ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS BÁSICAS A TRAVÉS DE PROBLEMAS INTEGRADORES
J. A. Romero Sierra[1]
M. Alvarado Arellano[2]
J. Olivares Ramírez[3]
RESUMEN
En la actualidad encontramos diversas necesidades en el sector laboral; una de ellas es el proceso de formación del alumno en cuestiones de integrar conocimientos, teniendo la problemática de que los egresados de ingeniería poseen los suficientes conocimientos de su carrera, pero no saben contextualizarlos y aplicarlos en situaciones de la vida real. Se pretende contestar la interrogante ¿Cómo integrar los conocimientos de los alumnos en el campo laboral? La metodología a ocupar está basada en la enseñanza a través de problemas, la cual busca que los alumnos resuelvan problemáticas contextualizadas en su entorno añadiendo la vinculación de conocimientos de 3 materias, se tomó como base un grupo de 30 estudiantes de 4to semestre de las carreras de mecánica y electrónica en el Instituto Tecnológico de Puebla, los cuales tenían que resolver una situación planteada de conocimientos de las materias de Algebra lineal, Procesos de fabricación y Dibujo mecánico. Los alumnos tenían no solo que desarrollar la metodología, sino que también proponer una solución óptima y exponerla; como resultado los alumnos comparados con una generación anterior mostraron un 21% de mejoría con respecto al tema de sistemas de ecuaciones. Lo más significativo de esta metodología es que los alumnos se involucraron en su proceso de aprendizaje pasando de uno pasivo a uno activo, esto ayuda a generar competencias que en el campo laboral son importantes como: liderazgo, trabajo colaborativo y toma de decisiones.
ANTECEDENTES
Problemática
Ubicando la problemática actual a la que se están enfrentando los alumnos egresados del Instituto Tecnológico de Puebla, es que se están estudiando ampliamente las materias y aunque existan conocimientos enlazados entre ellas mismas, solo lo pueden ver a lo largo de los semestres cursados y no de forma complementaria en las materias que pueden tomar en un solo semestre, esto a un lado del cambio a un enfoque por competencias del cual ya no se pretende solo buscar conocimiento, sino un desarrollo que conlleve a un saber ser, conocer, hacer y convivir con los demás.
Pregunta de Investigación
¿Cómo implementar un cambio en las clases que ayude a integrar conocimientos de las ciencias básicas a los alumnos de ingeniería?
Objetivo General
El alumno integra los conocimientos de las materias para contextualizarlos y aplicarlos en situaciones de la vida laboral.
Objetivos específicos
• El alumno domina los conocimientos aprendidos en problemas específicos de la materia.
• El alumno resuelve una problemática integrando conocimientos aprendidos.
• El alumno justifica y argumenta los resultados obtenidos de su estudio.
Justificación
Al incorporar un aprendizaje a través de resolución de problemas, los alumnos se involucran en su aprendizaje pasando de una forma pasiva a una forma activa en las aulas, esto ayuda a dar un salto importante educativo fomentando el enfoque por competencias y dando las herramientas que los alumnos requieren en el campo laboral, desarrollando no solo las competencias genéricas como lo son: trabajo en equipo, liderazgo y la toma de decisiones, sino que también cumpliendo con las competencias profesionales que marcan los programas como lo son: Aplicar herramientas matemáticas, computacionales y métodos experimentales en la solución de problemas para formular modelos, analizar procesos y elaborar prototipos mecánicos, Elaborar, interpretar y comunicar, de manera profesional, en forma oral, escrita y gráfica: informes, propuestas, análisis y resultados de ingeniería y Seleccionar y emplear los materiales adecuados para: el diseño y fabricación de elementos mecánicos; o para su uso en instalaciones industriales con base en el conocimiento de sus propiedades.
