Tamaño letra:
Las Computadoras, los Objetivos Generales, el Contenido y la Metodología de la Enseñanza de las Ciencias

 Autor: Rolando Valdés Castro

 I.S.P.E.J.VARONA

 



1. Introducción.

Los más diversos elementos de la cultura humana hoy están sometidos a una revolución que tiene como fundamento el impetuoso desarrollo de la ciencia y la tecnología. Es indispensable atemperar las nuevas generaciones a los cambios que tienen lugar en la sociedad moderna. Por eso, independientemente del nivel educacional (primario, secundario o universitario) y de las materias de aprendizaje (informática, matemática, física, química, etc.) es obligatoria la renovación frecuente de los objetivos y el contenido de la enseñanza de las ciencias. Al propio tiempo, semejante renovación es imposible sin adecuar a las nuevas condiciones los métodos y formas de trabajo en la educación científica. De este modo, se ha establecido en la didáctica de las ciencias la llamada tendencia hacia la actualización de los cursos, uno de cuyos elementos principales es, indudablemente, la utilización de computadoras.

En el proceso de enseñanza-aprendizaje de las ciencias, las computadoras cumplen múltiples funciones. Son el soporte material de los sistemas tutoriales y del libro electrónico, se utilizan como generadoras de problemas docentes, en la ilustración de fenómenos, en los juegos didácticos, durante la realización de cálculos y de experimentos docentes, en la edición de textos, etc. Frecuentemente el papel que desempeñan los ordenadores en las aulas se establece siguiendo las tendencias del mercado, el sentido común o confiando en la sagacidad de profesores expertos; pero no a partir de una concepción fundamentada y coherente sobre el proceso de enseñanza-aprendizaje. Por eso, los resultados obtenidos al emplear las nuevas tecnologías educativas son a veces desalentadores. Los conocimientos adquiridos por los alumnos son formales, aún después de haber estudiado una materia utilizando programas informáticos para conducir el aprendizaje. Muchas veces los alumnos no aprenden mejor el contenido de las asignaturas, luego de asistir a clases donde el profesor presentó experimentos sensacionales automatizados con el ordenador o lo usó en la ejecución de cálculos complicados. Ante los maestros aparecen nuevos problemas: enseñar a los estudiantes a operar con el ordenador, hacerlos comprender cómo este ejecuta los cálculos y realiza las mediciones.

 Para obtener resultados superiores en la educación científica, hoy es necesario realizar un análisis crítico de las diversas funciones que desempeñan los ordenadores en el proceso de enseñanza-aprendizaje. Con este fin examinaremos las principales tendencias de la utilización de esos medios en la enseñanza de las ciencias:



Agilizar, apoyar o hacer más fácil el aprendizaje.



Familiarizar a los estudiantes con conceptos, procedimientos y formas de trabajo que caracterizan la actividad científico-técnica contemporánea.

 Estas tendencias en el uso de las computadoras, son la manifestación de dos aspectos que necesariamente deben ser considerados al organizar el proceso de enseñanza-aprendizaje. Por una parte, la especificidad del aprendizaje en las condiciones docentes y, por otra; las características de la actividad científico-técnica contemporánea.

 Como resultado de nuestro análisis crítico, indicaremos los objetivos generales y el contenido de la enseñanza de las ciencias, relativos al empleo de las computadoras. En correspondencia con ello, también precisaremos las direcciones principales de utilización de esos medios en la educación científica. Luego, debemos describir distintos aspectos de la metodología necesaria para alcanzar los objetivos generales establecidos y lograr que los estudiantes aprendan el contenido previsto. Así podremos indicar algunas vías que posibiliten, con el uso de ordenadores, obtener resultados superiores en el proceso de enseñanza-aprendizaje de las ciencias. Finalmente precisaremos lo que, desde nuestro punto de vista, deben saber y saber hacer los profesores acerca del empleo de las computadoras en la enseñanza de las ciencias.

 De este modo, en nuestro trabajo abordamos las cuestiones siguientes:



La utilización de las computadoras para agilizar, apoyar o hacer más fácil el aprendizaje.



El empleo de los ordenadores para familiarizar a los estudiantes con conceptos, procedimientos y formas de trabajo que caracterizan la actividad científico-técnica contemporánea.



