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Introducción
En el bachillerato general unificado, la asignatura de química orgánica es considerada una materia difícil en su comprensión, el entendimiento y el aprendizaje, con un alto índice de reprobación. En el estudio realizado por Bermeo et al. (2018), analizan las causas que afectan en el aprendizaje de la asignatura a los estudiantes de la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Central del Ecuador, que alcanza el 62,4% de la tasa de repetición en los primeros semestres; entre los principales causales se hace referencia al bajo nivel de conocimientos de los educandos del nivel educativo secundario, la inadecuada aplicación de recursos tecnológicos, la insuficiente planeación de las actividades a realizar y la práctica pedagógica tradicional, los laboratorios convencionales.
En la investigación realizada por Sepúlveda (2014), identifica una diversidad de trabajos relacionados con la química orgánica, evidenciando que los estudiantes de secundaria exteriorizan dificultades durante el aprendizaje: en la formulación y nomenclatura de compuestos orgánicos, reacciones y ecuaciones químicas, balanceo de ecuaciones químicas, estequiometria de ecuaciones químicas, las soluciones, los gases, cinética y equilibrio químico. Por lo expuesto, es trascendental la utilización de la tecnología; herramienta utilizada para facilitar los procesos de adquisición del saber que facilitan nuevos canales de comunicación y diferentes fuentes de información que benefician en el comportamiento social, los valores y las formas de organización.
Según Pazmiño (2019), el insuficiente uso de la tecnología en la educación y la escasa aplicación de las herramientas innovadoras son causas que influyen en el bajo nivel de aprendizaje, generando conflictos en los procedimientos contextuales, actitudinales, y en la práctica de valores. Es decir, la investigación en didáctica de la química orgánica ha identificado dificultades en sus procesos de enseñanza; se menciona la estructura lógica de los contenidos conceptuales, la exigencia formal y la influencia de los conocimientos y preconcepciones del estudiante
De acuerdo a lo expuesto, se deduce que la insuficiente asimilación de los conceptos de química orgánica, las dificultades en la resolución de ejercicios, y el escaso interés que muestran los estudiantes por aprender o conocer diferentes contenidos, son conflictos que enfrentan los maestros en el ambiente formativo; complejidades que generan problemas de conducta, comportamiento y retrasos en el aprendizaje; los aspectos indicados se reflejan en la falta de entusiasmo en los educandos de tercero de bachillerato de la Unidad Educativa Vicente Anda Aguirre del Cantón Mocha, provincia de Tungurahua, Ecuador, hacía las actividades propuestas en el área con respecto al concepto mencionado.
En el estudio se utilizará la investigación aplicada de diseño experimental, de tipo cuasi-experimental, basadas en el desempeño por funciones básicas, competencias actitudinales, aprendizaje significativo, habilidad cognitiva, competencias procedimentales e interactividad; además, se emplea la investigación básica, pura o fundamental, destinada para resolver los problemas de la sociedad; el trabajo es cuantitativo, la población incluye 32 estudiantes de tercero de bachillerato de la Unidad Educativa Vicente Anda Aguirre del cantón Mocha provincia de Tungurahua, se utiliza la encuesta con 30 preguntas cerradas a través de la escala de Likert, aplica una significación de 0, 9645.
Profundización en el conocimiento
Durante los últimos años, diversas investigaciones se han enfocado en los procesos de enseñanza y aprendizaje, centrándose en los estudiantes; en este sentido, la aplicación de las Tecnologías de la Información y Comunicación (TIC) aportan en la adquisición del conocimiento de forma sincrónica o asincrónica; por lo expuesto, los investigadores Cruz et al. (2018) manifiestan que la tecnología permite generar ambientes eficaces de aprendizaje que contribuyen en el desarrollo de destrezas, actitudes y habilidades a través de la automatización de las actividades, almacenamiento de datos, e interacción entre computadores y usuarios. En esta perspectiva, las herramientas tecnológicas son indispensables en el proceso de formación que demanda de saberes referentes a la utilización de la información, para dar solución a problemas actuales.
