SENSORES COMPUTARIZADOS COMO MEDIADORES PARA LA MOTIVACIÓN E INTERDISCIPLINARIEDAD EN EL APRENDIZAJE DE CONTENIDOS CIENTÍFICOS




INTEGRANTES:
Mg. Nancy E. Saldis: Prof. Adjunto, Sub directora del Dpto. de Química Industrial y Aplicada, Prof. del módulo “Experiencias Prácticas de Laboratorio: Usos educativos de Sensores multiparamétricos” en la Maestría en Educación en Ciencias Experimentales y  Tecnología. Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales de la Universidad Nacional de Córdoba. Profesora en el Instituto Superior Domingo Zípoli.

Prof. Carolina Heé: Profesora en el Instituto Superior Domingo Zípoli
Leandro Comerón: Estudiante de quinto año de la carrera de Ingeniería Química de la Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales de la Universidad Nacional de Córdoba.
Macarena Pérez Fernández: Estudiante de segundo año de la carrera de Ingeniería Química de la Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales de la Universidad Nacional de Córdoba.

RESPONSABLE:
Mg. Marcelo M. Gómez: Prof. Adjunto Análisis Matemático II y Prof. del módulo “Experiencias Prácticas de Laboratorio: Usos educativos de Sensores multiparamétricos” en la Maestría en Educación en Ciencias Experimentales y  Tecnología en la Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales de la Universidad Nacional de Córdoba
Prof. Metodología de la Investigación en la Especialidad en Criminalística y Actividades Periciales dictada en la Facultad de Matemática, Astronomía y Física de la Universidad Nacional de Córdoba
Profesor y Secretario Docente en el Colegio Nacional de Monserrat
Dirección: Traful 756, B° Parque Atlántica, Córdoba     Celular: 0351 153176621   
E mail: mgomez@cnm.unc.edu.ar





SENSORES COMPUTARIZADOS COMO MEDIADORES PARA LA MOTIVACIÓN E INTERDISCIPLINARIEDAD EN EL APRENDIZAJE DE CONTENIDOS CIENTÍFICOS
RESUMEN DE LA PROPUESTA

En el nivel secundario los espacios disciplinares de la Matemática, la Física y la Química suelen presentar una elevada cantidad de estudiantes desaprobados y desinteresados en los fenómenos y cálculos. En el mejor de los casos, es posible observar un estudio superficial y compartimentado de los contenidos que luego carecen de sustento para relacionar las asignaturas científicas y para desarrollar estudios superiores. Esto se ve reflejado en Los problemas de los estudiantes en identificar variables, trazar gráficas o escribir una ecuación que represente matemáticamente un proceso físico o químico. La situación demanda esfuerzo de los profesores para acercar a los estudiantes a la interpretación de las transformaciones de la vida real y plasmarlas en modelos matemáticos sencillos. Lo expresado anteriormente nos lleva a replantear la metodología de enseñanza para dar respuesta a los problemas que origina esta situación aportando conocimientos, criterios y estrategias relacionadas con la interdisciplinariedad de contenidos brindando una educación que se adapte a las exigencias de estos tiempos intentando que los estudiantes encuentren significado en los conceptos que se les ofrece. Para ello se utilizará la modalidad b-learning con un enfoque constructivista, colaborativo y mediado, generando  actividades prácticas y atractivas para los estudiantes rescatando experiencias de laboratorio, que impliquen la utilización y desarrollo de lenguaje digital y gráfico. En este proyecto se pretende desarrollar e implementar un modelo de innovación educativa para la interdisciplinariedad de la Física, la Matemática y la Química basado en la experimentación con sensores multiparamétricos computarizados que permitan generar gráficas en tiempo real de fenómenos puestos a prueba en el laboratorio y su posterior análisis mediado y colaborativo en entornos virtuales.

