El aprendizaje por descubrimiento en el laboratorio, una herramienta para estimular el pensamiento crítico y reflexivo en el estudiante, area: enseñanza de la física.

RESUMEN

​En este artículo se trata el tema del aprendizaje por descubrimiento como herramienta para reforzar el proceso enseñanza-aprendizaje en los estudiantes de las carreras científicas. Se centró en el área de Física, específicamente en el laboratorio de física, en donde se presentó una propuesta de experiencias basadas en la teoría constructivista del aprendizaje por descubrimiento. En nuestras universidades, por lo general, el aprendizaje está basado en el método tradicional, en donde el profesor imparte una clase teórica y una vez que el alumno aprueba el curso, acude al laboratorio para comprobar los postulados que le fueron impartidos. Eso es lo atractivo de trabajar en docencia, contamos con teorías que nos permiten ir en constante reforma; es por eso que como profesionales de la docencia nuestro objetivo principal será que el estudiante obtenga un aprendizaje significativo, significativo para que aprenda a relacionar los conocimientos obtenidos con hechos de la vida diaria y lo más importante el aprendizaje debe ser para que los educandos tengan capacidad en un futuro de innovar  y aportar soluciones a la sociedad.


INTRODUCCIÓN


El conocimiento y entendimiento por las ciencias naturales resulta imprescindible para comprender el desarrollo social, económico y tecnológico en el que nos encontramos; el solo hecho de tener la autopista de la información (como se le llamó en sus inicios a la web) ya es motivo para empezar a reformar la forma en cómo enseñamos ciencia. Por ejemplo, en la red hay mucha información, se pueden encontrar buen material para hacer investigación pero cuidado, también se encuentra mucha información mal redactada o en algunos casos falsa.


No hay resultados cuantitativos que reflejen lo anteriormente afirmado, pero con solo revisar alguna asignación enviada durante un periodo académico se puede notar que la información, en su mayoría, fue obtenida de la red y en algunos casos sin ser analizada. El alumno de hoy en día, en un gran porcentaje, prefiere ir a la red a buscar información para estudiar o hacer alguna investigación que leer un libro y sinceramente, si haciendo un clic se puede tener toda la información que se desea, ¿por qué ir a los libros?


Esta gran interrogante fue lo que dió pie para este trabajo de investigación, el hecho de que de alguna u otra manera el estudiante se aburre con frecuencia en la clase tradicional, los resultados que se están obteniendo al final de cada periodo académico y así una serie de hipótesis se presentaron para desarrollar este trabajo. Por tal motivo, las instituciones de educación superior deben estar en constante revisión de las estrategias de enseñanza usadas en el proceso educativo, claro está, en función de las nuevas tendencias educativas.


En la enseñanza de la física se pueden identificar cuatro estrategias didácticas fundamentales, las cuales son:

·        La clase teórica

·        La solución de problemas

·        Las demostraciones en el aula

·        La experiencia en el laboratorio

Esta última estrategia ha sido de mucho interés por parte de los investigadores en el área de la enseñanza, los trabajos realizados en este campo tienen como objetivo que el trabajo en el laboratorio sea una experiencia en donde el estudiante vaya a descubrir un fenómeno, ponga de manifiesto su capacidad creativa, crítica y de reflexión para que de esta manera pueda ensamblar un experimento sin necesidad de tener un guía que le explique como hacer todo en el laboratorio.


Para nadie es un secreto que el interés por las ciencias naturales ha ido disminuyendo por parte de los estudiantes que conforman los distintos niveles de un sistema educativo, quizás por lo repetitivo que se ha vuelto el método de enseñanza; con tantos avances tecnológicos que tenemos hoy en día para el estudiante resulta un tanto aburrido estar en una clase escuchando por dos horas a un profesor, el estudiante actual es inquieto le gusta observar las cosas de otra manera, con demostraciones, experimentaciones, con softwares educativos, equivocándose, en fin, que la clase no sea lo mismo de siempre que vaya a la par con las nuevas tendencias.


Cabe destacar que, como en todo sistema educativo, siempre está el grupo de aquellos estudiantes que estudian una carrera sin ser asesorados, estudian por presiones sociales (familia de abogados, ingenieros, status), alumnos que entran a estudiar ciencias y tienen una base matemática bastante deficiente, en fin, son tópicos en donde se puede realizar mucha investigación y aportar soluciones en pro de mejorar el proceso enseñanza-aprendizaje.


