Por:
Doctor Genaro Zavala Enríquez, Profesor del Departamento de Física / Tecnológico de Monterrey
Doctor Hugo Alarcón Opazo, Profesor del Departamento de Física / Tecnológico de Monterrey
Doctora Ángeles Domínguez Cuenca, Profesora del Departamento de Matemáticas / Tecnológico de Monterrey
Doctora Ruth Rodríguez Gallegos, Profesora del Departamento de Matemáticas / Tecnológico de Monterrey
La investigación en educación en las disciplinas ha demostrado en múltiples ocasiones que la enseñanza basada en el aprendizaje activo es más exitosa que la enseñanza basada en la exposición del profesor (Hake, 1998). Richard Hake (1998) demostró en un estudio con seis mil estudiantes que, independientemente del nivel de conocimientos de entrada de los estudiantes al curso y del nivel escolar de la institución educativa, el aprendizaje de los alumnos en clases con aprendizaje activo es más alto que el de alumnos en clases tradicionales. La pregunta entonces es: ¿qué es aprendizaje activo?
La respuesta puede ser variada, pero muchos investigadores coinciden con Meyers y Jones (1993), quienes argumentan que el aprendizaje activo fomenta que el estudiante participe en actividades cognitivas que promuevan la modificación o la adquisición del conocimiento. Este artículo presenta un salón de clases donde el aprendizaje activo es de todos los días; en donde la tecnología es usada al servicio de la enseñanza, y donde el profesor es un guía en el aprendizaje de sus estudiantes.
¿QUÉ ES ACE?
La sigla de la palabra ACE proviene de Aprendizaje Centrado en el Estudiante, ya que el salón está diseñado para que el estudiante sea el centro de la atención. Además, la palabra ACE tiene el mismo sonido que la palabra hace, del verbo hacer, lo cual hace alusión a que, en este salón, el alumno aprende haciendo, un principio básico del aprendizaje activo.
La Sala ACE cuenta con un conjunto de tecnologías e innovaciones que la hacen única.
Mesas circulares. El salón cuenta con ocho mesas circulares, de 2.0 metros de diámetro y de 1.2 metros de altura. El perímetro de la mesa permite sentar a nueve estudiantes por mesa y formar grupos colaborativos de tres estudiantes, lo que significa que el salón tiene capacidad para 72 estudiantes, agrupados en 24 equipos. El diámetro de la mesa también permite que cada grupo colaborativo tenga espacio suficiente para colocar equipo de laboratorio y pueda hacer experimentación dentro del salón de clases.
La altura de la mesa permite que los maestros puedan interactuar con cada grupo colaborativo de una manera relajada, y así evitar el tener que agacharse para asesorar a los estudiantes. La forma y distribución de las mesas permite el fácil acceso a todos los estudiantes, y favorece así el rol del maestro como facilitador del aprendizaje.
Pantallas de proyección. El salón cuenta con cuatro pantallas de proyección, para que el estudiante pueda observar lo que se está proyectando desde cualquier ángulo, sin necesidad de estar viendo al profesor directamente.
Computadoras Hewlett-Packard portátiles, tipo Tablet. Cada grupo colaborativo tiene a su disposición una computadora HP Tablet PC, que tiene la capacidad de usarse como computadora para edición de textos, manejo de hojas de cálculo, presentaciones, búsquedas en internet,yanotación con pluma digital. Asimismo, las laptops cuentan con software especializado, seleccionado para apoyar el aprendizaje. La portabilidad de las laptops y la conectividad de la sala promueven que los estudiantes desarrollen modelos o esquemas en la clase, y que presenten su trabajo de manera dinámica.
Calculadoras Texas Instrument, con sistema navegador. Cada grupo colaborativo también cuenta con una calculadora TI-Nspirey, un sistema que permite la conectividad entre las calculadoras. Con esta tecnología, el maestro comparte información con los 24 grupos colaborativos, proyecta en tiempo real el trabajo que están realizando los estudiantes en sus calculadoras, envía y recibe datos experimentales, y realiza encuestas.
Sistema de votación. El salón cuenta con un sistema de votación automático, para que pueda usarse en clases en las que se implemente la instrucción por pares (Mazur, 1997). En la instrucción por pares, el profesor presenta una pregunta de opción múltiple a la clase. Con el sistema, los alumnos emiten su voto, y de manera automática el profesor obtiene los resultados de las votaciones. Posteriormente a la votación, se sigue con el protocolo de la estrategia, el cual consiste en que los alumnos discutan entre pares, con la intención de convencer al compañero sobre la opción a elegir (basándose en que el estudiante con el conocimiento correcto tendrá argumentos más fuertes para convencer que aquél con concepciones equivocadas).
