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Representación del conocimiento con la estrategia pedagógica
mapas conceptuales para la enseñanza de contenidos básicos de la
programación de computadores en lenguaje Java
Proyecto de Investigación
Grupo Ambientes Virtuales Educativos
Edgar Orlando Caro
Facultad Ciencias de la Educación – Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia
Tunja, Boyacá, Colombia
[email protected]
Mervin Manuel Prieto Ortega
Facultad Ciencias de la Educación – Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia
Tunja, Boyacá, Colombia
[email protected]
María Nelba Monroy Fonseca
Facultad Ciencias de la Educación – Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia
Tunja, Boyacá, Colombia
[email protected]
Palabras Claves: Mapas Conceptuales, Aprendizaje
Significativo, TIC, Programación Básica en Java,
Material Educativo Digital.
RESUMEN
En este proyecto de investigación los mapas conceptuales
son diseñados y elaborados previamente para que sean
utilizados como estrategia pedagógica y material
educativo digital en procesos de enseñanza-aprendizaje
sobre tres contenidos básicos del área de programación en
Java: Operadores y Expresiones, Estructuras de Selección
y Estructuras de Control. Lo anterior se basa en un
vínculo entre: las Tecnologías de la Información y la
Comunicación (TIC), el Aprendizaje Significativo
planteado por David Ausubel y el uso de mapas
conceptuales ideados y desarrollados por Joseph Novak
para aplicar en el aula dicho modelo de aprendizaje. Este
proyecto presenta como producto final: Un prototipo de
software educativo basado en mapas conceptuales en
video-tutorial con algunos ejemplos, dos cartillas (una en
formato Word y otra en formato PDF) con más de 130
mapas conceptuales y también una página web donde se
encuentran más de 130 mapas conceptuales sobre
contenidos básicos del área de programación en Java del
plan curricular de la Licenciatura en Informática
Educativa (LIE) de la Universidad Pedagógica y
Tecnológica de Colombia (UPTC).
1. INTRODUCCIÓN
En la actual situación de los sistemas educativos y más
propiamente, en el diario aprender dentro de las aulas de
clase, es recomendable ser parte del constante proceso de
mejoramiento en procesos de enseñanza-aprendizaje de
cualquier área del conocimiento, por ende, es favorable
tener las puertas abiertas a la inclusión de las TIC y
potencialización de las mismas siendo mediadas por
nuevos modelos pedagógicos, nuevos espacios, recursos,
metodologías y actividades, para ser parte y al mismo
tiempo contribuir en el mismo proceso de mejoramiento
académico del que se haga parte.
2. ANTECEDENTES
Actualmente los mapas conceptuales están siendo
utilizados como una nueva y buena práctica para la
organización y representación abstracta de información
en función de potencializar la gestión del conocimiento y
el aprendizaje en diversas áreas, disciplinas e
investigaciones. Por ejemplo, en la Universidad Nacional
de la Patagonia San Juan Bosco de Argentina, el
departamento de informática con la colaboración de la
investigadora Patricia Uviña y otros, vienen desarrollando
desde el 2007 un proyecto llamado “MAPAS
CONCEPTUALES: Una herramienta para el aprendizaje
de Estructuras de Datos”, en el cual determinaron dentro
de los objetivos principales: “Mejorar la calidad de la
enseñanza-aprendizaje de las Estructuras de Datos y de
Control.” y “Favorecer la autentica reorganización
cognoscitiva del alumno, en el dominio de las Estructuras
de Datos”[1].
Por otro lado, El
proyecto “Colaboración en la
construcción de conocimiento mediante mapas
conceptuales” se desarrolló a mediados de los 90 en la
universidad de Florida, Pensacola a cargo del
investigador Alberto J. Cañas y otros, en este proyecto el
objetivo principal fue el desarrollo y planificación de
nuevas tecnologías enfocadas a la educación, haciendo
uso de herramientas computacionales basadas en mapas
conceptuales para la construcción
y critica de
conocimientos elaborados por estudiantes de todas las
edades y niveles educativos, permitiendo que el
desarrollo de nuevos conocimientos construidos por los
estudiantes en forma de mapas conceptuales sea a través
de trabajo colaborativo con fácil acceso y navegación a
través de sistemas multimedia en red. Este proyecto
presenta el mapa conceptual como una herramienta de
navegación nombrando unos ejemplos en los que el mapa
conceptual sirve como base para el aprendizaje de
módulos de ciencia especializada como la cardiología, así
como también, sirve de recurso en módulos de
entrenamiento en el diagnostico-mantenimiento de un
equipo electrónico en particular, teniendo en cuenta que,
para el caso de los ejemplos anteriormente mencionados
el conocimiento pertinente a cada área es modelado en
forma de mapa conceptual por un experto, logrando que
los conceptos claves junto con sus relaciones incluyan
particularidades dadas por el experto para aumentar la
comprensión conceptual sobre cardiología y diagnosticomantenimiento de equipos electrónicos. El producto final
de este proyecto de investigación es el software llamado
CmapTools, el cual está basado en la teoría de
aprendizaje de Ausubel y Novak y que fue hecho en Java
para poder ser usado en cualquier plataforma
computacional y se distribuye de forma gratuita, al menos
para educación y para organizaciones sin ánimo de lucro.
