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Introducción
Desde finales del año 2019, la pandemia causada por el SARS-CoV-2 ocasionó el cierre de las escuelas en todo el mundo y forzó a las instituciones educativas a ofrecer sus servicios a distancia, a través de internet, con la intención de frenar la propagación del virus. Sin embargo, después de más de un año, hay poco consenso sobre cómo garantizar la continuidad de la educación mientras se intenta evitar la transmisión del virus. En este sentido, Lee et al. (2020) sugieren, basados en datos de Shanghái, que las escuelas pueden reabrir con precauciones y en condiciones de reducción extrema de contacto entre la comunidad.
Aunque todavía no se dispone de evidencias contundentes sobre la eficacia de las políticas de cierre de escuelas (Viner et al., 2020), y con las medidas de distanciamiento social todavía vigentes en muchas regiones del mundo, las circunstancias actuales ponen de relieve la necesidad de contar con medios tecnológicos y material didáctico adecuado que ayude a facilitar los procesos educativos, especialmente la experimentación científica, en escuelas de todos los niveles educativos.
Los procesos de experimentación científica escolar requieren, por un lado, de un espacio que permita realizar actividades de indagación. Generalmente laboratorios escolares, un espacio bien equipado para realizar actividades de aprendizaje y de indagación científica (Braun et al., 2018) y, por otro lado, requieren la disponibilidad de recursos y material didáctico que facilite el proceso de experimentación e indagación. Pero en el contexto del aprendizaje a distancia, estos espacios y materiales han quedado inaccesibles tanto para estudiantado como para profesorado, por lo que ha surgido la necesidad de utilizar herramientas tecnológicas como material didáctico electrónico. Un ejemplo, son los laboratorios remotos.
A manera de definición, se puede decir que un laboratorio remoto es un laboratorio físico que se puede utilizar de forma remota (Limpraptono et al., 2021), es decir, que los usuarios y la instalación del experimento se encuentran en espacios separados geográficamente. Esta forma de trabajo ha demostrado algunas ventajas como mayor motivación del estudiantado para el estudio de la física (Petry et al., 2016), estimula su interés al facilitar la recolección y análisis de datos en tiempo real (Husseini & Kaszubski, 2017), además de permitir la experimentación científica en escuelas que, de otra forma, no podrían hacerlo (Rocha Daros et al., 2016).
La investigación en didáctica de las ciencias muestra que utilizar actividades prácticas y experimentales en laboratorio logra un impacto positivo en los resultados académicos dado que la utilización de actividades y material didáctico que simultáneamente estimula diferentes sentidos (audición, visión) y cinestesia, mejora los aprendizajes (Suárez-Ramos, 2017), y la actitud hacia las ciencias en el estudiantado (Cifaldi, 2018). Aunado a esto, mejora las competencias metodológicas relacionadas con los ciclos de indagación científica (Schiefer et al., 2017). Además, se considera que el uso de la tecnología ayuda a trascender el aula y potenciar el trabajo académico vinculando la realidad local, nacional y mundial (Secretaría de Educación Pública (SEP), 2017), pues permite que estudiantado y personal docente compartan un mismo lenguaje y, al mismo tiempo, se adapten a las necesidades y características específicas del momento, lo que favorece la comunicación no presencial (Suárez-Ramos, 2017).
Referente teórico
Según la OCDE, la educación científica debe perseguir el desarrollo de la alfabetización científica (AC) en el estudiantado, entendida esta como la capacidad de involucrarse con temas relacionados con la ciencia y con las ideas de la ciencia, como ciudadanía reflexiva (Organisation for Economic Co-operation and Developmen (OECD), 2019), soportada por la competencia científica que, a su vez, se compone de tres subcompetencias fundamentales (Rosales Sánchez et al., 2020): explicar fenómenos científicamente, evaluar y diseñar investigaciones científicas e interpretar datos y evidencias científicamente (OECD, 2019).
Por su parte, el profesorado debe desarrollar variadas competencias docentes que le permitan abonar al desarrollo de las competencias científicas de sus estudiantes. En este sentido, Furió Más & Furió (2009) proponen como competencia docente, entre otras, saber preparar material didáctico adecuado para la implementación de las secuencias de enseñanza y aprendizaje.