Ahora bien, actualmente en la Universidad de Oriente Núcleo Anzoátegui, el laboratorio de física II se enseña a aquellos estudiantes que hayan cursado y aprobado física II; física II se cursa en el tercer semestre de la carrera de ingeniería y ciencias aplicadas, para optar a física II se debe aprobar física I y matemática II, física II está relacionada con todo lo referente a las leyes de la electrostática y el magnetismo.


El laboratorio de física II se divide en dos partes; la parte I es la introducción al laboratorio en donde se realizan practicas para aprender a usar los instrumentos de medición (Multímetro, Osciloscopio y Espectroscopio) luego la parte II vienen los montajes en donde se trabajan practicas de electricidad y de óptica, las prácticas son guías detalladas y se explica paso a paso lo que el estudiante hará en el laboratorio. El trabajo en el laboratorio, desde mi punto de vista, debe ser para que el estudiante trabaje solo sin la ayuda del preparador vemos como hoy en día el preparador se ha vuelto un ejecutor de las practicas. El preparador debe ser el asistente del profesor, el que le ayude a ensamblar los experimentos, a mantener orden y limpieza en el laboratorio.


Lo que se pretendió con la investigación fue formular una propuesta de trabajo mas amena en el laboratorio, despertar la curiosidad del estudiante, dejar a un lado la pasividad y dejar que el alumno sea activo en el trabajo de laboratorio. Para esto, nos apoyamos en la teoría de aprendizaje por descubrimiento, se diseñaron experiencias de laboratorio saliendo del patrón usado actualmente en la universidad. Pero el trabajo no es sólo diseñar unos instrumentos de trabajo, debemos recordar lo siguiente; para que la teoría de aprendizaje por descubrimiento tenga éxito debe haber un conocimiento previo bien anclado en la estructura cognoscitiva del alumno.


PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA


La documentación juega un papel muy importante dentro de todos los procesos que se llevan a cabo en el laboratorio de física, porque contempla las técnicas, principios y métodos que se llevan a diario en él y de esta manera se pueda cumplir con las necesidades especificas de cada área, para que la persona esté bien orientado en las distintas actividades que se realizan en el laboratorio. Igualmente en la dinámica de un laboratorio de esta índole, poner al día a los profesores del área de ciencias se está haciendo tarea cada vez más importante debido a las crecientes dificultades que encuentran los profesores en el día a día de sus clases y a los constantes progresos tecnológicos en el área de las ciencias exactas y la educación.


Los programas de revisión y actualización que tienen como objetivo promover cambios en el proceso enseñanza-aprendizaje, se enfrentan a dos desafíos muy importantes: el primero plantear nuevas concepciones científicas en los profesores y el segundo revisar y evaluar un posible cambio en los métodos de enseñanza. Realizando estos cambios en el proceso educativo el profesor puede tomar conciencia de su rol como orientador en el proceso; su rol de facilitador, de ayudar a superar obstáculos al estudiante, de involucrarse con las nuevas tendencias tecnológicas en el área educativa y por último, de estar en constante búsqueda de mejorar la enseñanza haciendo uso de las teorías del aprendizaje que estén enfocadas a dejar aprendizajes significativos.


Para esto el trabajo en el laboratorio es muy importante en la formación académica, más que ir a presentar datos en tablas y realizar gráficos,  la sesión de laboratorio debe ser una verdadera experiencia científica, ir a medir y comprobar resultados hace que el trabajo se más mecánico que de razonamientos, dudas, equivocaciones y reflexiones es lo que debe estar presente en una sesión de experiencias científicas es por esto que debemos revisar las estrategias metodológicas usadas para diseñar una experiencia de laboratorio.


Con el pasar del tiempo hemos venido observando que las aptitudes de los estudiantes en una sesión de laboratorio son muy deficientes, por citar un ejemplo: un grupo va a realizar la práctica de las Leyes de Kirchhoff y tiene un tiempo de tres horas; se ha observado que cuando ha transcurrido una hora aún no ensamblan el circuito para realizar las respectivas medidas, muchas dudas para medir la intensidad de corriente, dudas para medir el valor en ohm de una resistencia eléctrica, por lo tanto deben pedir ayuda al preparador del curso o en última instancia el profesor termina ayudando al grupo a realizar la sesión. Desde el punto de vista del escritor, el preparador es un ayudante del profesor, debe estar pendiente de tener todo en orden antes de iniciar el trabajo, en pleno desarrollo y una vez finalizado el trabajo que todo quede tal cual como se encontró.