A partir de esta experiencia, y con los datos obtenidos en forma de tabla y gráfico, pasar a construir modelos matemáticos simples que permitan la predicción del fenómeno, acercándonos así a la práctica laboral cotidiana de los investigadores y personal especializado.
El objetivo general de este proyecto puede presentarse entonces como:

-  Impulsar acciones de mejora de la calidad de la enseñanza de las Ciencias con recursos informáticos y metodologías que mejoren la motivación y la construcción eficaz de conocimientos significativos.
Dentro de los objetivos específicos es posible mencionar:

- Promover acciones que permitan la síntesis de contenidos conceptuales y procedimentales mediante la realización de experiencias de laboratorio que integren la Matemática, la Física y la Química permitiendo alejarse del esquema de compartimientos aislados para incorporar el concepto de ciencia y tecnología como un conjunto de conocimientos sistemáticamente interrelacionados.

- Incentivar la participación conjunta de docentes de las distintas disciplinas de instituciones secundarias y de la universidad en un proyecto único interdisciplinario que contemple la vinculación de los contenidos de asignaturas tratadas hasta hoy como conocimientos asistemáticos, y mejorando las relaciones horizontales en las instituciones.

- Aportar soluciones innovadoras en el ámbito de la enseñanza que impliquen un análisis de las concepciones educativas y de la relación enseñanza aprendizaje.

- Aumentar la motivación intrínseca de los estudiantes acercándolos a procedimientos de laboratorio que guardan similitud con la vida real.

- Facilitar la adquisición de lenguajes propios de la Tecnología (icónicos, gráficos, etc.) mediante la utilización adecuada de recursos informáticos y aparatología específica de medición de parámetros básicos de fenómenos físico-químicos.

- Propiciar el aprendizaje colaborativo y la enseñanza entre pares.

- Promover la formación integral de un estudiante activo, crítico y creativo.





FUNDAMENTACIÓN

Entre los cambios que se requieren en las concepciones y prácticas actuales de la enseñanza de la ciencia y la tecnología está el lograr una mayor relación entre las asignaturas y áreas de conocimiento, por lo que la interdisciplinariedad adquiere una connotación especial en la formación de los estudiantes de cualquier nivel educativo. Estos cambios deben estar basados en el convencimiento de que es imposible lograr reflejar y comprender la realidad de manera fraccionada, y este planteamiento pone de manifiesto la imposibilidad de captar su complejidad recurriendo solo a conceptos, contenidos, categorías, y procedimientos provenientes de una sola disciplina. De acuerdo a la bibliografía consultada sobre interdisciplinariedad, es posible visualizar distintas conceptualizaciones, entre ellas las de Torres (1994) y Mañalich (1997) los cuales la consideran como una forma particular del trabajo científico o como proceso en el que está necesariamente presente una relación de cooperación entre los especialistas que han madurado en sus propias disciplinas y buscan enriquecer y enriquecerse en sus aportes. Jerry Gaff (1989) acierta en arriesgar tres argumentos para la integración curricular. El argumento intelectual promueve la integración del currículum; el argumento pedagógico: buscan alternativas para promover el aprendizaje auténtico con un conocimiento integrado y no aislado; y el argumento social: el aprendizaje es una actividad individual, pero este se potencia si el profesor puede generar comunidades de aprendizaje. En este sentido cobra relevancia el aprendizaje colaborativo (Cooper, 1996) donde los estudiantes trabajando en pequeños grupos desarrollan habilidades de razonamiento superior y pensamiento crítico y se sienten confiados. Por otra parte, las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC) han copado todos los ámbitos de la sociedad y se convierten en una atractiva táctica para la educación científica y tecnológica. Las políticas educacionales que implican la incorporación de estas tecnologías y su uso efectivo en las tareas de enseñanza aprendizaje tienden a dar respuesta a desafíos tales como expandir y renovar el conocimiento, dar acceso universal a la información, y promover la capacidad de comunicación entre los individuos y grupos sociales (Sunkel, 2006). A su vez el b-learning (blended learning) se refiere a la formación combinada; este proceso de enseñanza aprendizaje considera actividades presenciales y a distancia. En el nivel secundario ha sido frecuente que el conocimiento de Física, Matemática y Química se ha dividido en compartimientos muy poco relacionados y, en la mayoría de los casos, los alumnos no han logrado aprehenderlos y mucho menos vincularlos con contenidos de las otras asignaturas.  En el mejor de los casos, es posible observar un estudio superficial y compartimentado de los contenidos que luego carecen de sustento para relacionar las asignaturas científicas y para desarrollar estudios superiores. Esto nos lleva a replantear una metodología de enseñanza para dar respuesta a los problemas que origina esta situación. Por ello se propone transferir los resultados del proyecto "Integración horizontal de contenidos de ciencias básicas a través de la resolución de situaciones problemáticas y experiencias de laboratorio con nuevas tecnologías" desarrollado en la FCEFyN UNC por considerarlo innovador y adecuado para intentar resolver el problema planteado en el secundario. Dentro de los resultados obtenidos es posible mencionar la participación de más de ciento cincuenta estudiantes universitarios asistentes a los talleres voluntarios aprendiendo a usar los sensores y las herramientas del programa   DataStudio, interpretando gráficas y ecuaciones matemáticas. Se han llevado a cabo también dos charlas en el Aula Interactiva de la muestra CuatroCiencia UNC, mostrando a más de quinientas personas entre niños, jóvenes y adultos participando entusiasmados.