Se da paso así a una segunda votación (Mazur, 1997). En esta ocasión, es conveniente que el profesor proyecte los resultados de las votaciones y comente sobre los datos obtenidos. Esta estrategia ha demostrado grandes avances en aprendizaje.
Pintarrones. En tres de los cuatro lados del salón, se cuenta con pintarrones. Con esto, se busca proveer a los grupos colaborativos de un espacio de discusión en el que puedan presentar sus hallazgos a otros miembros del grupo, de la mesa, o del salón. Incluso, uno de los pintarrones se puede captar con una de las cámaras y proyectar hacia el salón.
Cámara de documentos. Una cámara de documentos está disponible para proyectar trabajos en las pantallas. Esta cámara es útil para hacer aclaraciones o para presentar soluciones a problemas que los diferentes grupos colaborativos han trabajado.
Tablet del profesor. El profesor o profesora de la clase tiene disponible una Tablet, donde puede hacer anotaciones sobre sus presentaciones de clase o puede, si así lo tiene planeado, escribir con la pluma digital la solución de un problema y así proyectar dicho trabajo a las pantallas.
Mesa de demostraciones. Junto al escritorio del profesor, se tiene una mesa donde se hacen demostraciones. Una de las estrategias que se implementa es la de demostraciones interactivas (Sokoloff y Thornton, 1997). Estas demostraciones se proyectan en las pantallas por medio de tres cámaras de video (dos laterales y una frontal). De esta manera, aunque el estudiante no esté frente a la mesa, puede observar la demostración.
Videoconferencia. El salón cuenta con la capacidad de hacer videoconferencias, lo que permite la participación (en tiempo real) de un profesor(a) en otro lugar del campus, del país o del mundo, y “traer” a la clase un experto que comparta sus conocimientos e interactúe con los alumnos. Asimismo, las demostraciones que se llevan a cabo en la Sala ACE se pueden transmitir a otros salones (con equipo de videoconferencias). De esta manera, se puede “llevar” la demostración a otros grupos de la misma clase que ocurran en el mismo horario, lo que favorece que más alumnos aprendan a través de las demostraciones.
Internet inalámbrico y alámbrico. Se cuenta con capacidad para conectar las computadoras del salón a través de internet alámbrico e inalámbrico, con una conexión rápida. Esto es, se cuenta con una red de internet para que cada estudiante del salón de clase pueda tener una computadora (propia o del salón) conectada a internet y tener una respuesta rápida, lo que da cabida a actividades en las que se pueden realizar búsquedas de internet, revisar videos, enviar información, etcétera, con una buena respuesta de conexión.
Mesa de investigaciones. Para fines de investigación, se incorporaron tres videocámaras y tres micrófonos a una de las mesas. Esto es, se cuenta con la capacidad de grabar en video y audio las interacciones de los tres grupos colaborativos que trabajan en esa mesa. Así, se logra que la sala ACE se convierta en un laboratorio de investigación educativa.
¿EN QUÉ SE BASA?
El diseño de la Sala ACE se basa en las investigaciones iniciadas por el doctor Robert Beichner, de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, a través del proyecto SCALE-UP (Beichner, 2006a). Así como la Sala ACE, hay muchos otros salones de diferentes tamaños (en cuanto al número de mesas) con las características básicas delineadas en el proyecto SCALE-UP, ubicados alrededor de Estados Unidos y del mundo.
Por sus características, salones de este tipo son ideales para enseñar ciencias, como física, matemáticas, química y biología. Sin embargo, se ha encontrado que otras áreas, como idiomas o literatura, también aprovechan los beneficios de la distribución y ambiente que se genera en estos salones (Beichner, 2006b).
Por varios años, el doctor Beichner realizó investigación y experimentó sobre diferentes diseños de salón, con la finalidad de mejorar el aprendizaje. El salón SCALE-UP es el resultado de esa extensa investigación. Así como el doctor Beichner, otros creadores de salones tipo SCALE-UP han demostrado que el aprendizaje activo que se obtiene en este salón es muy exitoso (Dory y Belcher, 2005). De los resultados que se han reportado, se tiene un incremento en el aprendizaje, y una disminución en el índice de reprobación, principalmente de mujeres y minorías en Estados Unidos (Beichner, 2006b).