Los objetivos generales y el contenido de la enseñanza de las ciencias, referidos al uso de las computadoras.



Algunos aspectos de la metodología de la utilización de las computadoras en la enseñanza de las ciencias.



Lo que deben saber y saber hacer los profesores acerca del empleo de ordenadores en la enseñanza de la ciencias.

 Al examinar las cuestiones anteriormente señaladas, nos apoyaremos en tres ideas básicas de la didáctica de las ciencias (Valdés y Valdés 1999):



La necesidad de imprimir una orientación cultural a la educación científica.



La necesidad de atender en el proceso de enseñanza-aprendizaje a las características distintivas de la actividad psíquica humana.



La obligación de reflejar durante el proceso de enseñanza-aprendizaje las características fundamentales de la actividad investigadora contemporánea.

 Sobre la base de las tres ideas metodológicas mencionadas hemos elaborado, y a continuación presentamos, una concepción fundamentada y coherente acerca de la utilización de las computadoras en la enseñanza de las ciencias. Durante más de cinco años nos hemos basado en esa concepción, al planificar la formación y superación de profesores de física en el Instituto Superior Pedagógico Enrique José Varona de Ciudad de La Habana.

 



2. La Utilización de las Computadoras para Agilizar, Apoyar o Hacer más Fácil el Aprendizaje.

 Esta tendencia de la utilización de los ordenadores en la enseñanza de las ciencias, ha estado representada principalmente por las siguientes direcciones de trabajo con esos medios:



La conducción del aprendizaje.



El libro electrónico.



Los juegos didácticos.



Apoyar las exposiciones del profesor y de los estudiantes, sustituyendo equipos como el retroproyector y el vídeo.

Examinemos cada una de ellas por separado.

 Los Ordenadores en la Conducción del Aprendizaje. Existen varias formas de usar las computadoras para conducir el aprendizaje. Con este fin se emplean los sistemas tutoriales y los programas informáticos generadores de problemas docentes (EduSoft 1996, Fonseca 1990, Roth 1995, O’Shea y Self 1985). Estos recursos permiten intensificar el aprendizaje, posibilitan que cada sujeto aprenda con un ritmo propio y pueden contribuir a elevar el interés de los alumnos por el estudio de las ciencias.

 

Muchos sistemas tutoriales funcionan de la manera siguiente. El estudiante selecciona una unidad de aprendizaje cuyo contenido es expuesto a través del ordenador. La exposición incluye textos e imágenes gráficas que pueden ser fácilmente controlados por el usuario. El alumno estudia esa unidad de aprendizaje y luego pasa a una etapa de control y corrección de los conocimientos adquiridos. En esa etapa el ordenador plantea una serie de preguntas (de "verdadero y falso" o de "selección múltiple") al estudiante, quien las responde y recibe los comentarios correspondientes previamente programados en el software. En dependencia de los aciertos y equivocaciones, el alumno estudia nuevamente la unidad o pasa a la próxima.

 Los programas informáticos generadores de problemas – concebidos como una suerte de sistemas tutoriales –, sustituyen los tradicionales manuales de ejercitación. Pueden plantear una cantidad enorme de ejercicios sobre determinada temática, controlando el nivel de dificultad de los mismos; brindan sugerencias para la resolución de las tareas planteadas, califican las soluciones del alumno e indican las posibles causas de una respuesta incorrecta. Por ejemplo, a través del ordenador el estudiante puede recibir el texto de un ejercicio con las ilustraciones gráficas correspondientes y en un espacio reservado, escribir el resultado de los cálculos realizados. El alumno puede utilizar una tecla o botón de control para solicitar sugerencias sobre la resolución de la tarea. Cuando el estudiante escribe su respuesta, la computadora indica si el resultado obtenido es acertado y comenta la solución.

 La confección de software para la automatización de la enseñanza tiene en su base la idea acertada de que el aprendizaje debe ser dirigido y rigurosamente planificado; y de que los estudiantes deben ejercitar sus conocimientos y habilidades, recibiendo el asesoramiento oportuno. Los sistemas tutoriales y los programas generadores de problemas posibilitan un aprendizaje en cierto sentido personalizado. Cada sujeto estudia con su propio ritmo, controla según sus necesidades el texto y las imágenes gráficas; en dependencia de los conocimientos y habilidades demostrados, recibe tareas para la ejercitación y puede obtener comentarios sobre su actuación. Sin embargo, este género de software, útil en la enseñanza tradicional, tiene múltiples limitaciones que deben ser consideradas.