Se menciona también a más de cincuenta profesores capacitados en uso de herramientas informáticas y motivados para la realización de ateneos periódicos para interrelacionar los contenidos de las asignaturas, situación poco usual en los centros educativos.

El análisis de los informes presentados por los estudiantes evidenció la integración de contenidos en las respuestas a las situaciones problemáticas, el uso de vocabulario técnico, formatos adecuados mejorando la escritura de fórmulas y ecuaciones. La presentación de gráficos en diversos programas informáticos despertó el interés de los estudiantes por aprender nuevas aplicaciones. Se rescata la edición de un libro en formato papel con lenguaje coloquial, en nuestro idioma, con imágenes propias y con experiencias reales y comprobadas destinado a estudiantes y profesores de nivel medio. En este sentido está prevista la entrega de un ejemplar a cada una de las instituciones participantes.

METODOLOGÍA

Para el desarrollo del proyecto se utilizará la modalidad b-learning con un enfoque constructivista, colaborativo y mediado. Se pretende desarrollar e implementar un modelo de innovación educativa para la interdisciplinariedad de la Física, la Matemática y la Química utilizando la experimentación con sensores multiparamétricos computarizados que permiten generar gráficas que muestran los resultados de las reacciones y experimentos en tiempo real.
Estos resultados luego serán analizadas en entornos virtuales mediante la utilización de un aula virtual que ya se encuentra en funcionamiento, un blog con información pertinente y a partir de allí construir modelos matemáticos simples. Los destinatarios serán estudiantes de los dos últimos cursos del Instituto Superior de Educación Artística Domingo Zípoli con domicilio en Marcelo López s/n Ciudad Universitaria y del Colegio Nacional de Monserrat ubicado en Obispo Trejo 294, de la ciudad de Córdoba. Estas instituciones recibieron sensores multiparamétricos hace unos diez años, pero en la práctica áulica nunca fueron utilizados por desconocimiento y actualmente se encuentran en franco proceso de deterioro.

Está previsto que para el cierre del proyecto se realice un encuentro entre los estudiantes de las dos instituciones para que interactúen a manera de plenario.

Es importante mencionar que el presente proyecto responde directamente a los objetivos de la Educación Secundaria de acuerdo a la Ley de Educación Provincial: Promover prácticas de enseñanza que permitan el acceso al conocimiento como saber integrado, a través de las distintas áreas y disciplinas que lo constituyen, fortaleciendo capacidades y hábitos de estudio, de aprendizaje e investigación, de juicio crítico y discernimiento; Desarrollar las capacidades necesarias para la comprensión y utilización inteligente y crítica de los nuevos lenguajes y herramientas producidos en el campo de las tecnologías de la información y la comunicación; Implementar, en el marco de los proyectos curriculares institucionales, procesos de orientación educacional que contribuyan a las elecciones vocacionales, vinculando a los estudiantes con el mundo del trabajo, la producción, la ciencia y la tecnología.