Hoy en día, en cuanto a la funcionalidad del programa, le
permite al estudiante diseñar, elaborar y distribuir sus
propios mapas conceptuales, navegar a través de sistemas
de multimedia distribuidos en una red basándose en los
mapas de otros, colaborar en la construcción de sus
propios mapas mediante contribuciones de sopas de
conocimiento, criticar y defender afirmaciones en las
sopas, criticar o discutir sobre mapas construidos por
otros [2].
3. MARCO TEÓRICO
3.1 Teoría constructivista
Esta teoría es el enfoque principal y punto de partida en
términos de aprendizaje, el cual está teniendo un
importante repunte en los últimos años y tiene como
representantes más importantes entre otros a Jean Piaget,
Ley S. Vigotski, Hans Aebli, Jerome Bruner y D.
Ausubel.
Básicamente,
dentro
del
enfoque
constructivista, el aprendizaje y el conocimiento no se
adquieren de manera sencilla, ni pasiva, ni se recibe, ni es
una copia de la realidad, sino que es una construcción que
hace que el sujeto a partir de la acción [3].
3.2 Aprendizaje significativo y materiales educativos
Una teoría naciente del constructivismo es la teoría de
aprendizaje significativo (A.S) de David Ausubel, la cual
es fundamental para este proyecto y sirve de referencia
para el estudio de los mapas conceptuales como estrategia
y como técnica para procesos de aprendizaje y
pensamiento, en este caso, respecto a contenidos básicos
del área de programación en Java.
En este aprendizaje investigó sobre las estructuras
cognitivas, las cuales son definidas por Ausubel como
“construcciones hipotéticas, es decir, entidades
supuestamente hipotéticas que tanto deben explicar la
unidad, cierre y homogeneidad individual, como las
semejanzas y coincidencias de determinados modos de
comportamiento. En cada estructura mental está implícito
un momento de generalidad” y sostiene que la “estructura
cognitiva de una persona es el factor que decide acerca de
la significación del material nuevo y su adquisición y
retención. Las ideas nuevas sólo pueden aprenderse y
retenerse últimamente si se refieren a conceptos o
proposiciones ya disponibles, que proporcionan las anclas
conceptuales” [4].
El A.S permite la utilización de nuevos materiales
educativos, en este caso son: Una aplicación informática
con 20 mapas conceptuales en video-tutorial más algunos
ejemplos y una
página web más de 130 mapas
conceptuales para procesos de enseñanza-aprendizaje en
el área de programación I en Java. Dentro de este A.S con
utilización de materiales educativos hay que tener en
cuenta que: “sí el nuevo material educativo, entra en
conflicto con la estructura cognitiva existente o si no se
conecta con ella. El estudiante debe reflexionar
activamente sobre el material nuevo, pensando los
enlaces y semejanzas y reconciliando diferencias o
discrepancias con la información existente” [5].
Un material educativo dentro de un aprendizaje
significativo debe ser un material potencialmente
significativo con significatividad de dos clases o niveles:
Significatividad lógica y Significatividad psicológica, la
significatividad lógica se da cuando “…el contenido o
material posee una estructura interna, organizada de tal
manera que sus partes fundamentales tienen un
significado en sí y se relacionan entre sí de modo no
arbitrario, esta potencial significatividad lógica no
depende solo de la estructura interna del contenido, sino
también de la manera como éste sea presentado al
estudiante, y en cuanto a la significatividad psicológica se
da cuando el material significa algo para el estudiante y
lo lleva a tomar la decisión intencionada de relacionarlo,
o arbitrariamente, con sus propios conocimientos” [6].
“Pero para que el estudiante aprenda significativamente,
no basta la significatividad lógica y psicológica del
material, ya que se requiere también una actitud favorable
del estudiante para aprender significativamente, es decir,
una intención de dar sentido a lo que aprende y de
relacionar, no arbitrariamente, el nuevo material de
aprendizaje con sus conocimientos adquiridos
previamente y con los significados ya construidos” [7].
