Las tecnologías de la información y la comunicación (TICs) ejercen actualmente una influencia cada vez mayor en la educación científica, tanto en la enseñanza secundaria como en la universitaria, no sólo en lo que respecta a la mejora del aprendizaje de la ciencia por parte de los alumnos de tales niveles, sino que también desempeñan un papel creciente en la formación inicial y permanente del profesorado. En este primer artículo se realiza un análisis panorámico de tales aplicaciones, abordando las posibles funciones educativas y los tipos de recursos informáticos que pueden utilizar los profesores de ciencias experimentales.
Análisis de las funciones educativas que pueden desempeñar los ordenadores en la enseñanza de las ciencias y en la formación del profesorado, los recursos informáticos que presentan mayor interés y que resultan más accesibles al profesorado, la búsqueda de soluciones para los problemas educativos planteados en el campo de la didáctica de las ciencias mediante el uso de las TICs y el desarrollo de métodos y estrategias de trabajo docente que permitan utilizar los recursos informáticos como instrumentos de aprendizaje significativo.
FUNCIONES QUE PUEDEN DESEMPEÑAR LAS TICs EN LA EDUCACIÓN CIENTÍFICA.-A lo largo del periodo que ya ha recorrido la informática educativa en países como Estados Unidos o Gran Bretaña, desde de la década de los años setenta del pasado siglo, se han diseñado numerosos recursos para todas las materias y niveles educativos, se han realizado muchas experiencias educativas y se ha publicado una gran cantidad de trabajos de investigaciones sobre la influencia de los programas de ordenador en múltiples aspectos del proceso de enseñanza y aprendizaje.
El papel de las TICs en la formación de estudiantes de ciencias. Entre los objetivos de carácter conceptual, ligados a la adquisición de conocimientos teóricos, hay que destacar la función de las TICs en facilitar el acceso a la información y su influencia en el aprendizaje de conceptos científicos.
Recursos multimedia desempeñan importantes funciones informativas y contribuyen a mejorar la adquisición de conocimientos de tipo conceptual porque, entre otras cosas, facilitan el acceso a contenidos educativos sobre cualquier materia y permiten presentar todo tipo de información (textos, imágenes, sonidos, vídeos, simulaciones,) relacionada con fenómenos, teorías y modelos científicos. Algunos de los muchos trabajos realizados sobre esta amplia temática (Rieber, 1994; Kelly & Crawford, 1996; Cortel, 1999) muestran la existencia de diversos tipos de recursos informáticos que contribuyen a desarrollar conocimientos procedimentales y destrezas como la construcción e interpretación de gráficos, la elaboración y contrastación de hipótesis, la resolución de problemas asistida por ordenador, el manejo de sistemas informáticos de adquisición de datos experimentales, o el diseño de experiencias de laboratorio mediante programas de simulación de procedimientos experimentales.
Objetivos educativos Funciones a desarrollar.-
- Facilitar el acceso a la información.
- Favorecer el aprendizaje de conceptos.
- Aprender procedimientos científicos.
- Desarrollar destrezas intelectuales.
- Motivación y desarrollo de actitudes favorables al aprendizaje de la ciencia.
Por último hay que indicar que el uso educativo de las TICs fomenta el desarrollo de actitudes favorables al aprendizaje de la ciencia y la tecnología. Como han puesto de manifiesto diversos trabajos sobre el tema (Jegede, 1991; Yalcinalp et al., 1995; Escalada y Zollman, 1997), el uso de programas interactivos y la búsqueda de información científica en Internet ayuda a fomentar la actividad de los alumnos durante el proceso educativo, favoreciendo el intercambio de ideas, la motivación y el interés de los alumnos por el aprendizaje de las ciencias. Muchos alumnos también participan en foros de debate sobre temas científicos o llegan a elaborar sus propias páginas webs y pequeños programas de simulación.
El papel de las TICs en la formación del profesorado.-
El segundo tipo de funciones educativas que hemos apuntado anteriormente está relacionado con la formación docente del profesorado en el uso educativo de las TICs. Por ejemplo el uso de las TICs en actividades de formación favorece la familiarización del profesorado con estas herramientas y mejora sus recursos didácticos.