Apoyado en varias teorías del conocimiento como lo es el constructivismo que Piaget (1970) localiza el conocimiento en la relación entre la experiencia que se tiene con la realidad del medio circundante y las estructuras de pensamiento que se van desarrollando a partir de ella, para adaptarse al mundo. Esto no solo conlleva a que una persona aprenda por sí mismo ya que por naturaleza del enfoque por competencias el aprendizaje debe ser en cooperación hecho que Vygotsky (1978) explica el conocimiento como parte del ambiente y la experiencia que rodean al individuo, el poder que logren tener sobre el aprendizaje humano, desde una visión de naturaleza sociocultural.
Y el Aprendizaje Basado en Problemas que es el enfoque principal de este estudio basado en el libro "How to use problema based learning in the classroom" de Robert Delisle en el cual menciona que el aprendizaje basado en problemas permite a los alumnos integrar, usar y reusar la información recientemente aprendida en contextos de problemas. (Delisle, 1997)
El por qué utilizar esta metodología nos dice Delisle (1997) en muchos salones de clase el aprendizaje es de forma pasiva, los alumnos solo leen un texto o toman apuntes del pizarrón y repiten las misma respuestas en un examen limitándonos de un proceso de repetición, por contraste el aprendizaje basado en problemas promueve un compromiso activo del alumno con su aprendizaje, por esta metodología se requiere de constante participación del estudiante, el docente lo ayuda y lo guía para la resolución del mismo, el aprendizaje se hace por descubrimiento, los estudiantes analizan una problemática, buscan los conocimientos base para resolverlo, analizan las posibles solución, preparan una propuesta y producen un resultado final argumentado.
Contexto
Localidad: Puebla.
Escuela: Instituto Tecnológico de Puebla.
Rasgos del entorno: La principal actividad que se encuentra en el estado es la planta armadora de la Volkswagen y la próxima llegada de la planta de Audi.
Competitividad: Actualmente el estado cuenta con alrededor de 80 escuelas de ingenierías tanto públicas y privadas.
Convenios: El Tecnológico de Puebla tiene un convenio con la empresa NcTech para la capacitación de sus alumnos en el software SolidWorks® para la acreditación de uso básico del mismo.
Alcances
El presente estudio se centra en estudiar el comportamiento, desenvolviendo y nivel de integración de los alumnos adjudicando el método de enseñanza a través de problemas que recurrentemente suelen tener las empresas; por lo tanto requieren gente que tenga la capacidad de movilizar sus conocimientos, desarrollar actitudes y habilidades que permitan desenvolverse en su entorno de trabajo.
Limitaciones
Se enfocara al desarrollo de competencias de las materias de Algebra lineal, Procesos de manufactura y Dibujo mecánico.
Solo se establecerá para el periodo de 4 meses que será el tiempo en el que la metodología se probará con los alumnos de las carreras de Ingeniería mecánica y electrónica.
METODOLOGÍA
Hipótesis
Se plantea que los alumnos responderán de manera diferente en las aulas en las cuales ya no se buscará que solo tomen notas y esperen acreditar un examen, se buscará probar si la metodología basada en problemas crea un nuevo estilo de aprendizaje en los alumnos e influenciar de forma diferente y novedosa en su aprendizaje.
Los alumnos mostrarán una mejoría en la materia de algebra lineal en el tema de sistemas de ecuaciones con respecto a generaciones anteriores elevando el nivel de aprobación por lo menos en un 15%.
Dado los índices de reprobación en la materia de algebra lineal y las materias vinculadas con la misma, los alumnos mostrarán una mejoría en la contextualización del conocimiento en materias como: Investigación de operaciones, Análisis de circuitos eléctricos, Administración de operaciones y Física. Finalmente esta metodología de aprendizaje basado en problemas se pretende que sea utilizado por maestros en los primeros semestres de las carreras de ingeniería mecánica, electrónica e industrial, dando seguimiento a lo largo de los semestres y proponer un proyecto integrador el cual permita a los alumnos presentar una propuesta para obtener el título profesional.