Por otro lado, no es función del profesor ayudar a realizar la práctica a los estudiantes, el profesor debe facilitar el trabajo, procurar de tener todo a la mano para que la sesión se desarrolle con absoluta normalidad; si en dado caso se presenta un imprevisto por alguna falla de algún equipo, el profesor debe intervenir para ayudar a agilizar el trabajo del grupo. Pero nunca interceder y decirle que el amperímetro se conecta en serie para medir la corriente eléctrica, el voltímetro se conecta en paralelo, en fin, son detalles que a juicio propio, hacen pasiva la labor del estudiante en el laboratorio lo que trae como consecuencia falta de actitud para la investigación científica, la cual es muy importante para desarrollar actitud innovadora el día de mañana en cualquier campo laboral que se pueda desempeñar. En resumen, se están formando profesionales ejecutores más no innovadores.


No se cuenta con soporte en físico (fichas de evaluación, registro de conducta en el aula) que avale lo que se acaba de explicar, han sido discusiones en reuniones de área, conversaciones informales entre profesores en donde hemos planteado inquietudes y dudas con la metodología actual que se lleva a cabo en el laboratorio. De hecho, esta preocupación llegó a la escuela de ingeniería y ciencias aplicadas; en un proceso de reforma curricular que empezó a llevar a cabo la Universidad decidió que la asignatura laboratorio de física II no debía estar como materia obligatoria, debía ser electiva y en algunas carreras se eliminó del pensa de estudios. Esto sucedió debido a que un grupo de profesores aplicaba pruebas diagnósticas a los estudiantes que empezaban a cursar laboratorio de circuitos o laboratorio de electrónica y se encontraban con que el estudiante traía muchas deficiencias, no saber medir con un multímetro u osciloscopio, por ejemplo.


Así nace entonces la preocupación del trabajo que se viene realizando en el laboratorio de física II, reflexionar sobre la labor del docente fue el primer paso luego indagar si los estudiantes se sienten motivados para investigar en el área de las ciencias naturales, se revisaron los avances que se tienen en otros países sobre este tópico y se diseñaron con éxito experiencias de laboratorio que estén orientadas hacia un aprendizaje significativo. Fue así como se ejecutó el siguiente proyecto de investigación: El laboratorio en la enseñanza de la física. Una propuesta metodológica para la Universidad de Oriente, Núcleo Anzoátegui con la finalidad de mejorar el proceso de enseñanza-aprendizaje en las carreras de ciencias aplicadas.


El alcance de este proyecto se enfocó en querer despertar las actitudes innovadoras de los estudiantes y para esto se tuvo como objetivo principal diseñar un conjunto de experiencias científicas basadas en la teoría de aprendizaje por descubrimiento y así seguir avanzando en este gran campo que es enseñar.


Ahora pasemos a revisar la metodología de trabajo usada y analizar los resultados obtenidos, fueron varias encuestas que se le aplicaron a los estudiantes, no se publicarán en su totalidad, se hará énfasis en lo que realmente nos interesó: la motivación del estudiante para estudiar una carrera científico tecnológica, las aptitudes y actitudes y por último la preparación del docente para trabajar en el laboratorio.


METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN


La metodología usada en el laboratorio es de tipo demostrativo; el laboratorio se divide en dos etapas: a) manejo de instrumentos y b) desarrollo experimental, al estudiante se le suministra una guía de trabajo en donde se le suministra un paso a paso de lo que va a realizar para verificar la validez de un teorema o ley. Por ejemplo, en la práctica de leyes de Kirchhoff el estudiante debe ensamblar un circuito, luego realiza mediciones de voltaje y corriente para comparar sus resultados con sus cálculos teóricos.