Con lo anterior no se pretende responsabilizar totalmente
al estudiante de su proceso de enseñanza-aprendizaje, si
no que más bien se busca, dejar claro, que tanto el
estudiante como el docente y los masmedios son en sí un
complemento con una serie de actitudes favorables para
un buen desarrollo del proceso de enseñanza-aprendizaje,
que aplica tanto en el área de programación en Java como
el cualquier otra área del conocimiento.
3.3 Los mapas conceptuales
Han sido ideados por Joseph Novak para aplicar en el
aula el modelo de aprendizaje significativo de David
Ausubel, y son según el mismo Novak un recurso
esquemático para representar un conjunto de
proposiciones conceptuales incluido en una estructura de
proposiciones.
Respecto a la estructura de los mapas conceptuales, estos
presentan cuatro características que son parte de lo que se
define una técnica cognitiva y permiten como lo
quisieron Novak y Gowin, relaciones con el aprendizaje
significativo:
•
•
•
•
La jerarquización.
La selección.
La inclusividad.
El impacto visual [8].
Joseph Novak afirma que los mapas conceptuales pueden
emplearse para ayudar a los educandos a identificar los
conceptos y relaciones clave que, y a su vez, contribuirán
a que puedan interpretar los acontecimientos y objetos
que estén observando.
Los mapas conceptuales presentan, entre otras, las
siguientes características:
1. Recuperan los conceptos y saberes que los estudiantes
tienen y los relacionan y articulan con los nuevos
conceptos visibilizados y por adquirir.
2. Permiten visualizar, de manera grafica, diferentes
conceptos, en orden jerárquico o de importancia y
relacionarlos con otros para construir y comprender los
significados que por medio de ellos ofrecen, se perciben o
se estructuran.
3. Mediante las mencionadas graficación y visualización,
se incentiva la retención de conceptos, sus relaciones y
significados correspondientes, todo lo cual facilita a la
vez el aprendizaje y la memorización.
4. Son un muy importante recurso introductivo de
motivación para el aprendizaje, así como para facilitar la
introducción a los temas de estudio y la recapitulación de
los mismos.
5. Facilita los procesos metacognitivos en el aprendizaje,
fundamentalmente en el conocer, qué se sabe de un
determinado tema, área de conocimiento o disciplina.
6. Favorece el ejercicio de diferentes procesos cognitivos
y de pensamiento: análisis, síntesis, inducción, deducción
o inferencia, relación, integración, ejemplificación,
discriminación, etc.
7. Son una ayuda ágil en los procesos de planificación
del estudio, del aprendizaje y de la enseñanza, tanto para
docentes como para los estudiantes.
8. Permite visualizar las rutas de enseñanza y de
aprendizaje de un programa o curso y en qué lugar se
encuentra el desarrollo y el aprendizaje del mismo y hasta
dónde se ha avanzado hasta el momento [9].
También “el mapa conceptual puede ser entendido como
estrategia para ayudar a los estudiantes a aprender y a los
docentes a organizar el material de enseñanza; como un
método, para ayudar a los estudiantes y docentes a captar
el significado de los materiales de aprendizaje, y como un
recurso, para representar esquemáticamente un conjunto
de significados conceptuales” [10].
En otras palabras, a los mapas conceptuales se les pueden
dar los siguientes usos:
•
•
•
Como instrumento para representar los
conocimientos.
Como instrumento de exploración del
conocimiento del estudiante.
Como medio de confrontación de los saberes de
los estudiantes.
•
•
•
•
Como medio para medir la comprensión de los
estudiantes.
Como medio para establecer una aproximación
del estado de la estructura cognitiva del
estudiante.
Como instrumento didáctico en la enseñanza.
Como herramienta para entender la estructura de
un contenido [11].
4. METODOLOGÍA
Básicamente, las etapas del proyecto fueron:
4.1. Consulta y recopilación de información
Con el fin de generar conceptos y procesos sobre los
contenidos básicos de programación Java delimitados en
este proyecto, se consultaron diferentes fuentes de
información como libros y páginas de internet sobre
programación Java.
4.2 Construcción de estado del arte y marco teórico
Con base en la consulta bibliográfica como libros,
revistas y artículos de internet entre otros medios, se
elaboró un estado del arte sobre investigaciones
relacionadas con mapas conceptuales y un marco teórico
que fundamenta el presente proyecto.
4.3 Selección de software para la elaboración de los
mapas conceptuales
Para la elaboración de los mapas conceptuales fue
selección el software llamado Cmaptools, en el evento
que presenta las siguientes características:
•
•
•
•
•
Es de uso libre.