Las tecnologías tienen inicios en los avances científicos de las telecomunicaciones; como mencionan Díaz (2020) y García-Valcárcel (2016), su trascendencia sobresale en el acceso, producción, interacción, tratamiento y comunicación de información, recurso que beneficia en la gestión de materiales de refuerzo para los educandos. Por tanto, la implementación de infraestructura tecnológica promueve el manejo de diferentes software y herramientas digitales; según Cataldi et al. (2011), el laboratorio virtual consolida las investigaciones, experimentos y trabajos de carácter científico o técnico, producido por un sistema informático que surge de la necesidad de apoyar al estudiante en sus prácticas de química.
De la misma manera, Amaya (2009) menciona que los laboratorios virtuales de química orgánica son herramientas digitales que cumplen con la función de fortalecer en el entorno interactivo la atención, concentración y entendimiento para alcanzar el aprendizaje significativo; lamentablemente, en los últimos años han existido diversos escritos que critican a las prácticas de laboratorio en los aspectos metodológicos y conceptuales que engloban conceptos teóricos (Cabero, 2007); sin embargo, no existe duda alguna que los educandos desarrollan su conocimiento mediante la reconstrucción, reflexión, discusión, e interacción con los compañeros, con el profesor, su vivencia y sus intereses.
Desde el punto de vista del constructivismo, la química orgánica es una ciencia teórico-experimental que activa la habilidad cognitiva de los estudiantes de forma creativa, según Capó (2010), con esta concepción el educando participa en la construcción, reconstrucción de su conocimiento y la toma de decisiones frente a una situación problemática, a diferencia de un ejercicio de tipo automático, beneficia en la argumentación de sus conocimientos y confrontación con la realidad al incluir en sus categorías las funciones básicas, las competencias actitudinales, el aprendizaje significativo, las habilidades cognitivas, las competencias procedimentales, y la interactividad (Mujica, 2016); además, incrementa la motivación al generar actitudes positivas hacia los entornos tecnológicos.
Luego de una revisión de los laboratorios virtuales existentes, a la fecha de la presente investigación, se encuentran algunas opciones que se muestran en la Tabla 1:
En los trabajos de Yánez (2018), Carrión et al. (2020) y Montoya (2012) utilizan el PhET para fortalecer el aprendizaje a través de las prácticas de laboratorio, considerando que forma parte principal en el proceso de la educación y en la formación de estudiantes con pensamiento crítico y constructivistas; obtienen los siguientes resultados:
Se ajusta a la infraestructura tecnológica, eléctrica y a las situaciones de conectividad.
Presenta versatilidad y disponibilidad del laboratorio en español y en otros idiomas.
En el diseño de actividades de aprendizaje se incluyen instrucciones para desarrollar prácticas de laboratorio.
Contiene la información de soporte para desarrollar las prácticas.
Permite efectuar la simulación de una práctica de laboratorio.
Las actividades diseñadas bajo el título de soluciones son integradas en la plataforma en LMS; pudiendo el educando desarrollar de forma no secuencial.
Ayuda al mejoramiento del rendimiento académico de una manera positiva.
Permite que los educandos interactúen en el proceso de enseñanza y aprendizaje de forma innovadora.
Se utilizará el prototipo de integración a plataforma LMS Moodle, empleado por Montoya (2012), que conlleva a la realización de prácticas de laboratorio interactivas, mediante la ubicación de la información y los recursos de cada actividad. Herramienta innovadora que beneficia en la construcción de aulas virtuales, al ofrecer un esquema de trabajo diferente, donde el maestro y los educandos participan de forma activa y dinámica (Rodríguez, 2018).
Martínez y Herriko (2013) mantienen que las principales características LMS son tipos de software libre o propietario, la instalación se realiza en un ordenador personal o servidor; se puede acceder mediante dispositivos móviles y su aplicación se efectúa en función de las necesidades del paradigma educativo.
