En este artículo consideramos las características de las Guías de estudio asociadas a cuatro laboratorios digitales: el Taller de Euclides, el Laboratorio de Funciones, el Vivero electrónico y la Mesa de Newton.
Como instrumentos de enseñanza y aprendizaje críticos en la educación a distancia, los laboratorios digitales son de los recursos más promisorios. Son escenarios computacionales para realizar experimentos virtuales con el fin de desarrollar y aplicar objetos de conocimiento específicos.
Los sistemas computacionales diseñados para realizar experimentos en la realidad virtual generada en los cuatro laboratorios digitales aquí considerados corresponden a los siguientes objetos de conocimiento: la construcción de formas geométricas en el Taller de Euclides, la visualización de soluciones de ecuaciones en el Laboratorio de Funciones, la simulación de procesos biológicos en el Vivero electrónico y el control de interacciones en la Mesa de Newton.
Tales laboratorios digitales fueron elaborados por el Instituto Galileo de Innovación Educativa y han sido cedidos al ILCE para su aplicación y modernización. La documentación que acompaña a estos cuatro laboratorios digitales comprende las siguientes secciones: (1) Estructura y funcionamiento del laboratorio; (2) Descripción de procedimientos para investigar, realizar experimentos y construir conocimientos; (3) Documentos de apoyo con información adicional acerca del tema; (4) Manual del usuario donde se explica en qué consisten las funcionalidades y características operacionales de las herramientas o componentes del laboratorio y, (5) Guía didáctica donde se proponen actividades y hacen recomendaciones para los docentes, con referencia a planes de estudio.
Los laboratorios digitales antes descritos fueron elaborados en épocas “prepandémicas”, durante las cuales las actividades educativas eran presenciales, en las escuelas y bajo la dirección de los docentes. Para hacer frente a las condiciones educativas actuales hemos elaborado Guías de estudio como complemento a la documentación antes indicada. Tales Guías de estudio son andamiajes psicopedagógicos de apoyo al aprendizaje; están enfocadas al trabajo autónomo e independiente de los estudiantes y consisten en la explicación clara y didáctica de tres tipos de experimentos a realizar con cada laboratorio digital: ejercicios, problemas y retos.
Características de las Guías de estudio de los laboratorios digitales
En términos muy generales, un laboratorio es un escenario donde se realizan experimentos; es decir, donde se discuten y formulan preguntas que requieren respuestas. Todos los experimentos están cargados de teoría, porque las preguntas que se hacen y las respuestas que se esperan obtener se formulan en el marco de los conocimientos y principios teóricos de quienes planean, realizan e interpretan lo que se hace experimentalmente. Los experimentos pretenden realizar descubrimientos, explorar regiones poco conocidas, poner a prueba ideas o hipótesis, producir efectos nuevos, resolver dudas o buscar explicaciones.
La marcha de un experimento pasa por tres etapas: (1) la preparación del sistema y la definición de las condiciones iniciales que especifican de dónde se parte y proponen a dónde se quiere llegar, (2) la realización de una serie de operaciones de interacción con el sistema para producir efectos registrables que constituyen las observaciones y mediciones del experimento: los datos que usualmente se expresan como cantidades numéricas en ciertas unidades, y (3) el análisis e interpretación de esos datos, organizados en forma de tablas o gráficas.
Lo anterior es lo que ocurre físicamente en los laboratorios donde se hacen experimentos en ciencias naturales y, con las adecuaciones del caso, es lo que se produce en los laboratorios digitales que funcionan en el mundo de la realidad virtual. Los laboratorios que operan, tanto en la realidad física como en la realidad virtual, desarrollan procedimientos sistemáticos bajo control que permiten explorar, experimentar, explicar y luego evaluar. Esto se logra utilizando las herramientas y procedimientos de cada laboratorio con el fin de variar de manera verificable los parámetros característicos del sistema en estudio, las condiciones de operación del laboratorio y los algoritmos y programas computacionales requeridos.
Las Guías de estudio de los laboratorios digitales contienen experimentos de tres tipos: ejercicios dedicados a obtener y manejar información que permita entender cómo funcionan las herramientas del laboratorio, problemas cuya solución ha de obtenerse usando tales herramientas y aplicando conocimientos y estrategias de solución requeridas por el objeto de conocimiento en cuestión y retos, en tanto series de problemas abiertos que constituyen un contexto de aprendizaje, con el fin de apoyar la toma de decisiones en la planeación y el desarrollo de proyectos.
En lo que sigue describimos e ilustramos, para cada laboratorio digital, las características de los tres tipos de experimentos propuestos. La estructura de la composición de cada experimento contiene cinco componentes: Título, Propósitos, Descripción, Procedimiento y Cuestionario. Salvo la componente de Descripción, las demás componentes sirven para lo mismo en todos los laboratorios digitales (Tabla I).
La componente de DESCRIPCIÓN difiere para cada tipo de laboratorio porque los objetos de conocimiento son distintos; además, cada laboratorio tiene un enfoque diferente: el Taller de Euclides construye formas, el Laboratorio de Funciones visualiza soluciones de ecuaciones, el Vivero electrónico simula procesos biológicos y la Mesa de Newton controla interacciones. A continuación, presentamos para cada laboratorio digital una Tabla donde se explica en que consiste la correspondiente sección de DESCRIPCIÓN y luego una figura muestra detalles de uno de los experimentos realizados con ese laboratorio.