De fácil usabilidad.
Es Gratuito.
Tiene potentes herramientas de edición.
Tiene bastantes opciones para navegar en los
mapas conceptuales elaborados.
4.4 Diseño y elaboración de mapas conceptuales
Una vez obtenida la información sobre contenidos
básicos de programación en Java, se llevó a cabo el
diseño y revisión de los mapas conceptuales con base a
unos procedimientos recomendados por Agustín Campos
[12].
Cumplida la etapa anterior, el siguiente paso fue la
elaboración de los mismos, utilizando el software
Cmaptools.
4.5 Desarrollo del prototipo de software
A continuación se describe a grandes rasgos las etapas
que se cumplieron para el desarrollo del prototipo de
software basado en mapas conceptuales, para lo cual se
eligió la metodología PROSDOS Ampliado y se
cumplieron las siguientes etapas:
4.5.1. Etapa de Concepción Pedagógica: En
esta etapa se definieron las especificaciones conceptuales
y la cantidad de tópicos (en este caso son tres tópicos o
contenidos básicos organizados en unidades temáticas de
acuerdo al currículo de la LIE) junto con las
especificaciones de cada tópico. De igual forma se
estandarizó y determino los enfoques pedagógicos del
proyecto como son: El aprendizaje significativo como
requisito de la estrategia pedagógica mapas conceptuales.
4.5.2. Etapa de Transición PedagógicoInformática: Después de la elaboración de unos bocetos
sobre el diseño de la interfaz del prototipo de software y
demás componentes,
se decidió que no incluiría
conexión a bases datos y se utilizará herramientas de
software como:
•
•
•
•
Sistemas Operativo: Windows XP.
Cmaptools: Para la elaboración de los mapas
conceptuales.
Paquete Macromedia 8: Para la edición y
elaboración de imágenes, botones, fondos,
texturas y desarrollo de la interfaz grafica del
prototipo.
Camtasia Studio Versión 6: Para la edición de
sonido y video.
Como recursos de hardware se utilizó computadores con
las siguientes características técnicas:
•
•
•
•
Procesador: 3.6 GHz
Memoria RAM: 1 GB
Disco Duro: 180 GB
Monitor: Resolución de 1440x900 Pixeles,
Calidad de color de 32 bit y Frecuencia de
Actualización de 60 Hertz.
4.5.3. Etapa de Desarrollo: En esta etapa se
llevo a cavo las actividades necesarias utilizando los
recursos lógicos, físicos y las formas MPA de la
metodología PROSDOS Ampliado para la construcción
del prototipo de software basado en mapas conceptuales.
4.5.4. Etapa de Estudio del Producto: Esta
etapa se cumplió con la revisión del prototipo de software
por medio del uso de los Instrumentos de Evaluación (IE)
de la metodología PROSDOS Ampliado.
4.6 Prueba Piloto
Para la prueba piloto fue seleccionada una muestra de
investigación de 20 estudiantes de la UPTC,
perteneciente a la LIE, y que cursaban el nivel II de
programación en Java.
El procedimiento fue: Primero, aplicar una pre-test sobre
conocimientos básicos de programación básica en Java;
Segundo, a los 8 días después en la misma muestra de
investigación fueron implementados algunos mapas
conceptuales, previamente elaborados, mediante la
implementación de los mismos en una aplicación de
software; Tercero, a los 8 días después fue aplicado un
pos-test sobre los mismo temas evaluados en el pre-test y
vistos en la aplicación de software.
La grafica No. 1 muestra la cantidad de respuestas
correctas o aciertos en el pre-test (141) y el pos-test
(190).
5.2 Comparación entre el total de aciertos en el pretest y el pos-test en términos de porcentajes
Grafica 2. Análisis del total de respuestas correctas en el pre-test y
el post-test en porcentajes.
Fotografía 1. Implementación de algunos mapas conceptuales por
medio de una aplicación de software a manera de prueba piloto.
Fotografía 2. Aplicación del pos-test a 20 estudiantes del área de
programación en Java nivel II de la LIE de la UPTC.
5. IMPACTO
En cuanto al impacto de la aplicación de algunos mapas
conceptuales como estrategia pedagógica a manera de
prueba piloto, mediante la implementación de los mismos
en una aplicación de software, finalmente los resultados
generales obtenidos fueron:
5.1 Comparación entre el total de aciertos del pre-test
y el pos-test
La grafica No. 2 muestra la cantidad de respuestas
correctas en el pre-test (47%) y el pos-test (63.33%) en
términos de porcentajes, en donde se evidencia un
incremento de respuestas correctas en el pos-test del
16.33%.