La idea es cambiar esa metodología por una en donde el estudiante tenga mas libertad de trabajo, es decir, pueda experimentar en base a sus conocimientos adquiridos en el área de electricidad y magnetismo. La idea de descubrir el conocimiento hace que la curiosidad se despierte. Si bien es cierto las experiencias están basadas en principios ya establecidos pero venir al laboratorio con un material en donde no se presenta un paso a paso de como ensamblar la experiencia implica que el alumno debe leer y repasar sus conocimientos para poner a trabajar su iniciativa, lógica y creatividad para descubrir el fenómeno físico.


La población se constituyó por 180 estudiantes que cursaron la asignatura laboratorio de física II (en condiciones ideales) de esta población obtuvimos nuestra muestra n = 48 con la cual se trabajó de la siguiente manera:

·        Se aplicó una prueba diagnóstica para observar los conocimientos previos adquiridos básicos para la asignatura.

·        Luego se aplicaron la siguientes encuestas: una para indagar sobre las aptitudes y actitudes del estudiante hacia la investigación científica, una segunda encuesta para detectar el nivel de preparación de los profesores para poder realizar un trabajo significativo en el laboratorio.

·        Se realizo una prueba piloto y comparar a aquellos estudiantes que hicieron una experiencia con el método tradicional con los que trabajaron usando la propuesta de este proyecto.

·        Luego de realizar la prueba piloto se les aplicó una última encuesta para comparar las metodologías usadas, método tradicional vs método propuesto.

ANÁLISIS DE RESULTADOS


Una vez que se aplicaron las encuestas los resultados fueron analizados usando la herramientas Excel, a continuación haremos un resumen de los resultados obtenidos en las encuestas.


En primer lugar echemos un vistazo a la prueba diagnóstica; este test se diseñó en tres partes, una parte de selección simple, una segunda parte de problemas con selección y una última parte de resolución de problemas básicos para cursar la asignatura laboratorio II de física.


Supongo que más de un colega que lea estas líneas sabrá los resultados que se pueden esperar de una prueba diagnóstica. En nuestra investigación la sección de selección simple que correspondía a la selección de unidades básicas una mayoría hace su selección de manera correcta, por ejemplo: la unidad de medida de la carga eléctrica en el sistema internacional es, y una gran mayoría seleccionó el culombio pero en el caso de la siguiente cuestión: la unidad de medida de la diferencia de potencial en el sistema internacional es, y las opciones eran: joules/seg, Coul/seg, joules/Coul y ergios/Coul la gran mayoría respondió de forma incorrecta. Estoy seguro que la mayoría sabía que era el voltio porque es lo común que escuchamos pero de dónde viene esa unidad e ahí la falla conceptual y el porcentaje de respuestas correctas fue muy baja, para ser exactos de la muestra total un 18,75% respondió correcto, un 54,17% respondió de forma incorrecta y un 27,08% no sabe o no contesta. Resumiendo, se puede concluir que los estudiantes tienen un nivel de conocimientos aceptable con respecto a los sistemas unidades físicas.


En la segunda parte de selección simple los resultados empiezan a ser más preocupantes, se observó una clara falta de conceptos básicos en electricidad y magnetismo que se supone deben cursar antes de entrar al laboratorio,  por ejemplo, el siguiente problema: un motor mueve un ascensor que eleva una carga de ladrillos de peso 800 Nw a una altura de 10 m en 20 seg. La potencia que suministra el motor es, y las opciones eran: 200 W, 400 W y 600 W, un 52,08% seleccionó No sabe No contesta, un 39,58% respondió bien y un 8,33% respondió mal.


La última parte consistía en resolver problemas básicos de Física II y análisis estadísticos; en la sección de análisis estadístico la gran mayoría no supo resolver los problemas, por ejemplo, en el primer problema se tenía que calcular el error absoluto para una tabla de medidas de una resistencia eléctrica, el 2,08% lo hizo bien y el 97,92% lo hizo mal. En la gran mayoría de los casos no recordaban la ecuación para la calcular la media de una serie de datos que es lo primero que se enseña en el laboratorio I de física.


En resumen, la prueba diagnóstica es un instrumento que sirve para ubicar al docente y así de esta manera realizar las actividades académicas que se requieran para lograr anclar en la estructura cognoscitiva del alumno todo el conocimiento previo para ejecutar las experiencias usando el aprendizaje por descubrimiento.