En un sentido amplio, material didáctico se refiere a todos los recursos tangibles e intangibles que ayudan al profesorado y alumnado a alcanzar los objetivos de aprendizaje planteados. Los materiales intangibles incluyen estrategias didácticas, organización del grupo o principios educativos. Los materiales tangibles (en adelante material didáctico) incluyen libros de texto, mobiliario escolar, equipos de cómputo, software y dispositivos digitales (Skutil et al., 2013).
Aunque existen varias definiciones de material didáctico en la bibliografía especializada, para el caso de la enseñanza de las ciencias y el enfoque constructivista retomamos la definición que considera que: el material didáctico son todos los recursos y medios que utiliza el profesorado para facilitar y mediar el proceso de enseñanza y aprendizaje que ocurre en un entorno educativo global y sistemático, que estimula los sentidos del alumnado con la intención deliberada de facilitar la adquisición de conceptos y habilidades así como la formación de actitudes y valores (Fernández Sesma & LeónFontes, 2016). Aunado a lo anterior, el material didáctico resulta fundamental para contextualizar el conocimiento; permite llenar los vacíos de procesos previos de aprendizaje, lo que facilita la construcción de concepciones del conocimiento científico en relación con el conocimiento común; integra al conocimiento previo esta construcción de nuevos y más elaborados conocimientos (Clemes Cardoso et al., 2009).
En la enseñanza de las ciencias, se observa la utilización de gran variedad de material didáctico ya sea físico, digital o electrónico. El material didáctico más sencillo, basado en tecnología, es el que utiliza herramientas multimedia integrando textos, gráficos, dibujos, imágenes fijas y en movimiento, animación, audio y cualquier otro medio que contenga información que pueda ser significada, almacenada, comunicada y manejada digitalmente (Qistina et al., 2019). Por ejemplo, cómics o imágenes y videos sencillos que mejoran la experiencia narrativa para el estudiantado (Syarah et al., 2019) o para integrar conocimientos y sabiduría local en el aprendizaje de conceptos científicos (Nasrudin et al., 2019).
En el otro extremo, encontramos material didáctico que utiliza tecnología avanzada que permite incuso la incorporación de robots con fines educativos. La utilización de este tipo de material didáctico resulta importante no solo porque facilita el trabajo con contenidos de ciencias, sino también porque facilita el desarrollo de habilidades sociales, de trabajo en equipo y colaboración, a través de la exploración y solución de problemas del mundo real al crear experiencias de aprendizaje interesantes, que atrapan al alumnado con mejoras significativas en sus logros escolares (Lin & Wang, 2017).
Desde robots humanoides, con medidas antropomórficas (Polishuk & Verner, 2018), hasta pequeños dispositivos robotizados, que permiten modificar su programación, este tipo de material didáctico facilita el cumplimiento de funciones y objetivos distintos dependiendo de la necesidad educativa con la que se estén incorporando. Un ejemplo de esta tecnología aplicada a la educación es la utilización de laboratorios remotos, que permiten la experimentación científica, con actividades del tipo manos a la obra, aun en contextos de escasez de recursos económicos y materiales (Lustig et al., 2018).
Una ventaja adicional, asociada al uso de material didáctico basado en tecnología, es que además de permitir la exploración de conceptos científicos complejos (Hammang et al., 2018), y facilitar imágenes reales de procesos científicos (Qistina et al., 2019), puede ayudar a corregir deficiencias en las habilidades del profesorado relacionadas con la tecnología mientras mejoran su enseñanza (Laherto & Laherto, 2018), ya que el éxito de las actividades de aprendizaje no solo está determinado por el maestro o la maestra y el uso instruccional que le da al material didáctico (Hapsari et al., 2019), también está determinado por la capacidad que tiene el estudiantado para manejar y manipular los recursos que el maestro y la maestra ponen a su disposición, ayuda a resolver el problema que representa la falta de entusiasmo de los grupos de aprendices frente a contenidos de ciencias, pues crea ambientes relajados, placenteros y divertidos para el aprendizaje.