Fundamentos y líneas de trabajo 5.-
Desarrollar habilidades científicas tales como el trabajo en grupo o la emisión y contrastación de hipótesis utilizando programas de simulación (Baird & Koballa, 1988) y también ayuda a mejorar la formación científica o a adquirir una imagen más adecuada de la ciencia (Greenberg et al. 1988). Este aspecto de la formación docente está relacionado con el manejo de programas de ordenador de propósito general (procesadores de texto, presentaciones, bases de datos, hojas de cálculo), con la búsqueda de información educativa en Internet y con el manejo de software específico para la enseñanza de cada disciplina.
• Formación científica. Se puede ampliar o actualizar la formación científica, mediante la búsqueda de información actualizada sobre cualquier tema de su disciplina y el manejo de programas de simulación o de resolución de problemas que pueden resultar útiles para su actividad docente.
• Formación pedagógica.
En un informe del programa EURYDICE de la Comisión Europea para el desarrollo de la Educación y la Cultura (Pépin, 2001), sobre los indicadores básicos que describen la incorporación de las TICs en los sistemas educativos de los diversos países europeos, se resaltan estas funciones de las TICs en la formación del profesorado, aunque se advierte que en muchos casos los profesores han ido adquiriendo formación docente sobre el uso de las TICs de forma autónoma, por interés personal o por la necesidad de ponerse al día en estos temas, ya que no existe una planificación general en todos los países sobre la forma adecuada en que debe llevarse a cabo la formación inicial y permanente del profesorado en relación al uso docente de las TICs.
RECURSOS INFORMÁTICOS PARA LA ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS.-Parece interesante plantearse todavía si son muchos o pocos los profesores que utilizan los ordenadores como medios de enseñanza, qué tipo de problemas encuentran para utilizar tales medios y qué tipos de recursos informáticos presentan mayor interés para el profesorado que utiliza los ordenadores en su práctica docente.
Implantación de las TICs como recursos educativos.-
Con relación a la cuestión del grado de aplicación de las TICs en la enseñanza hay que indicar que existen actualmente muchos programas de ordenador y páginas Web. Tampoco puede diseñar actividades de aprendizaje, incluidas en el propio programa, aunque en algunos casos se dispone de libertad para seleccionar algunas de las tareas que están disponibles en el programa.
Por otra parte, los lenguajes y sistemas de autor están evolucionando rápidamente en conexión con los avances sobre tutores inteligentes y sistemas adaptativos multimedia (Macias y Castell, 2000), que están mejorando notablemente las posibilidades de interacción del alumno con los programas, el acceso a la información, la presentación de contenidos y el diseño de actividades de aprendizaje. Esta panorámica abre unas importantes expectativas para la evolución futura de la enseñanza asistida por ordenador, ya que permite diseñar sistemas tutoriales flexibles y adaptados al nivel de conocimientos de cada alumno.
Tipos de recursos informáticos que puede utilizar el profesorado.-
Con relación a la cuestión de los tipos de recursos informáticos que puede utilizar el profesorado y las posibles aplicaciones educativas de los diferentes recursos, hay que hacer una distinción entre los recursos informáticos de propósito general y los programas específicos de enseñanza asistida por ordenador.
Aplicaciones de propósito general Aplicaciones de carácter específico.-
Procesadores de texto. Bases de datos. Diseño de presentaciones Entornos de diseño gráfico. Navegadores de internet. Diseño de páginas Web. Programas de ejercitación y autoevaluación. Tutoriales interactivos. Enciclopedias multimedia. Simulaciones y laboratorios virtuales. Laboratorio asistido por ordenador. Sistemas adaptativos multimedia. Sistemas de autor. Recursos informáticos de propósito general.
Se denominan programas de propósito general a las aplicaciones informáticas que pueden ser útiles para todo tipo de usuarios de ordenador (Pontes, 1999), entre las que actualmente destacan las llamadas herramientas de ofimática tales como procesadores de texto (Word, Word Perfect,...), y otro tipo de herramientas como los navegadores de internet (Explorer, Nestcape, ...), También es bastante recomendable para el profesorado aprender a elaborar y utilizar en clase presentaciones didácticas por ordenador. Por tanto, los citados recursos deberían formar parte de la formación mínima que todo profesor debería adquirir en relación al uso de las TICs en la enseñanza. Los otros tipos de programas de propósito general (bases de datos, hojas de cálculo, diseño de gráficos y de páginas web...),
Programas específicos de enseñanza de las ciencias asistida por ordenador. En general, la enseñanza asistida por ordenador (EAO) consiste en la utilización de programas específicos diseñados para instruir y orientar al alumno sobre aspectos concretos de las diversas materias y contenidos de la enseñanza.