Y más específicamente, para los contenidos del Diseño Curricular de la Provincia de Córdoba para la Física, se espera profundizar la utilización de la modelización matemática para la formalización de los fenómenos físicos, según su carácter instrumental.

Por otro lado, el Diseño Curricular expresa  que si bien la Química tiene un objeto de estudio propio, en la escuela se enriquece con aportes de las otras disciplinas del área y se proyecta hacia ellas; de esta manera requiere de conocimientos específicos de la Matemática, que facilitan su formalización. En este sentido se hará anclaje en el eje que plantea  “Los materiales, sus interacciones y sus transformaciones" y desde allí se espera realizar la integración con la Física y la construcción de modelos matemáticos en base a las funciones lineales, cuadráticas, polinómicas, exponenciales, lograrítmicas y trigonométricas según sea el comportamiento del fenómeno.

RECURSOS DISPONIBLES Y ESTRATEGIAS

En primer lugar, se plantea el análisis de los recursos. Para el desarrollo del proyecto se cuenta con un compendio completo de experiencias comprobadas con las nuevas herramientas TIC, con imágenes orientativas y una serie de situaciones problemáticas redactadas y elaboradas de manera didáctica a tomar como guía para el desarrollo de las diversas actividades.
También se cuenta con la licencia del programa DataStudio y los siguientes sensores, propiedad de la FCEFyN UNC que servirán como modelo para la realización del proyecto:
* 15 Interfases (sin memoria) para conectar sensor PASport directamente a una PC a través de un puerto USB.
* 5 Sensores múltiples para efectuar determinaciones de Temperatura, pH, conductividad, Oxígeno disuelto y entrada para electrodos detectores.
* 5 Sensores de presión dual p/medir presiones absolutas o diferencial
* 5 netbooks.
De acuerdo al relevamiento realizado, cada una de las instituciones escolares cuenta con un  datalogger a pilas con sensores de temperatura, presión, humedad y luz, e interface de la línea PassPort. También poseen una computadora y algunas netbooks disponibles. Estos sensores tendrán que ser acondicionados para ser utilizados en la experimentación. Las computadoras también deberán actualizarse y a continuación se cargará el programa DataStudio con el objeto de conectar los sensores y los dataloggers.
Las instituciones cuentan con laboratorios para realizar las experiencias, pero no todas poseen los reactivos necesarios, varillas de vidrio, cobre y aluminio, entre otros. Tampoco tienen propipetas o los accesorios para llevar a cabo las prácticas tales como conectores y mangueras, globos, esmaltes, recipientes de poliestireno expandido con tapa, embudos, pilas, ni elementos de seguridad para el trabajo de laboratorio tales como guantes y otros materiales necesarios para los diversos grupos por lo que se deberá realizar la inversión en estos elementos. Para la compra de reactivos, los investigadores de la UNC se encuentran registrados en el SEDRONAR facilitando la consecución.
Con respecto a las estrategias, en primer lugar está previsto compartir entre los profesores del equipo los conocimientos referidos a sensores, el programa informático y los contenidos que registran mayor dificultad entre  los estudiantes secundarios. Esta estrategia se denomina Buzz Groups donde los participantes constituidos en un pequeño grupo de discusión consensuarán sus ideas. Para ello se realizará una jornada de tipo experimental con uso de los sensores y el programa DataStudio, como así también la práctica en la apertura del blog y otras herramientas necesarias para la comunicación de la información poniendo énfasis en los contenidos puntualizados por los docentes de las escuelas. Esta actividad permitirá reconocer el material con el que se cuenta específicamente en cada institución, buscar los recursos y registrar conocimientos y estrategias comunes. Luego, se propondrán espacios para la discusión de los contenidos a interrelacionar, y el rediseño de las experiencias adecuándolas a las necesidades del lenguaje y los lineamientos curriculares. Se propone la elaboración de un blog con el objetivo de ofrecer el espacio de intercambio comunicativo entre los estudiantes de los establecimientos involucrados y mantener comunicación con los docentes del equipo. En él se subirán vídeos, tutoriales, imágenes,  glosarios y presentaciones varias elaboradas por el equipo de profesores.