Diseño utilizado
La metodología ocupada es la del aprendizaje basado en problemas como lo describe el libro "How to use problema based learning in to the classroom" de Robert Delisle.
Sujetos, universo y muestra
El estudio se hizo con el grupo de algebra lineal de cuarto semestre el cual contaba con alumnos de 4to semestre de las carreras de Ingeniería Mecánica y Electrónica del Instituto Tecnológico de Puebla. En la Tabla 1 se muestra las características del grupo base en el que se probó la metodología.
Tabla 1. Características del grupo muestra
|
Apellidos |
|
Nombre |
|
Carrera |
Edad |
Semestre |
|
Acata |
Hernandez |
Carlos |
|
Mecánica |
20 |
4to |
|
Alonso |
Salgado |
Omar |
Alejandro |
Electrónica |
21 |
5to |
|
Arreola |
Alfaro |
Oscar |
Adrián |
Mecánica |
20 |
4to |
|
Berruecos |
Lara |
Andrés |
|
Mecánica |
19 |
4to |
|
Caballero |
Morales |
Ricardo |
Fabián |
Electrónica |
20 |
4to |
|
Cabrera |
Chino |
Jose |
Manuel |
Mecánica |
21 |
6to |
|
Cariosa |
López |
Miguel |
Ángel |
Electrónica |
20 |
4to |
|
Degollado |
Zavaleta |
Luis |
Enrique |
Mecánica |
21 |
5to |
|
Flores |
Reyes |
Fernando |
de Jesús |
Electrónica |
20 |
4to |
|
López |
Saldaña |
Rodrigo |
Arturo |
Electrónica |
22 |
7mo |
|
Martinez |
Mini |
Ismael |
|
Electrónica |
20 |
4to |
|
Martínez |
Gil |
Iván |
|
Mecánica |
21 |
5to |
|
Martínez |
Ibáñez |
Arturo |
|
Electrónica |
20 |
4to |
|
Merino |
Ramirez |
Esaú |
|
Mecánica |
20 |
4to |
|
Ponce |
Cruz |
Andrés |
|
Electrónica |
20 |
4to |
|
Portillo |
Varela |
Carlos |
|
Electrónica |
22 |
7mo |
|
Romero |
Fructuoso |
Eduardo |
|
Mecánica |
20 |
4to |
|
Romero |
Hernández |
Lupita |
|
Mecánica |
20 |
4to |
|
Sanchez |
Rosales |
Juan |
Carlos |
Mecánica |
20 |
4to |
|
Sánchez |
Eugenio |
Itzel |
Daniela |
Electrónica |
20 |
4to |
|
Sevilla |
Muñoz |
Juan |
Guillermo |
Mecánica |
20 |
4to |
|
Soriano |
Luis |
Alejandro |
|
Electrónica |
19 |
4to |
|
Steffanoni |
Núñez |
Antonio |
|
Mecánica |
20 |
4to |
|
Tlecuitl |
Xochihua |
José |
|
Mecánica |
21 |
5to |
|
Zambrano |
Arenas |
Federico |
|
Electrónica |
19 |
4to |
Se tomó en base una muestra de un grupo de la oferta de 11 de algebra lineal en el semestre agosto-diciembre 2014, se eligió solo un grupo para abarcar solo las carreras de ingeniería mecánica y electrónica, ya que el alcance aún no contempla las otras carreras ofertadas en la institución y el grupo se acoplaba a las características requeridas.
Procedimiento
Elaboración del problema
Para esta actividad se requiere por parte del profesor analizar una problemática actual y de interés para el contexto del alumno ya que si no le parece interesante el alumno no dedicará tiempo para su resolución, para esto el profesor investiga una situación que conecte con experiencias personales, experiencias con amigos o compañeros, o algo que afecte su vida profesional.