La aplicación didáctica del ordenador en la enseñanza de las ciencias que tiene mayor interés, consiste en la utilización de programas específicos para el desarrollo de diversos aspectos de una disciplina científica, cuyo uso no requiera conocimientos informáticos. Entre los tipos de programas instruccionales que han alcanzado mayor popularidad se encuentran los programas de ejercitación, las enciclopedias multimedia, los programas tutoriales, los programas de simulación y las herramientas de laboratorio asistido por ordenador.
Programas de ejercitación y autoevaluación.-
Estos programas de ejercitación, también conocidos como programas de ejecución y práctica, son programas de preguntas y respuestas al más puro estilo de la enseñanza programada tradicional, que se fundamenta en la psicología conductista (Pozo, 1989). Tales programas presentan ejercicios o cuestiones que requieren una respuesta inmediata por parte del alumno y proporcionan un diagnóstico sobre la veracidad o falsedad de la respuesta.
Este tipo de programas ya no se elaboran de forma aislada, sino que constituyen módulos de ejercitación de otros programas educativos más amplios y completos.
Tutoriales interactivos.-
Los programas tutoriales están diseñados con un enfoque educativo más general ya que se plantean ayudar al alumno a desarrollar un proceso individualizado de aprendizaje de los contenidos de un tema específico o de una materia, incluyendo conceptos y destrezas (Vaquero 1992). Tales programas proporcionan información estructurada sobre el tema y también plantean actividades de aprendizaje, que pueden ser preguntas de tipo conceptual o ejercicios y problemas, de manera que el sistema puede controlar o registrar información sobre el ritmo de trabajo, las dificultades encontradas o los fallos cometidos en las actividades y otras características del proceso de aprendizaje. En muchos casos los programas tutoriales disponen de un módulo de evaluación al final de cada unidad, que proporciona información sobre el rendimiento global del trabajo realizado por el alumno con el programa.
Sin embargo hay que reconocer que algunos de estos programas constituyen buenas herramientas de ayuda al aprendizaje, sobre todo como instrumentos complementarios de la acción del profesor y del trabajo realizado en clase, ya que permiten llevar a cabo un proceso de estudio individual tutorizado, recibir información inmediata sobre el tipo de aprendizaje realizado al detectar los errores cometidos en las diversas actividades y acceder a diferentes tipos de ayudas que permiten ir superando las dificultades encontradas. Un ejemplo asequible de este tipo de programas es el software comercial.
Enciclopedias multimedia.-
Las enciclopedias interactivas de carácter multimedia son recursos formativos que puede utilizar el profesor y el estudiante para hacer consultas de todo tipo.
Simulación de fenómenos y laboratorios virtuales Los programas de simulación están adquiriendo en los últimos tiempos un importante grado de desarrollo y aplicación en la educación científica, debido al avance progresivo de la informática y al perfeccionamiento cada vez mayor de las capacidades de cálculo y expresión gráfica de los ordenadores.
Dentro de los programas de simulación, además de las simulaciones científicas de carácter general, también existen algunos tipos de aplicaciones educativas muy específicas como son la modelización animada de fenómenos o procesos y las experiencias de laboratorio simuladas por ordenador
En los últimos años ha tenido lugar un desarrollo importante de los sistemas informatizados para la adquisición y tratamiento de datos experimentales, así como para el control de aparatos e instrumentos, porque se han desarrollado equipos potentes y asequibles que han permitido la incorporación inmediata de estos sistemas al ámbito industrial y científico.
Dicho programa tiene varios módulos tales como tutorial, animaciones, laboratorio virtual y prácticas guiadas. En realidad hay programas basados en la técnica de preguntas y Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias, Fundamentos y líneas de trabajo 14 respuestas, como es el caso del programa “Microlab de resolución de problemas de física”, que incluye importantes ayudas de tipo conceptual y procedimental para el desarrollo de las actividades programadas, de modo que se aproxima bastante a la noción de programa tutorial. Esta herramienta se concibe como un instrumento de estudio complementario del libro de texto y de la acción del profesor, pero incluye un módulo de control de la evaluación que registra la actividad desarrollada por cada alumno de la clase en una sesión de trabajo y proporciona datos interesantes al profesor sobre el proceso de aprendizaje. También hay programas de simulación que incluyen módulos de contenidos teóricos sobre los fenómenos que se representan en las simulaciones y permiten realizar actividades de aprendizaje como la resolución de problemas relacionados con tales fenómenos (Pontes et al., 2001).