Metodología
En el presente apartado se emplea el tipo de estudio propuesto por Fajardo (2018), al cumplir con las condiciones metodológicas de una investigación aplicada de diseño experimental, de tipo cuasi-experimental, por esta razón se incluye en los laboratorios virtuales de química orgánica las funciones básicas, competencias actitudinales, aprendizaje significativo, habilidades cognitivas, competencias procedimentales, e interactividad, componentes que benefician en el balance de ecuaciones, en la construcción de un átomo, en la escala de pH, en los estados de la materia y propiedades de los gases (Cabero, 2007).
En este contexto, se acoge el criterio de los investigadores Ñaupas et al. (2014) al aplicar la indagación básica, pura o fundamental, utilizada para resolver los problemas de la sociedad. Además, de acuerdo con Escobar y García (2019), el trabajo es cuantitativo, de corte cuasi-experimental; además, promueve la comparación de dos equipos en iguales condiciones: el grupo experimental (G.E.), y grupo de control (G.C).
2.1 Población
La población involucra a 32 estudiantes de tercero de bachillerato de la Unidad Educativa Vicente Anda Aguirre del cantón Mocha provincia de Tungurahua, son jóvenes entre los 16 y 18 años; una muestra representativa que reúne las características de los sujetos del universo. Se emplea un muestreo no probabilístico o intencionado.
2.2 Instrumento
Por lo expuesto, en el presente estudio se utiliza una encuesta (Tabla 2) conformada por 30 preguntas cerradas dirigidas a los estudiantes; instrumento propuesto por Cobos et al. (2012), utilizado por Montoya (2012); Pérez & Benavides (2015) y aplicado en la investigación realizada por Escobar y García (2019), incluye las funciones básicas, competencias actitudinales, aprendizaje significativo, habilidad cognitiva, competencias procedimentales, e interactividad, categorías que fueron medidas a través de la escala de Likert con los rangos: no (1), poco (2), indeciso (3), si (4), mucho (5), validado mediante el juicio de tres (3) expertos, aplica una probabilidad p ≤ 0.05, (5 %), con una confiabilidad del 95%, valor Alpha = 0,968.
La aprobación del instrumento se realizó a través del Coeficiente Alfa de Cronbach, como se evidencia en la Tabla 3, con una comprobación de los ítems, evaluando en el 0,968 recopila información fiable, considerándose las mediciones sólidas y consistentes, Villanueva (2016) afirma que el valor de fiabilidad para la investigación básica es entre 0.7 y 0.8; en el estudio aplicado equivale a 0.99, es excelente, mientras el coeficiente 0,8 es bueno.
Resultados
3.1 Análisis
Antes y después de utilizar el simulador virtual, como herramienta para la enseñanza de química orgánica, con base en los resultados obtenidos en la encuesta dirigida a los estudiantes de tercero de bachillerato de la Unidad Educativa Vicente Anda Aguirre, del grupo de control y experimental, se obtienen los siguientes resultados:
El análisis efectuado en el pre test relacionado con las funciones básicas indicó que los estudiantes, en un 25%, no aprenden química orgánica con la computadora, presentan dificultades en el manejo de aplicaciones informáticas. En las competencias actitudinales, el 28% de docentes no utilizan herramientas tecnológicas; sin embargo, un 19% se apoyan en el Internet para recabar información; al 31% no le agradan las clases magistrales; en el post test, se induce que el 100% adquiere el aprendizaje significativo mediante la práctica y la socialización, el 100% considera que reforzó el conocimiento y entendimiento en la asignatura.
Los resultados indicaron en el pre test de las competencias cognitivas que en un 25%, las herramientas digitales empleadas por los maestros no contribuyen en la resolución de problemas (ABP), el 31% ocasionalmente realiza prácticas de laboratorio virtual, el 31% no efectúa experimentos, no investiga. En referencia a las competencias procedimentales, el 15% no aprovecha las aplicaciones de Microsoft Office, el 31% a veces utiliza redes sociales, el 25% no construye presentaciones con texto, imágenes, videos. En cuanto a interactividad, el 28% no emplea laptop, tabletas, cámaras, entre otros, el 34% en ocasiones utilizan laboratorios virtuales para enseñar y aprender química orgánica. En el post test se supera el 100% de los estudiantes evaluados y se obtiene un desempeño superior.