La segunda estrategia se refiere a los talleres experimentales de cortes constructivistas con alumnos en los espacios curriculares de Física, Matemática y Química. Los estudiantes constituidos en grupos, en trabajo colaborativo, intentarán resolver alguna situación, esto es transformaciones físicas o químicas sensoreando variables físicas, interactuarán con el programa informático conociendo sus herramientas, guardarán las gráficas y tablas, las compartirán en entornos virtuales tales como el blog abierto para este fin, redes sociales o correo electrónico, y posteriormente debatirán acerca de los fenómenos ocurridos y los modelos matemáticos más adecuados. De esta manera, la comunicación mediada se convertirá en una estrategia para lograr el intercambio de información y la construcción del conocimiento. En una jornada a modo de plenario se expondrán las conclusiones de cada grupo y se discutirá su validez.
Con respecto a la diferenciación de la propuesta en cada institución según la especialidad (las escuelas involucradas abarcan Ciencias Naturales, Ciencias Sociales, Artes y Humanidades), se rescata en primer lugar dos objetivos de la Escuela Secundaria desarrollados por el Ministerio de Educación de la Provincia de Córdoba, que no diferencia ninguna especialidad y deben ser alcanzados por todos los estudiantes.
Estos son:
- desarrollar y consolidar en cada estudiante la capacidad de estudio, aprendizaje e investigación, de trabajo individual y en equipo, de esfuerzo, iniciativa y responsabilidad, como condiciones necesarias para el acceso al mundo laboral, los estudios superiores y la educación a lo largo de la vida.
-promover al acceso de conocimientos como saber integrado, a través de las distintas áreas y disciplinas que lo constituye y a sus principales problemas, contenidos y métodos.
Es posible que estos objetivos puedan convertirse en estrategias y un desafío para todo el equipo de trabajo, y en función de esto los profesores coincidieron en acordar que el rol de docente en el proyecto es:
- seleccionar los contenidos teóricos que necesitarán los alumnos para realizar esta experiencia. Para el caso de la matemática se considerarán los principales elementos que integran la noción de función: variación, dependencia, correspondencia simbólica (expresión algebraica de una función) y representación gráfica de una función lineal, cuadrática, exponencial y logarítmica. Desde la Física los contenidos referidos a Calor y Temperatura, Dilatación, Presión absoluta y diferencial y sus unidades; y desde la Química los conocimientos relacionados con los intercambios energéticos de reacciones.
- luego, revisar a través de situaciones problemáticas los contenidos que los alumnos ya han adquirido en años anteriores y desarrollar los que aún no han estudiado de acuerdo a la especialidad.
- en la práctica del proyecto, el docente acompañará durante las experiencias, puesta en común y mediante el blog, a cada grupo de estudiantes en las inquietudes que se presenten, relacionando las asignaturas científicas, vinculando contenidos y verificando si sus respuestas son acertadas; en caso contrario se los orientará para que elaboren una nueva respuesta. También se podrán evacuar dudas en las horas de clases, si esto fuere necesario. En todo momento se incentivará a los estudiantes a participar activamente, a involucrarse, a trabajar en equipo, buscar soluciones y ser críticos al analizarlas.