Para empezar se tiene que documentar por parte de los alumnos y el profesor sobre hechos actuales que afecten a la comunidad en este caso los egresados de las carreras de ingeniería mecánica y electrónica, y una noticia que afecta en particular a la comunidad ingenieril en el estado es la apertura de una planta de Audi en el estado para el 2016. Por lo que se les planteo la posibilidad de que podrían ser un proveedor que tuviera la oportunidad de proveer los materiales para la construcción de dichos automóviles.
Estableciendo una estructura
Ya que los estudiantes han establecido una conexión con un tema de interés, es trabajo del profesor proveer un trasfondo que permita a los alumnos establecer un fundamento sólido de lo que será la solución de su problema, lo que permitirá no solo desarrollarlo si no que a la hora de proponer una respuesta, sean capaces de argumentarla de manera consistente. La tarea principal no es solo dar las fuentes documentales que los alumnos podrán utilizar, sino que también establecer cuestiones que permitan al alumno responder de manera amplia y extensa, no permitiendo que estas se contesten con una estructura de sí o no.
En este caso se buscó las implicaciones que tendría empezar una empresa que fuera una proveedora que abasteciera a la armadora actual que es la Volkswagen y la futura planta de Audi, para que se planteara de forma integradora se tomó 3 materias que estarían directamente en contacto con esta problemática eligiendo:
• Algebra Lineal- En específico el tema de sistema de ecuaciones en la cual su aplicación más significativa es la optimización de una línea de producción.
• Procesos de manufactura- En la cual los alumnos investigaran los procesos que se utilizan para la elaboración de diferentes piezas de un automóvil.
• Dibujo Mecánico- Con el uso del software específico SolidWorks los alumnos podrían contextualizar sus conocimientos para la elaboración de piezas y visualización de características como peso y costos de producción.
Ya una vez seleccionado y documentado por parte del profesor se procede al planteamiento de la problemática y se presenta en forma de enunciado a los estudiantes quedando el mismo de la siguiente forma:
"A partir de la llegada de Audi se desean contratar empresas que elaboren las 3 piezas en los planos anexos, se sabe que la pieza uno se construirá con aluminio, la pieza dos con acero 1020 y la pieza 3 con acero 1060, con costos de: $26.7,$90 y $83 el kg respectivamente, su empresa se le oferta la oportunidad de comprarles esas mismas piezas y utilizarlas en modelos de otras marcas, estos se utilizarán para la construcción de la Q5, el Jetta y el Golf, se sabe que la Q5 utiliza 6 pieza A, 4 piezas B y 3 piezas C, el Jetta 4 piezas A, 3 piezas B, 4 piezas C, y el golf 4 piezas A, 2 piezas B y 4 piezas C, la capacidad máxima de producción son 15000 piezas A, 13000 piezas B, 14000 piezas C, sabiendo que por cada Q5 la empresa gana $1700 por cada Jetta $1350 y por cada golf $1200.
¿Cuántas Jettas, Q5 y Golf se producirán para que su empresa gane lo máximo?
¿Cuál sería la ganancia de su empresa quitando los costos del material?
¿Qué procesos se podrían utilizar para elaborar las piezas (torno, fresa, fundición, etc...?"
Para la elaboración de las piezas los alumnos tendrían que desarrollar las piezas A, B y C en el software SolidWorks® como se muestran en las Figuras 1, 2 y 3:
Figura 1. Pieza A "Pump Cover" Figura 2. Pieza B "Oil Pump"
Figura 3. Pieza C "Idler Arm"
Estructuración del producto entregado
Para que haya una evidencia del trabajo que involucro a los alumnos se debe elegir que se debe entregar y como se deberá hacer, para que los alumnos no entreguen diferentes productos, se debe especificar por parte del profesor que requerimientos se le va a pedir al alumno. En este caso para facilitar el aprendizaje colaborativo los alumnos trabajaron en equipos de 4 y se les pido los siguientes requisitos de entrega:
Los integrantes deberán crear una empresa con los siguientes requisitos:
• Justificación de la empresa.