Metodología
El propósito de esta investigación es evaluar si la utilización de laboratorios remotos como material didáctico mejora los conocimientos, habilidades y actitudes desarrollando el nivel de alfabetización científica de alumnado de telesecundaria.
Diseño de investigación
Este trabajo utilizó un diseño cuasiexperimental pretest-postest con grupo de control no equivalente debido a que busca conocer el grado de asociación que existe entre dos o más variables en un contexto determinado (Hernández Sampieri et al., 2010).
Esquema experimental
G1 O1 - O2
G2 O1 X O2
Como se muestra en el esquema experimental, para trabajar con el grupo control (G1, n=9) los temas de calor y temperatura, se solicitó a la maestra titular diseñar y aplicar una secuencia de enseñanza y aprendizaje estándar en donde se incluyeran todos los requisitos y sugerencias que se desprenden del currículo, las actividades a realizar y el material didáctico a utilizar.
Para el grupo experimental (G2, n=12) se facilitaron dos laboratorios remotos y se capacitó a la maestra en su uso. La capacitación consistió en una sesión de una hora en donde se mostró el uso del dispositivo, que permitía medir la temperatura, humedad, presión y altitud (ver Apéndice A). Después de la capacitación, se solicitó a la maestra que hiciera las modificaciones que considerara necesarias a la secuencia de enseñanza y aprendizaje utilizada con el G1, se incluyeron, también, todos los requisitos y sugerencias que se desprenden del currículo, las actividades a realizar y el uso del laboratorio remoto.
Hipótesis
Se plantean un par de hipótesis de tipo correlacional de la diferencia entre grupos con la intención de comparar los resultados obtenidos por dos grupos (Hernández Sampieri et al., 2010).
H0
La utilización de laboratorios remotos no mejora los conocimientos, habilidades y actitudes y no desarrolla el nivel de alfabetización científica de alumnado de telesecundaria.
H1
La utilización de laboratorios remotos mejora los conocimientos, habilidades y actitudes desarrollando el nivel de alfabetización científica de alumnado de telesecundaria.
Muestra
Se utilizó una muestra no probabilística por conveniencia (Hernández Sampieri et al., 2010), compuesta de dos grupos de segundo grado de una escuela telesecundaria semiurbana de la localidad de Acajete del Estado de Veracruz, México (n= 21 estudiantes en total). Las edades del estudiantado que participó rondan los 13 años.
Esta selección se debe a que es en segundo grado de la educación secundaria en donde se trabajan contenidos de física, en particular contenidos sobre calor y temperatura.
Los criterios de inclusión que se utilizaron son:
Estudiantes con inscripción al segundo grado de telesecundaria en la escuela que participó de la investigación.
Estudiantes que asistieron a clases durante el tiempo que duró la implementación
Los criterios de exclusión fueron:
Estudiantes sin inscripción al segundo grado de telesecundaria en la escuela que participó de la investigación.
Estudiantes con dos o más inasistencias a clases durante el tiempo que duró la
Es importante mencionar que tanto la escuela como la maestra de grupo atendieron a todo el estudiantado asistentes a la escuela durante la implementación de este proyecto, la inclusión o exclusión solo se realizó al nivel del conjunto de datos que se recolectaron.
Instrumento
La recogida de datos se hizo mediante la aplicación de dos cuestionarios (pretest y postest) tipo examen que evalúan la alfabetización científica. La elaboración de los cuestionarios fue el resultado del trabajo colaborativo entre el equipo investigador y dos maestras frente a grupo funcionando como juicio de personas expertas. Los cuestionarios constan, en su mayoría, de preguntas cerradas de opción múltiple.
Para efectos de validez, se realizó un pilotaje en un grupo de segundo de secundaria de otra escuela que no participa del estudio. Para llevar a cabo los análisis estadísticos se utilizó el lenguaje de programación R (versión 3.6.0), mediante la interfaz gráfica de usuario Rcmdr. Además, se recogieron evidencias de aprendizaje realizadas en clase con la intención de triangular los datos cuantitativos con una mirada cualitativa de lo ocurrido durante la aplicación.