Ahora bien la encuesta numero dos fue para observar la posición del estudiante frente a la elección de una carrera en el área de las ciencias, hay que destacar el interés de la mayoría por el estudio de las carreras científico tecnológica, al preguntarle su interés por estudiar ciencias, la mayoría responde sentirse identificado y entusiasmado por hacer una carrera en la escuela de ingeniería. La situación se puso interesante con la siguiente pregunta: Nombre algunas actitudes y aptitudes que cree Ud. tener que le motiven a estudiar una carrera en el área de las ciencias.


En esta pregunta quedo casi en mitades, un 48% hizo mención de 5 actitudes y aptitudes válidas el resto no se hallaba en la pregunta y respondían de forma ambigua, lo cual dice que no hay una clara orientación por el muchacho a la hora de ingresar a la universidad, eso por un lado, en otro sentido hubo respuestas como las siguientes: estoy en la carrera de ingeniería porque en mi familia hay una empresa del ramo, estudió ingeniería porque mi padre así me lo pidió por ser él ingeniero, estudio ingeniería por el Status Quo que me da en la sociedad.


En conclusión el sistema de acceso a la educación superior no debe basar su éxito por la cantidad de alumnos que  ingresan a las distintas universidades, el estudiante que accede a la educación superior debe tener aptitudes para poder desenvolverse de manera eficiente en las distintas plazas académicas, por ejemplo, si se opta por el área de las ciencias puras se debe tener muy buena base en las ciencias básicas, a saber, matemática, física y química; también debe tener la actitud de querer ser un innovador, curioso, aprender, razonar y no memorizar para pasar exámenes y obtener un título.


La universidad debe formar profesionales que le den respuesta a las distintas problemáticas de la sociedad, hoy en día se preparan ingenieros ejecutores, por ejemplo, la innovación ha quedado, si se quiere decir en el anonimato. No basta con obedecer órdenes y ejecutar, se deben formar emprendedores que quieran dar progreso a la sociedad a través de la innovación y creación de empresas que ataquen los problemas de la sociedad en sus distintas disciplinas.


Ahora bien, se aplicó una encuesta a los profesores del área del laboratorio para indagar sobre la preparación de estos en el ramo, a manera informativa, la idea es presentar esto ante las autoridades y se lleven a cabo planes de formación en el área pedagógica y sobretodo formación aplicada al área de laboratorio, la mayoría de los profesores tienen su background en el área de ingeniería, que desde el punto de vista de conocimientos están bien preparados, pero el transmitir conocimientos es otro asunto, todo profesional formado en el área de ingeniería que se quiera dedicar a la educación debe tomar cursos de formación pedagógica, diplomados, magister y/o doctorado.


Por ultimo se aplicó una prueba piloto a un grupo de estudiantes, de manera general el estudiante fue receptivo con la propuesta de trabajo, el estudiante demostraba asombro de lo que descubría, el hecho de trabajar sin el paternalismo del profesor es en primera instancia incomodo pero a medida que va fluyendo el trabajo el estudiante le da valor al hecho de que para llegar a su objetivo debió haber leído previamente, a lo mejor corrigió fallas de cursos anteriores.


Ahora bien, hay que destacar que muy pocos manifestaron las aptitudes y actitudes que manifestaban antes, durante y después del trabajo y es aquí en donde se hace énfasis, la universidad debe realizar estudios para orientar a los estudiantes, según sus aptitudes y actitudes, hacia la mejor carrera en aquella en donde se pueda desempeñar con éxito.


CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES


Si queremos encontrar resultados distintos en nuestras aulas debemos empezar por dejar de hacer lo mismo, si algo importante se puede concluir de este trabajo es la manera de como el estudiante, no en la totalidad de la muestra, se exige a si mismo en la medida que el profesor le exige. Los seres humanos aprendemos, nos adaptamos, buscamos siempre ver que hay mas allá de la montaña, qué se quiere decir, en el laboratorio debemos dejar trabajar solo al estudiante, se debe reforzar conocimientos al inicio del curso y hacer hincapié que el profesor es solo un facilitador y que él debe leer y reforzar todos aquellos conocimientos que cree va a necesitar en su curso de laboratorio.