Muchas de las estrategias dentro del salón ACE se basan en la investigación educativa en las disciplinas. Por ejemplo, en la Sala ACE se enseña con estrategias basadas en modelos (Hestenes, 1996; Niss, Blum y Galbraith, 2007), Tutoriales para la física introductoria (McDermott, Shaffery PEG, 2002), Instrucción PEER (Mazur, 1997), Taller de Física (Laws, 1991), Actividades Reveladoras del pensamiento (Lesh&Doerr, 2003); Actividades Generativas (Stroup, Ares, Hurford, y Lesh,2007) entre otras. Estas estrategias, además de haber sido diseñadas por investigadores de la disciplina (física o matemáticas) que trabajan en departamentos de física o de matemáticas en universidades, están basadas en investigación rigurosa en la que se ha documentado que, con su uso, mejora el aprendizaje de los estudiantes.
¿QUE SE ENSEÑA?
Por el momento, en la sala ACE se enseña sólo Física y Matemáticas, aunque en un futuro cercano se estarán enseñando otras asignaturas, como Química. Aún más, existe una propuesta de proyecto en marcha dentro de la institución, de construir más salones de este tipo, para que diversas disciplinas puedan ser beneficiadas con Salas ACE.
Del Departamento de Física, en este semestre se están enseñando dos materias: Introducción a la Física y Electricidad y Magnetismo. En el caso de Matemáticas, se enseña Introducción a las Matemáticas y Ecuaciones Diferenciales.
INTRODUCCIÓN A LA FÍSICA
EL curso de Introducción a la Física recibe a estudiantes que, al presentar los exámenes de ubicación en nuestra institución, demostraron no contar con las habilidades necesarias ni con los conocimientos fundamentales para cursar física con un nivel adecuado a las carreras de ingeniería, lo que comúnmente se conoce como Física basada en Cálculo, por lo que este curso tiene un carácter propedéutico. La innovación que se ha implementado, aprovechando las bondades del salón, es incluir elementos de modelación, lo que permite acercar al estudiante al trabajo real de un científico.
Es así como los estudiantes, apoyados con herramientas computacionales y matemáticas, construyen modelos de situaciones reales, verifican su validez en otras situaciones físicas y realizan modificaciones, si es necesario. Por otro lado, los estudiantes trabajan en actividades colaborativas todo el tiempo, algunas para construir conceptos nuevos y otras para mejorar las habilidades de solución de problemas.
Cada mesa de trabajo es una pequeña comunidad de aprendizaje, que facilita la discusión y la reflexión de los estudiantes. Aunque el salón es grande, su diseño permite al instructor acudir rápidamente a resolver dudas y a interactuar con los estudiantes, para que la actividad se lleve adelante. También se han incluido experimentos que se llevan a cabo en los grupos, convirtiendo este gran salón de clases en 24 estaciones de experimentación, donde los estudiantes capturan información de fenómenos naturales, miden con instrumentos de alta precisión y modelan con recursos computacionales, combinando así los elementos que acompañan al trabajo científico de hoy: la teoría, la experimentación y la computación.
ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO
El Curso de Electricidad y Magnetismo es del tercer semestre en las carreras de ingeniería. El curso cubre los tópicos de Electricidad y Magnetismo (EyM) a un nivel introductorio. Siendo EyM un tópico abstracto, en comparación con los cursos de Física que le preceden dentro de las carreras de ingeniería, los estudiantes en este curso se enfrentan a grandes dificultades en el aprendizaje. Sabiendo esto, el curso de EyM dentro de la Sala ACE está diseñado para integrar diversas estrategias de enseñanza-aprendizaje que se han reportado en la comunidad de investigación educativa. Algunas de estas estrategias incluyen Instrucción Peer y Tutoriales.
Aprovechando el ambiente de trabajo que se genera en un espacio como el Salón ACE, también se trabajan actividades de entendimiento conceptual en las que, de manera colaborativa, los alumnos van construyendo los conceptos relacionados con la naturaleza continua macroscópica de los objetos cargadosy su interacción con otros objetos. También se implementan actividades de solución de problemas, donde los estudiantes adquieren, en forma colaborativa, habilidades de solución de problemas. Los estudiantes tienen entonces la oportunidad de desarrollar su entendimiento científico, usando una variedad de estrategias.