En el Laboratorio Taller de Euclides (Tabla II), la DESCRIPCIÓN es la misma para los tres tipos de experimentos (ejercicios, problemas y retos); las diferencias consisten en la selección particular de las herramientas que requiere cada tipo de experimento. Un ejemplo de experimento se muestra en la Figura 1.
Fuente: Guía de estudio del laboratorio digital Taller de Euclides, Andrea Mora Gómez y Jorge Barojas Weber. Unidad Académica del ILCE.
Figura 1. Detalle del experimento Construcción de un kiosco pentagonal, donde se propone la elaboración de los planes de la base de un kiosco pentagonal haciendo uso de las herramientas "Ángulo".
En el Laboratorio de Funciones (Tabla III), la DESCRIPCIÓN es distinta en dos aspectos para cada tipo de experimento: la lista de las herramientas del laboratorio que habrán de utilizarse y las indicaciones acerca de lo que se necesita hacer con esas herramientas. Un ejemplo de experimento se muestra en la Figura 2.
Fuente: Guía de estudio del laboratorio digital Laboratorio de funciones, Andrea Mora Gómez y Jorge Barojas Weber. Unidad Académica del ILCE.
Figura 2. Detalle del experimento Recta que pasa por dos puntos, donde se muestra la gráfica de la función líneal y = 2x - 8.
En el Vivero electrónico, la DESCRIPCIÓN (Tabla IV) es diferente para cada tipo de experimento en cuanto a los procedimientos específicos que describen cómo se desarrollan las etapas de realización de los ejercicios, problemas o retos. Un ejemplo de experimento se muestra en la Figura 3.
Fuente: Guía de estudio del laboratorio Vivero electrónico, Daniela Sánchez Ramírez y Jorge Barojas Weber. Unidad Académica del ILCE.
Figura 3. Detalle del experimento Las fases de los cultivos donde se analizan las características de distintos cultivos (imagen de la izquierda) y se detectan los meses del año que resultan ser más fructíferos para cada cultivo (imaen de la derecha).
En la Mesa de Newton la DESCRIPCIÓN (Tabla V) es la misma en los tres tipos de experimentos según las secciones indicadas en la Guía didáctica; sin embargo, la temática abordada es distinta en cada experimento. Un ejemplo de experimento se muestra en la Figura 4.
Fuente: Guía de estudio del laboratorio digital Mesa de Newton, Jorge Barojas Weber y Carlos Maximino Campos. Unidad Académica del ILCE.
Figura 4. Detalle del experimento Movimiento rectilíneo de tres bolas con diferentes velocidades, donde se observan las distancias recorridas durante un tiempo fijo (imagen de la izquierda) y los cambios en la dirección de la velocidad cuando cada bola rebota con el borde de la mesa (imagen de la derecha).
En la Mesa de Newton la DESCRIPCIÓN (Tabla V) es la misma en los tres tipos de experimentos según las secciones indicadas en la Guía didáctica; sin embargo, la temática abordada es distinta en cada experimento. Un ejemplo de experimento se muestra en la Figura 4.
Conclusiones
Son múltiples las formas de aprender y diversos los recursos para promover el aprendizaje. Ello obedece al hecho de que aprendemos de maneras muy diversas y por lo tanto, existe una gran variedad de rutas para transitar de lo que vamos a aprender (objetivos, métodos y contenidos) para llegar a lo aprendido (resultados, logros y dificultades).
Podemos considerar dos rutas extremas: las del acceso libre donde todo es posible, y las de acceso restringido, con todo predefinido y detallado. Van por la libre quienes tienen experiencia y manejan con destreza sus recursos, aprenden por sí solos y casi no necesitan ayuda externa. Van por las otras rutas quienes empiezan, tienen dificultades o se enfrentan a obstáculos difíciles: requieren de ayuda externa. Esta gran mayoría de aprendices dependen del maestro y están condicionados por planes y programas de estudio, libros de texto, tareas, exámenes y demás.
Sin embargo, existe una ruta intermedia, la que propician los recursos tecnológicos como los utilizados en los programas y proyectos de educación a distancia. Como muestra de ello, aquí hemos descrito las Guías de estudio correspondientes a cuatro laboratorios digitales.
Si desea conocer más sobre los laboratorios digitales del ILCE, escriba a nuestro correo de la revista: Esta dirección de correo electrónico está siendo protegida contra los robots de spam. Necesita tener JavaScript habilitado para poder verlo.
Ficha de los autores:
Jorge Barojas Weber: Esta dirección de correo electrónico está siendo protegida contra los robots de spam. Necesita tener JavaScript habilitado para poder verlo.
Profesor del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias y tutor en el Doctorado en Ciencias de la Administración (línea de investigación en administración del conocimiento), ambas de la UNAM. Actualmente adscrito a la Unidad Académica del ILCE.
Andrea Mora Gómez: Esta dirección de correo electrónico está siendo protegida contra los robots de spam. Necesita tener JavaScript habilitado para poder verlo.
Pasante de la carrera de Licenciatura en Matemáticas de la Facultad de Ciencias de la UNAM. Actualmente realiza su servicio social colaborando en proyectos de la Unidad Académica del ILCE.