RESULTADOS ESPERADOS

Dentro de los resultados esperados se encuentran
- estudiantes que resuelvan situaciones interrelacionando los conceptos de las asignaturas involucradas en el proyecto.
- alumnos que valoren y conozcan el uso de los nuevos instrumentos y las herramientas informáticas en pos del conocimiento.
- jóvenes reflexivos a la hora de decidir
- un equipo sólido de trabajo constituido por todos los docentes universitarios y secundarios, de tal manera que este proyecto haya sido el punto de partida para el aprendizaje colectivo y nuevas vinculaciones
- un compendio de experiencias para llevar a cabo en años posteriores esta innovación.
- equipos didácticos armados.
- sensores reacondicionados para realizar futuras experimentaciones.
- computadoras de los centros educativos actualizadas con los programas puestos a punto.
- un espacio virtual para futuras comunicaciones e intercambios.
En todo proyecto es posible realizar una evaluación de proceso y de producto.
Para evaluar los resultados de esta innovación se considerarán los siguientes instrumentos: una bitácora, los informes presentados por los estudiantes en el espacio virtual creado específicamente para este proyecto y una encuesta dirigida a los alumnos que participen de la innovación.
La bitácora tendrá la función de registrar todos los datos de lo que va aconteciendo a los efectos de coordinar las actividades que se vayan desarrollando para evaluar el proceso. Uno de los integrantes del grupo de docentes podrá ser el encargado de la observación y el registro de cada uno de los encuentros y actividades.
Como indicadores a tener en cuenta es posible mencionar el clima de trabajo del equipo de profesores que puede verse reflejado en la motivación para seguir con la innovación propuesta y el sorteo de dificultades, en la demanda de los estudiantes para conseguir respuestas a sus dudas en el trabajo y el continuar en el proyecto, y en la cantidad de comunicaciones virtuales.
Los informes que presenten los estudiantes constituirán uno de los instrumentos para la evaluación del producto de esta innovación. Para evaluar estos informes se tendrá en cuenta la interpretación de los contenidos específicos de la Física y la Química, la selección del modelo matemático y el análisis adecuado de las gráficas con el programa DataStudio, como así también las relaciones que realicen entre los conceptos de física, química y matemática. Esto será posible observarlo a través de las respuestas que den los estudiantes a un cuestionario diseñado específicamente.
Los indicadores considerados para la evaluación del informe escrito por cada grupo serán:
a) Organización general del informe
b) Jerarquización de contenidos
c) Lenguaje técnico específico utilizado
d) Nivel de dificultad de contenidos abordados
e) Construcción de ejemplos originales
f) Construcción de gráficos,
g) Interpretación de gráficos
h) establecimiento de relaciones.
Estos indicadores podrán ser clasificados en una tabla de cotejo como: Excelente, Muy bueno, Bueno, Regular o  Malo
Por último está prevista una encuesta dirigida a los estudiantes con la intención que evalúen:
1. la innovación,
2. los materiales didácticos utilizados.
Para evaluar la innovación se solicitará que contesten a las siguientes preguntas:
a) ¿Qué opinas acerca de los contenidos desarrollados en este proyecto?
b) ¿Son las dificultades presentadas apropiadas para el nivel que cursas?
c) ¿a cuál de las actividades desarrolladas te gustaría dedicar más tiempo?
d) ¿qué sugerencias de mejora tienes para el desarrollo de este proyecto?
Para evaluar los materiales didácticos se presentará otro instrumento que básicamente es una escala Lickert con afirmaciones tales como:
a) Las guías de experimentación fueron claras y organizadas
b)  las experiencias resultaron sencillas y fáciles de comprender
c) el uso de sensores es atractivo
d) el manejo del programa informático DataStudio es sencillo
La escala valorativa será: totalmente de acuerdo, medianamente de acuerdo, para nada de acuerdo.

PRESUPUESTO SOLICITADO
Reactivos de laboratorio                                                           $   500
Materiales para armar los equipos didácticos                     $   900
Accesorios para sensores y dataloggers                             $   300
Traslados                                                                                    $ 1.000
Material de seguridad en el laboratorio para los estudiantes     $   300


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