Tabla 3 Correlaciones
| D1 Funciones Básicas | D2 Competencias Actitudinales | D3 Aprendizaje Significativo | D4 Habilidad Cognitiva | D5 Competencias Procedimental. | D6 Interactividad | |||
| Rho de Spearman | D1Funciones Básicas | Coeficiente de correlación | 1.000 | .801** | .668** | .501** | .625** | .381* |
| Sig. (bilateral) | . | .000 | .000 | .003 | .000 | .031 | ||
| N | 32 | 32 | 32 | 32 | 32 | 32 | ||
| D2 Competencias Actitudinales | Coeficiente de correlación | .801** | 1.000 | .690** | .479** | .596** | .400* | |
| Sig. (bilateral) | .000 | . | .000 | .006 | .000 | .023 | ||
| N | 32 | 32 | 32 | 32 | 32 | 32 | ||
| D3 Aprendizaje Significativo | Coeficiente de correlación | .668** | .690** | 1.000 | .683** | .596** | .400* | |
| Sig. (bilateral) | .000 | .000 | . | .000 | .000 | .023 | ||
| N | 32 | 32 | 32 | 32 | 32 | 32 | ||
| D4 Habilidad Cognitiva | Coeficiente de correlación | .501** | .479** | .683** | 1.000 | .861** | .525** | |
| Sig. (bilateral) | .003 | .006 | .000 | . | .000 | .002 | ||
| N | 32 | 32 | 32 | 32 | 32 | 32 | ||
| D5 Competencias Procedimental. | Coeficiente de correlación | .625** | .596** | .596** | .861** | 1.000 | .596** | |
| Sig. (bilateral) | .000 | .000 | .000 | .000 | . | .000 | ||
| N | 32 | 32 | 32 | 32 | 32 | 32 | ||
| D6 Interactividad | Coeficiente de correlación | .381* | .400* | .400* | .525** | .596** | 1.000 | |
| Sig. (bilateral) | .031 | .023 | .023 | .002 | .000 | . | ||
| N | 32 | 32 | 32 | 32 | 32 | 32 | ||
| **. La correlación es significativa en el nivel 0,01 (bilateral). | ||||||||
| *. La correlación es significativa en el nivel 0,05 (bilateral). | ||||||||
Fuente: elaboración propia
Con una población de 32 estudiantes, se efectúa la correlación entre el pre test y el post test; así, en el muestreo de error simple, el intervalo de confianza es 95%, una significación de 0,01 y 0,05 no existen valores negativos, por tanto, la correlación de Rho de Spearman (0,801 y 5,96) es mayor a cero, lo que significa que es positiva y perfecta, existiendo una asociación lineal moderada.
El estudio se efectuó en un periodo de 5 meses (noviembre 2020 - abril 2021) con estudiantes de química orgánica de tercer año de bachillerato general unificado, en el laboratorio virtual las unidades del programa de aprendizaje incluidas en cinco talleres incluyeron:
1. Balance de ecuaciones químicas
2. Construye un átomo
3. Escala de PH
4. Estados de la materia
5. Propiedades de los gases
Entre las herramientas y recursos tecnológicos utilizados sobresalen los siguientes:
Los videos guía orientaron al estudiante en el acceso a los simuladores del laboratorio virtual PHET; para el efecto se utiliza una página web, la conexión de Internet, un computador, Tablet o Smartphone, un usuario y la contraseña entregada por la docente.
El material didáctico permitió visualizar los conceptos teóricos abordados durante el curso de química orgánica que incluye: 23 imágenes a color y seis guías en PDF, para el efecto se utiliza la herramienta FLIPHTML5; además se agregan cuatro videos desde Google Drive; cinco simuladores PHET y seis evaluaciones. Se resalta que los recursos fueron seleccionados de forma organizada, metódica y sistemática, con la finalidad de innovar y alcanzar la interacción en el proceso educativo, al mismo tiempo, apoyar a los educandos en su papel de constructor de su propio conocimiento.