Estos nuevos programas, que pueden incluirse dentro de la denominación genérica de sistemas adaptativos multimedia, combinan las características clásicas de los tutores inteligentes (módulo de conocimiento experto, modelo de alumno, aprendizaje orientado y autorizado, ...) con las grandes posibilidades de comunicación e interacción que proporcionan los modernos entornos virtuales de carácter multimedia (incorporación de texto, imágenes, sonido, animaciones, simulaciones, navegación por internet,...).
Así pues, parece que se va superando la clasificación tradicional de los programas de Enseñanza Asistida por Ordenador y en la actualidad se tiende al desarrollo de sistemas tutoriales integrados que incluyen el tratamiento interactivo e inteligente de los diversos temas de una disciplina, incorporando simulaciones, contenidos de enseñanza, actividades tutorizadas de aprendizaje y tareas de evaluación. Esta panorámica abre unas importantes expectativas para la evolución futura de la enseñanza asistida por ordenador, ya que permite diseñar sistemas tutoriales individualizados, flexibles y adaptados al nivel de conocimientos de cada alumno.
Sistemas de autor.-
Durante los primeros tiempos de la informática educativa el profesorado interesado en utilizar los ordenadores como recurso educativo, no tenía más remedio que utilizar software educativo elaborado por otras personas o aprender a desarrollar sus propios programas utilizando un lenguaje de programación de alto nivel, que requiere unos conocimientos avanzados de informática. Pero desde hace tiempo esta situación ha Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias, Fundamentos y líneas de trabajo 15 cambiado porque se han desarrollado sistemas y lenguajes de autor, que facilitan el diseño de unidades didácticas por parte de los profesores interesados en esta temática. Por otra parte, los lenguajes y sistemas de autor están evolucionando rápidamente en conexión con el desarrollo de nuevos entornos multimedia que están mejorando notablemente las posibilidades de interacción del alumno con los programas, el acceso a la información y la presentación de contenidos y actividades.
Al mismo tiempo los avances en la investigación sobre sistemas tutoriales inteligentes y sistemas adaptativos multimedia han dado lugar al desarrollo de sistemas de autor inteligentes, que permiten al profesorado diseñar cursos adaptativos e interactivos para todas las materias y que pueden ubicarse en Internet (Macias y Castell, 2001).
En este primer trabajo nos hemos centrado en analizar las funciones que pueden desempeñar las TICs en la educación científica, distinguiendo entre el papel que juegan en la formación de estudiantes de ciencias y en la formación del profesorado.
También se han analizado los diferentes tipos de recursos informáticos que pueden utilizar los profesores en la enseñanza de las ciencias y sus posibles aplicaciones educativas. Se han expuesto las diferencias entre los recursos informáticos de propósito general (procesadores de texto, presentaciones multimedia, navegadores de Internet, entornos de diseño de páginas Web, ...) y los programas específicos de enseñanza de las ciencias asistida por ordenador (tutoriales interactivos, simulaciones y laboratorios virtuales, sistemas adaptativos multimedia, laboratorio asistido por ordenador, ...).
Como síntesis o conclusión general de este primer trabajo sobre aplicaciones de las TICs en la educación científica, podemos destacar que estos nuevos recursos didácticos ofrecen grandes posibilidades desde el punto de vista de la comunicación interactiva, el tratamiento de imágenes, la simulación de fenómenos o experimentos, la construcción de modelos y analogías, la resolución de problemas, el acceso a la información, el manejo de todo tipo de datos y el diseño de materiales didácticos o de cursos completos adaptados a las necesidades y características de diferentes tipos de alumnos. Entre las aplicaciones informáticas que presentan mayor interés para la enseñanza de las ciencias, en nuestra opinión, se encuentran los programas de simulación y los sistemas tutoriales integrados, que incluyen contenidos teóricos.
Animaciones o simulación de fenómenos y ejercicios o pruebas de evaluación del aprendizaje. Posteriormente, en la segunda parte de este trabajo de revisión se va a formular una propuesta metodológica orientada a mejorar el uso didáctico de las TICs en la educación científica, utilizando este tipo de sistemas tutoriales integrados.