Resultados y análisis
Para poder analizar la información obtenida de las evaluaciones aplicadas, se realizó la tabulación de los datos a los que se aplicaron diversos tratamientos estadísticos. La Tabla 1 muestra las diferencias de las calificaciones que obtuvo cada estudiante entre el pretest y postest. A estos datos se les aplicó la prueba de Shapiro - Wilk (p<0.05) para determinar si su distribución era normal.
Debido a que los datos cumplen con el supuesto de normalidad, se procedió a realizar una prueba t de student, sin asumir igualdad de varianzas, con la intención de determinar si existe una diferencia significativa en la media de las diferencias de calificación pretest-postest (delta) para ambos grupos (p<0.05). Para este caso se encontró una diferencia estadísticamente significativa p=0.01944, cuyo valor de t calculado es de -2.3005, con 12.814 grados de libertad, y un 95% de confianza.
El grupo que utilizó los laboratorios remotos muestra una mejoría de dos puntos en promedio en los resultados de la prueba postest con respecto a la prueba pretest, mientras que en el caso del grupo control no existe dicha mejoría, tal y como se observa en la Figura 1.
Nota: Medias de las diferencias de calificaciones. Se observa una mejoría promedio de dos puntos en los resultados de la prueba postest con respecto a la prueba pretest, entre estudiantes que utilizaron los laboratorios remotos, mientras que en el grupo control no existe dicha mejoría. Las barras de error indican el error estándar. Elaboración propia.
Figura 1: Medias de las diferencias de calificaciones
Con base en los resultados, se puede afirmar que el grupo que utilizó los laboratorios remotos mejoró su rendimiento académico en comparación con el grupo que no lo utilizó. Dicha diferencia puede atribuirse precisamente al uso de los laboratorios remotos. Estos resultados coinciden con los obtenidos por Post et al (2019) en el sentido de que las experiencias de experimentación que utilizan laboratorios remotos permiten al estudiantado adquirir conocimientos científicos.
Los resultados del análisis cualitativo se muestran en la Tabla 2, secuencias de enseñanza y aprendizaje utilizadas.
En la Tabla 2 se observa cómo la integración de los laboratorios electrónicos propició no solo el enriquecimiento o mejora de las actividades que se tenían planeadas para el grupo 1, sino un cambio en las propias actividades y evidencias que solicita la maestra titular. Pasó de una clase enfocada en conceptos y demostración de aprendizajes logrados por memorización a una clase principalmente experimental, en donde el foco estaba puesto en la demostración de conceptos y su utilización para explicar fenómenos naturales.
Discusión
La enseñanza de las ciencias requiere incorporar algunos cambios para lograr mejores resultados. Estos cambios deben estar sustentados en la certeza de que la experimentación científica escolar es fundamental, no solo para favorecer la motivación y el interés por aprender sino para favorecer el trabajo colectivo y práctico como fuente principal de construcción de conocimientos (Chacón-Ramírez et al., 2016).
En este sentido, los cambios que se observan en los resultados en el desarrollo de la alfabetización científica del estudiantado, evaluada a través de cuestionarios y corroborada con las evidencias de aprendizaje recolectadas, concuerdan con otras investigaciones (Lin & Wang, 2017; Lustig et al., 2018; Hammang et al., 2018) respecto a que el material didáctico basado en tecnología facilita el desarrollo de habilidades a través de la exploración y la solución de problemas del mundo real, manteniendo cierto grado de incertidumbre (Jiang et al., 2021) en el proceso mismo de indagación y sus resultados. Además, han mostrado una gran aceptación tanto en docentes como en estudiantes (Conejo-Villalobos et al., 2019; Herrero-Villareal et al., 2020; Post et al., 2019), debido a que logra estimular los sentidos del estudiantado y favorece la adquisición de conceptos, habilidades, actitudes y valores.