INTRODUCCIÓN A LAS MATEMÁTICAS
El Curso de Introducción a las Matemáticas se ofrece para los alumnos que, ya habiendo sido admitidos en el instituto, no alcanzaron un puntaje mínimo en el examen de ubicación de matemáticas. El Curso de Introducción a las Matemáticas revisita conceptos y procedimientos de la Matemática Elemental, con la finalidad de conectar y extender dichos conocimientos a la Matemática Superior. Para ello, se visualiza la matemática como una herramienta en el análisis, modelación e interpretación de problemas no rutinarios, en contextos reales sencillos; el enfoque es tanto en los conceptos y procedimientos, como en las aplicaciones de los mismos.
Un enfoque constructivista del aprendizaje es la base de las estrategias que se aplican, tales como la resolución de problemas, el aprendizaje colaborativo, actividades generativas, y la modelación.
En particular, en la Sala ACE se cuenta con tecnología que facilita que el estudiante se enfrente a problemas y situaciones que fomentarán la construcción, consolidación y aplicación del conocimiento, y que le darán la posibilidad de desarrollar habilidades necesarias en su vida profesional.
Asimismo, la Sala ACE favorece el rol del profesor como facilitador en dicho proceso. De esta manera, se promueve un énfasis en la percepción de las matemáticas como un campo unificado de estudio, útil para modelar fenómenos reales, y en la percepción del estudiante como un constructor de su propio conocimiento.
ECUACIONES DIFERENCIALES
El curso de Ecuaciones Diferenciales (ED) en la modalidad Aprendizaje Centrado en el Estudiante (ACE), privilegia la modelación de fenómenos físicos, tales como sistema masa-resorte, mezcla de solución salina en tanques, estudio de circuitos eléctricos (Resistencia-Capacitor, RC; Resistencia-Inductancia-Capacitor RLC).
El estudio de procesos algorítmicos, como la resolución de las ED ordinarias, aparece en el curso, pero con un papel menos importante que en un curso considerado tradicional. Ya se ha reportado previamente en diversos trabajos de investigación el fuerte componente analítico que aparece en los cursos de ED (Niss, Blum y Galbraith, 2007; Rodríguez, 2009), acercamiento que deja en el estudiante una imagen puramente algebraica del proceso.
El poner el énfasis en el proceso de modelación implícito en cada una de los fenómenos antes descritos, favorece que el actual estudiante y futuro ingeniero valore al objeto ED como una herramienta útil para modelar diversas problemáticas. En particular, el curso tiene como intención que el alumno explore la toma de datos y manipulación del fenómeno físico a estudiar como una de las primeras e importantes etapas en el proceso de modelar.
Asimismo, el curso de ED, en su versión ACE, complementa la visión de los métodos de resolución de las ED, mostrando, a través del uso de tecnología, el uso de los campos direccionales como método cualitativo para resolver ED (con apoyo de Maple y simuladores) así como el método numérico de Euler para aproximar una solución de la ED.
SALA ACE, UN SALÓN ÚNICO
Los salones tipo SCALE-UP han sido desarrollados con base en el diseño original propuesto por el doctor Beichner. Sin embargo, cada uno tiene elementos que lo distinguen de los demás. En particular, en la Sala ACE, se incorporaron algunos elementos que hacen de ese salón un espacio único. Las computadoras del salón son HP Tablet PC, muy flexibles para usarse en actividades en que los estudiantes tengan que trabajar para resolver un problema, tanto escribiendo la solución con su propia caligrafía, como también haciendo sus propios esquemas.
Además, las mesas tienen la altura que permite que los instructores en la clase puedan cómodamente interactuar con los equipos de trabajo. La facilidad de hacer demostraciones interactivas, por medio de cámaras de video que muestran en las pantallas la demostración, así como el hecho de hacer videoconferencias de estas demostraciones a otros salones en donde se esté enseñando la misma materia, hace a la sala ACE un recinto único de aprendizaje.
Por último, la sala ACE es un laboratorio de investigación educativa, donde las interacciones de estudiantes pueden ser analizadas para diferentes proyectos que tengan como objetivo medir interacciones comunicativas, habilidades de solución de problemas, interacciones que muestren el razonamiento del estudiante en algún tópico y un gran número de proyectos que tengan como fin entender el proceso de enseñanza-aprendizaje para mejorar el aprendizaje y la instrucción. En suma, la Sala ACE es tecnología e innovación para favorecer el aprendizaje.
AGRADECIMIENTOS
Los autores agradecen el apoyo recibido de la Rectoría del Campus Monterrey, de la compañía Hewlett-Packard, de la compañía Texas Instruments y del apoyo de fondos semilla del Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, por medio de las cátedras de investigación CAT140 y CAT108.
Referencias:
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