Otro criterio significativo para la didáctica fue la selección de los simuladores que facilitó el ingreso de los educandos, la finalidad fue retroalimentar los conocimientos, mejorar el rendimiento y desempeño académico mediante las prácticas que incluyeron representaciones, y descripciones referentes a las unidades: ecuaciones químicas, conservación de la masa, particularidades de los átomos, estructura atómica, símbolos isotópicos, núcleo atómico, generalidades del PH, ácidos, bases, dilución, describir las características de los tres estados de la materia (sólido, líquido y gaseoso) y explicar la congelación y la fusión con detalle a nivel molecular, la concentración, la temperatura, y el radio afectan la tasa de difusión.
Con el fin de explorar las actividades como estrategia de aprendizaje, se incluyeron simuladores, utilizando los programas PHET, elaborados en un tiempo de cuatro semanas, cada uno incluye cuarenta minutos destinados a la exposición durante la clase; los temas asignados fueron impartidos previamente por la docente. La dinámica consistió en proyectar en la pantalla, considerando que los simuladores en su mayoría se utilizaron fuera del aula, por tal razón se efectuó el registro en un formato electrónico.
3.2 Forma de presentación del laboratorio virtual
A continuación, en las siguientes Figuras 1, Figura 2, Figura 3, Figura 4, Figura 5, Figura 6, Figura 7, Figura 8, Figura 9 y Figura 10 se presenta el curso creado en la página https://fernandaarroba.com/my
Fuente: elaboración propia
Fig. 8: video tutorial para la simulación práctica #1 balance de ecuaciones
3.3 Deducciones
Para iniciar la investigación se revisó los diferentes proveedores de hosting (Hostinger, HostGator y Hosting Ecuador), seleccionando Hosting Ecuador, considerando la cuenta que posee para pequeñas empresas (espacio de 3.000 MB, transferencia mensual de 10.000 MB); de forma adicional se realizó un incremento de 150 GB; LMS con un alto tráfico de datos; por esta razón, el plan inicial no abastecía en las evaluaciones de los estudiantes; además, se adquirió un dominio que permitió visualizar la página https://fernandaarroba.com/
Posteriormente se analizó la información relacionada con los LMS disponibles (Moodle, Chamilo, Canvas) optando por la plataforma Moodle 3.10 última versión estable, liberada para uso gratuito. Para la utilización del aula virtual se creó una guía instruccional que referencia los recursos y su ubicación.
Conclusiones
Según los resultados obtenidos en el uso del laboratorio virtual de química orgánica, aplicado en la Unidad Educativa Vicente Anda Aguirre, se obtienen las siguientes conclusiones:
La utilización de las Tecnologías de la Información y Comunicación facilitan el proceso de enseñanza a través de herramientas virtuales que benefician en la realización de experimentos, con una elevada aproximación a la realidad, de esta forma facilita al estudiante la relación del conocimiento adquirido mediante la teoría, las clases magistrales y la práctica, obteniendo como resultado el aprendizaje significativo.
Se considera apropiado emplear laboratorios virtuales con simuladores que refuercen las funciones básicas (atención, concentración y entendimiento), las competencias actitudinales (comportamiento), el aprendizaje significativo (integración de la teoría y la práctica), habilidad cognitiva (toma de decisiones, solución de problemas), competencias procedimentales (pensamiento y reflexión), interactividad (procesos de detección, selección, organización y uso de la información).
El laboratorio virtual se ha constituido en una herramienta pedagógica tecnológica en la enseñanza de química orgánica, potencializa la utilización de la red e Internet y mejora la ejecución de prácticas, por lo tanto, la tecnología beneficia en el trabajo experimental, el rendimiento académico, la experiencia y el aprendizaje significativo.