A manera de ejemplo, basta observar los cambios entre las actividades y evidencias de aprendizaje que se requieren en el apartado ¿Cómo producir calor? Mientras el grupo 1, a partir de un video de YouTube, tiene que crear un cuadro comparativo, el grupo 2 pone a prueba estos conocimientos en un experimento, que resulta ser mucho más divertido que la creación de un cuadro comparativo. Al terminar, realizan un informe de prácticas que es socializado entre todos los integrantes del grupo, lo que permite la obtención de conclusiones generales, ayudando a integrar las nuevas experiencias vividas a sus conocimientos previos (Chacón-Ramírez et al., 2016).
Parafraseando a Claudia Broitman en su texto Cambian los problemas, cambian los procedimientos de resolución, en donde el argumento principal es que un cambio en alguna de las variables que intervienen en la construcción de un problema matemático, determina la elección de un procedimiento de solución sobre otros por parte del estudiantado (Broitman, 2000), podemos decir que un cambio en el material didáctico utilizado determina las actividades que el personal docente plantea y las evidencias de aprendizaje que solicita para una clase de ciencias. Esto resalta la importancia que tiene que el personal docente busque de manera permanente adaptarse a los contextos históricos y sociales, de tal forma que se apropie de estrategias y herramientas didácticas con la intención de enriquecer los procesos de enseñanza y aprendizaje (Suárez-Ramos, 2017).
Conclusiones
Los resultados cuantitativos resultan muy importantes para asegurar, con sólida evidencia, que el uso de material didáctico innovador como los laboratorios remotos, alineado con la idea de aprender ciencias a través de la experimentación y la indagación, mejora la alfabetización científica del estudiantado, alcanzando el propósito de esta investigación. Esta afirmación se corrobora con las evidencias cualitativas, en donde se puede observar que el estudiantado está utilizando sus conocimientos y habilidades para demostrar fenómenos naturales, lo que sirvió para reflexionar sobre el cambio climático, sus causas y sus efectos.
Por su parte, los resultados cualitativos también evidencian cómo la introducción de material didáctico como los laboratorios remotos motiva una serie de modificaciones instruccionales haciendo que el énfasis docente estuviera en las evidencias experimentales y de demostración de fenómenos naturales y no en las evidencias conceptuales y teóricas y tampoco en el uso del propio laboratorio.
Estas modificaciones y cambios tienen grandes implicaciones en la práctica docente. Desde el punto de vista del diseño de secuencias de enseñanza y aprendizaje se incorporan actividades interactivas de experimentación que antes eran casi imposibles de llevar a cabo en un salón de clases. Además, genera también una modificación en las relaciones profesorado-alumnado y alumnado-alumnado hacia una relación más cooperativa entre la comunidad áulica durante el desarrollo de las actividades clase.
Por último, la propia evaluación de los aprendizajes resulta ser más auténtica, ya que refleja tanto el aprendizaje como las actitudes y valores del estudiantado con respecto a las actividades realizadas. Esto permite concluir que los laboratorios remotos, utilizados como material didáctico, son herramientas de enseñanza que brindan un enfoque interdisciplinario para el aprendizaje de las ciencias, prácticos y atractivos para el estudiantado, lo que ayuda a mejorar la comprensión y aplicación práctica de leyes y principios científicos favoreciendo el desarrollo de su alfabetización científica.
Limitaciones y sugerencias
Debido a que el muestreo emplea el método de conveniencia, esta muestra puede tener un sesgo de selección y puede no representar a la población del estudiantado de telesecundaria. Se circunscribe únicamente a estudiantado inscrito en escuelas que comparten el mismo contexto. Además, el número de estudiantes que participan del estudio no es suficiente para pretender generalizar los resultados; sin embargo, resulta suficiente para los propósitos que se persiguen y deja espacio para otras investigaciones que impliquen mayor cantidad de docentes y estudiantes, lo cual permita encontrar conexiones significativas en las pruebas estadísticas que garanticen una representación justa del fenómeno.
Por otra parte, los datos cuantitativos se limitan a la evidencia que se recolecta con instrumentos de respuesta cerrada en dos momentos de la intervención. Puede ser interesante realizar investigaciones de largo aliento que obtengan evidencias de evaluación formativa parciales, es decir, a lo largo del tiempo, que permitan evaluar la incidencia de los laboratorios en diferentes momentos del proceso de enseñanza y aprendizaje para valorar el aporte de estos dispositivos.