5.3 Impacto de la estrategia pedagógica mapas
conceptuales
En cuanto al impacto de la investigación se logró un
incremento del 16.33% en el aprendizaje de conceptos de
programación básica en Java. Por lo anterior, mapas
conceptuales para la enseñanza de los contenidos básicos
del área programación nivel I en Java en la LIE,
mejoraron significativamente el aprendizaje en los
estudiantes de la muestra de la investigación.
6. RESULTADOS
Los productos de este proyecto de investigación son:
• Un prototipo de software educativo para la enseñanza
de programación Java a través de mapas de conceptuales.
• Una página web con más de 130 mapas conceptuales
sobre contenidos básicos de Programación nivel I en
Java, junto con los archivos mapas conceptuales editables
en formato Cmaptools.
• Una cartilla en formato Word con más de 130 mapas
conceptuales sobre contenidos básicos de Programación I
en Java.
La grafica 1. Análisis del total de respuestas correctas en el pre-test
y el post-test.
• Una cartilla en formato PDF con más de 130 mapas
conceptuales sobre contenidos básicos de Programación I
en Java.
7. CONCLUSIONES Y FUTUROS TRABAJOS
8. REFERENCIAS
7.1. Conclusiones
• La representación esquemática de contenidos temáticos
por medio de mapas conceptuales implementados ya sea
en imagen, aplicación informática, objeto de aprendizaje
o software educativo, sirven en la LIE de apoyo para
mejorar eficazmente procesos de enseñanza-aprendizaje
en área de programación nivel I en Java, de acuerdo a lo
observado en la prueba piloto.
[1] Uviña, Ruth, Bertolami, María, Centeno, María,
Oriana, Gabriela. Mapas conceptuales: Una herramienta
para el aprendizaje de estructuras de datos. Argentina,
2007. En: http://cs.uns.edu.ar/jeitics2005/
Trabajos/pdf/10.pdf. Consulta realizada el: 25 Julio de
2009.
[2] Cañas, Alberto. Del origen de los mapas conceptuales
al desarrollo de CmapTools. Entrevista. Eduteka.
Colombia,
2006.
En:
http://www.eduteka.org/Entrevista22.php.
Consulta
realizada el: 25 Julio de 2009.
[3, 4, 5, 6, 7, 8, 9] Maya Betancocourt, Arnabio y Díaz
Garzon, Nohora. Mapas Conceptuales: Elaboración y
Aplicación. Bogotá, Magisterio, 2002. Págs. 11, 16, 17,
23, 24, 52, 97.
[10, 11, 12] Campos Arenas, Agustín. Mapas
conceptuales, mapas mentales: y otras formas de
representación del conocimiento. Bogotá: Magisterio,
2005. Págs. 23, 27, 25.
• La utilización de mapas conceptuales previamente
elaborados para la enseñanza-aprendizaje de contenidos
en el área de programación en Java, no son la forma única
y forma final de representar esquemáticamente un
conjunto de significaciones conceptuales incluido en una
estructura de proposiciones pertinentes a dicha área, mas
sin embargo, utilizándolos como recurso o material
educativo son un buen punto de partida para mejorar
eficazmente procesos de enseñanza-aprendizaje en el área
de programación nivel I en Java, en tanto que permiten
captar de forma general: diferentes conceptos, orden
lógico, jerárquico o de importancia y relaciones entre
conceptos con sus significados.
• El mapa conceptual es una estrategia ideal para apoyar
procesos de enseñanza-aprendizaje en el área de
programación en Java nivel I.
• El estudio de contenidos básicos de programación en
Java por medio de mapas conceptuales previamente
elaborados por un experto en el tema y con base a
conceptos previos que ya tengan los estudiantes
contribuye eficaz y significativamente al proceso de
enseñanza/aprendizaje en el área de programación en
Java nivel I de LIE.
• El resultado de este proyecto de investigación son más
de 130 mapas conceptuales aplicables como estrategia
pedagógica
en el transcurso de una materia de
programación I en Java, lo cuales mejorarán el
rendimiento académico de los estudiantes en el proceso
de enseñanza/aprendizaje del área de programación Java
nivel I de LIE, así como también, servirán como punto de
partida
para avanzar en niveles superiores de la
programación en Java y la programación orientada a
objetos.
7.2. Futuros trabajos
Como parte importante de un área de programación en
Java, el software educativo será complementado con
actividades didácticas para la ejercitación y desarrollo de
lógica computacional.