• Visión de la empresa.
• Logo de la empresa.
• Todo debe estar justificado entregado en formato PDF, presentado en PowerPoint y entregado en un Cd.
• El día de la presentación será formal y con las indicaciones del profesor.
Evaluación del producto
Para establecer un proceso de evaluación justo se estableció una rúbrica de evaluación la cual mostrara a los alumnos los aspectos a evaluar y las ponderaciones de sus desempeños, la rúbrica de evaluación del proyecto fue la siguiente:
Tabla 2. Rúbrica de evaluación de problema integrador
DISCUSIÓN DE RESULTADOS
El resultado de las exposiciones fue satisfactorio ya que los alumnos no solo se limitaron a resolver un ejercicio, si no que dentro del proceso desarrollaron las competencias que se tenían como objetivo aun lado un proceso extra fue no solo la integración de conocimientos si no mayor dominio y comprensión de los temas. Una forma de obtener el comparativo de crecimiento fue mediante la aplicación de una evaluación hecha anteriormente con un grupo bajo el esquema de enseñanza tradicional, obteniendo los siguientes resultados como se puede apreciar en las Figuras 4 y 5.
Figura 4. Acreditación Enero-Junio 2014
Figura 5. Acreditación Agosto-diciembre 2014
Elaborando una comparación de resultados observamos que el porcentaje de alumnos que acreditaron la evaluación de la unidad en el semestre enero-junio bajo el modelo tradicional es un 21% menor que el grupo muestra de agosto-diciembre con el esquema de aprendizaje basado en problemas, agregando el hecho del dominio que implico sobre otras materias.
CONCLUSIONES
De manera puntual se puede especificar un gran cambio en los alumnos; no solo por la metodología; sino que también, por un factor no considerado en este estudio que intervino que es la motivación de los mismos; al encontrar un hecho contextualizado los alumnos no solo se preocupaban del hecho de pasar un examen, si no que se motivaban del hecho de presentar un trabajo profesional que podría afectar a sus vidas profesionales y aunque hubo un notable incremento de alumnos acreditados, se debe buscar que ésta metodología se aplique de forma continua; ya que como se sabe en el enfoque basado en competencias, las mismas no pueden ser desarrolladas en su totalidad en un corto periodo de tiempo, si no que se le debe dar la continuidad apropiada para lograr que al término de la carrera del alumno las mismas estén consolidadas y aporten al perfil profesional de los alumnos el extra que los ayudará a ser un Ingeniero competente en el campo laboral.
Como recomendación si se quisiera aplicar esta metodología en otros grupos o instituciones, se debe tomar en cuenta:
1. Los profesores deben conocer la metodología del aprendizaje basado en problemas, por lo que deben documentarse del tema.
2. Se debe tener bien ubicado las competencias que se quieren desarrollar y en que materias.
3. Estar ubicado en la realidad de los alumnos, buscando problemas en la actualidad que les afecten directamente en su vida profesional.
4. En esta metodología el punto crítico es la planeación y no la improvisación, por lo que se debe buscar cada detalle que pueda surgir durante la aplicación del mismo.
5. Se debe considerar no solo la colaboración de los alumnos sino también de los docentes que integraran el problema propuesto.
6. Se debe especificar de manera concreta la forma de evaluar el proyecto, ya sea por rúbricas, listas de cotejo o diversas herramientas de evaluación.
BIBLIOGRAFÍA
Delisle, R. (1997). How to use problem based learning in classroom. Virginia USA: Association for Supervision and Curriculum Development.
Piaget, J. (1970). Piaget's Theory. En J. Piaget, Carmichael's Manual of Child Psychology (vol 1). New York: Wiley: P. H. Mussen (Ed.).
Vygotsky, L. (1978). Mind in society. Cambridge, MA.