Debemos dejar de un lado el paternalismo que se ve hoy en día en las aulas en donde al estudiante se le dice cómo realizar las experiencias en el laboratorio, el estudiante que pide ayuda por algún concepto o alguna teorema que no recuerda, ya que le impide realizar la experiencia, se le debe exigir que lea antes de venir a la experiencia de laboratorio, inculcando esto el resto grupo se adapta porque sabe que el trabajo practico no es el que comúnmente vemos en donde existe la guía de laboratorio que le da un paso a paso de lo que debe hacer. Muchos educadores han adoptado la postura paternal en donde se pierde la función de transmitir conocimientos, se comporta mas bien con un padre o madre, que le indica al estudiante cómo realizar sus actividades en el aula de clase. Recordemos que la educación debe ser un viaje para aprender a gobernarnos a nosotros mismos y no educarnos para ser gobernados.


El trabajo en el laboratorio debe ser una experiencia no ir con la finalidad de buscar probar una teoría, sabemos que las leyes están ahí y pueden ser comprobadas, pero de donde viene la ley, qué sucede si hago este procedimiento o experimento de otra manera, por ejemplo: la ley de los voltaje de Gustav Kirchhoff sabemos que tiene su fundamento en la conservación de la energía, no es nada más ir a ver que si se suman los potenciales de los elementos de una malla, esta suma será cero. La carga eléctrica si se mueve en un circuito cerrado genera trabajo, hay un gasto o una ganancia de energía, por lo tanto podemos concluir que el teorema de conservación de la energía esta presente y si el estudiante está claro que el potencial eléctrico es trabajo por unidad de carga, entonces puede concluir que la suma algebraica de los potenciales eléctricos de una malla o circuito cerrado debe ser cero.


Las experiencias basadas en el aprendizaje por descubrimiento aplicadas en el laboratorio no debe ser un paso a paso, el estudiante debe armar sus ideas para encontrar la solución más acertada para construir el experimento, hacer sus observaciones, análisis y conclusiones. El material propuesto debe ser solo un abre boca de lo que va a hacer, el material propuesto en este trabajo esta  disposición para ser puesto en práctica y para su posterior revisión por parte de cualquier profesor interesado en las teorías del aprendizaje por descubrimiento.


Otro punto muy importante viene del hecho que los departamentos de orientación no prestan bien su servicio o han dejado de funcionar, muchos de los estudiantes encuestados expresaban estar estudiando ingeniería por razones sociales, un familiar ingeniero, matemático, físico, exigencia familiar por el estatus que representa el ser ingeniero. Un estudiante que cursa una carrera por presiones o razones sociales tendrá una probabilidad de éxito baja por lo que no estará motivado a trabajar en sus asignatura teóricas por lo tanto el trabajo en el laboratorio será un sacrificio bajo la metodología propuesta en esta investigación.


El departamento de orientación debe realizar un análisis riguroso de los estudiantes que ingresan a la institución, evaluar sus actitudes y aptitudes para saber qué área le será más cómoda estudiar.
Se recomienda a los docentes iniciar el curso con un repaso que permita reforzar los conocimientos básicos que le serán de utilidad al estudiante en el laboratorio, por lo menos dos o tres sesiones antes de iniciar las experiencias. En otro sentido, si bien es cierto, aprender a descubrir quizás requiere de mas tiempo que el destinado por el departamento a la asignatura, se deben realizar reuniones para coordinar el trabajo, dependiendo de la experiencia programar una sola sesión de tres horas o varias sesiones, claro esta que es una de las debilidades del trabajo propuesto ya que sabemos que se debe cumplir con un periodo académico y un estudiante no puede pasar todo un semestre haciendo una sola experiencia, lo mejor es que el grupo de trabajo se coordine y planifique el semestre en base a los resultados de que vayan obteniendo en cada semestre.


Para esto es muy importante llevar una bitácora del trabajo que se realiza durante todo el periodo académico e ir revisando el material de trabajo para ajustarlo a los tiempos exigidos por el departamento.


Como anécdota, cuando se realizó la prueba piloto hubo estudiantes que en un tiempo prudencial obtuvieron resultados satisfactorios, hubo otros que les costaba dar con los objetivos (habían leído poco o les cuesta un poco mas) y por supuesto estaban los que nunca pudieron hacer algo, no leyeron o simplemente no les interesa esta metodología de trabajo prefieren la práctica que les indica el paso a paso.