en matemáticas al inicio del programa de estudios, para que el estudiantado pueda fortalecer sus conocimientos y su confianza.

Nota: Elaboración propia.

Figura 8: Fortalezas de los cursos de Física General 

Con base en la información recabada acerca de las estrategias didácticas utilizadas, se evidencia que el profesorado del Departamento tiende a aplicar los métodos de enseñanza-aprendizaje y evaluación a los cuales fue sometido en su proceso de formación como físicos o físicas (Tabla 3 y 4). Lo anterior implica que, si se quiere realizar un cambio acorde con la evolución de la sociedad y las nuevas formas de aprendizaje a nivel mundial, se debe construir un programa de capacitación continua para las nuevas y futuras generaciones. Este debe centrarse en cómo enseñar y evaluar la física, para lo cual se necesitan recursos. En este sentido, una buena base para construir este programa son los cursos STEM que ha impulsado el Sistema Nacional de Acreditación de la Educación Superior (SINAES) y desarrollado por Latin American Scholarship Program of American Universities (LASPAU). Se espera que se pueda implementar un programa con los siguientes temas, pero que no esté limitado solo a estos: la ciencia del aprendizaje, la analítica de aprendizajes e inteligencia artificial, métodos de aprendizaje (aula invertida, Design Thinking, aprendizaje basado en el juego, entre otros) y evaluación auténtica.

Este programa podría tener un impacto paulatino a nivel curricular, y realizar un cambio en la metodología en que se enseñan los distintos tópicos de la física, centrada en las características y necesidades de las nuevas generaciones. Aunado a esto, se podría presentar un cambio en los métodos y formas de evaluación que permita dar a conocer si realmente el estudiantado está aprendiendo y aplicando sus conocimientos a problemas de la vida cotidiana, lo cual podría generar profesionales con conocimiento de la realidad nacional y con capacidad para presentar soluciones innovadoras a los desafíos de su ejercicio.

Otro aspecto importante de señalar es que los sujetos participantes que utilizaban el aula virtual con frecuencia al momento de la encuesta, no es la totalidad. Sin embargo, después de la pandemia, el personal docente se vio obligado, de manera abrupta, a cambiar sus cursos a la virtualidad por más de un año, y el aula virtual se convirtió en una herramienta clave para las clases. Se demostró que el aula virtual es una vía de aprendizaje indispensable, al flexibilizar el acceso a la educación y derribar las barreras espaciotemporales del alumndo, es decir, es un recurso siempre disponible (^{Monguillot Hernando et al., 2013}).

En cuanto a la incorporación de las TIC al proceso de enseñanza aprendizaje, en el momento de la encuesta, no formaban parte de las herramientas didácticas del profesorado. En el mundo globalizado cada vez más ligado y dependiente de la tecnología, se hace necesario incorporarlas a la enseñanza. En este contexto, las TIC son un recurso que logra que el alumnado comprenda términos, conceptos y teorías de la física, le da la posibilidad de sintetizar información y analizar las ideas más claramente, además de un sinfín de ventajas (^{Loor Alcívar et al., 2017}).

Conclusiones

Los retos planteados por las políticas gubernamentales a la educación superior incluyen propiciar el uso de las tecnologías de información y comunicación, la innovación, la incorporación de nuevas metodologías, espacios de aprendizaje y formas de evaluación. Esta propuesta implica cambios en el proceso de enseñanza que incluyan nuevas estrategias ligadas al uso de la tecnología y nuevas formas de aprendizaje donde el alumnado tome un rol más activo.

Como consecuencia de este análisis se evidencia la necesidad de capacitación del personal docente en técnicas de enseñanza, en el uso de los recursos tecnológicos y en el ámbito de la evaluación. Por otra parte, es necesario impartir al alumnado un curso de nivelación de matemáticas al inicio de la carrera, para superar el obstáculo que presenta actualmente.

A través de este esfuerzo de parte de autoridades educativas, docentes y estudiantes se podrá concretar un cambio que potencie las habilidades de pensamiento científico del estudiantado.