Al aparecer los sistemas tutoriales, hubo quienes pensaron en la pronta modificación del papel de los profesores. Por una parte se distinguirían los expertos encargados de confeccionar el software para la conducción del aprendizaje y por otra, los grupos de especialistas que trabajarían en las aulas atendiendo a las necesidades de orientación y custodia de los alumnos durante la utilización de las máquinas para instruir. Desde la perspectiva de un proceso de enseñanza-aprendizaje concebido según el esquema de transmisión-recepción de información, era posible imaginar que con el desarrollo tecnológico las computadoras pudieran ocupar el lugar de los profesores.

 Refiriéndose a la posibilidad de que los maestros fueran reemplazados por máquinas de enseñar, J. Piaget escribía: "Los espíritus sentimentales o pesarosos se han entristecido de que se pueda sustituir a los maestros por máquinas; sin embargo, estas máquinas nos parece que prestan el gran servicio de demostrar sin posible réplica el carácter mecánico de la función del maestro tal como la concibe la enseñanza tradicional: si esta enseñanza no tiene más ideal que hacer repetir correctamente lo que ha sido correctamente expuesto, está claro que la máquina puede cumplir correctamente estas condiciones" (Piaget 1969).

 Pero la enseñanza de las ciencias no es la simple transmisión de ideas. La necesaria orientación cultural del aprendizaje exige dirigir, junto a la formación de conocimientos, la comunicación de experiencia en la actividad creadora (científico investigadora) y el desarrollo de determinadas actitudes y normas de conducta en los estudiantes (Valdés y Valdés 1999). Lograr la formación de un sistema coherente de conocimientos científicos en los estudiantes y que ellos modifiquen sus ideas alternativas, reclama la orientación investigadora de la educación científica (Gil 1993). Sin embargo, al utilizar programas para la conducción del aprendizaje, los alumnos quedarían sometidos a un régimen de transmisión-recepción de información y estarían privados de la satisfacción de construir los nuevos conocimientos en un ambiente de discusión científica. Los programas generadores y calificadores de ejercicios se sustentan en la necesidad real de plantear tareas que posibiliten a los estudiantes profundizar, precisar y ampliar los conocimientos; ganar experiencia y utilizar libremente, en las más diversas situaciones, lo aprendido. Sin embargo, los ejercicios que propone ese tipo de software para la enseñanza de las ciencias suelen ser, como en la enseñanza tradicional, descontextualizados, con enunciados artificiales y muchas veces desligados de los problemas del mundo en que viven los alumnos. Los programas informáticos para conducir el aprendizaje no contemplan, ni pueden evaluar y controlar, actividades como el acotamiento de situaciones problemáticas, la explicación de fenómenos observados, la argumentación de hipótesis, el diseño y ejecución de experimentos, la proyección y confección de medios técnicos. ¿A qué orientación investigadora de la educación científica podríamos aspirar utilizando como base de la enseñanza semejante software, incapaz de encauzar mediante el diálogo las actividades esencialmente creadoras? ¿De qué modo los programas para conducir el aprendizaje podrían comunicar verdadera experiencia en la actividad científico creadora, cuando ninguna investigación real es tutelada por máquinas? ¿Qué programa informático podría controlar y evaluar la formación de cualidades de la personalidad como el espíritu crítico, la actitud inquisitiva, la orientación práctica del pensamiento y la disposición para el trabajo colectivo? De lo que hoy se trata es de organizar el aprendizaje como un proceso cooperativo, donde la relaciones alumno-profesor y de los estudiantes entre si desempeñan un papel fundamental en la construcción de los nuevos conocimientos y el desarrollo de habilidades. En este proceso, el logro de una comunicación afectiva (González 1995), de aceptación y respeto de diversas opiniones y cuestionamientos, contribuye decisivamente a la elevación del interés cognoscitivo de los alumnos y a la asimilación consciente de los conocimientos. Si aprobamos la orientación cultural de la educación científica y aceptamos considerar en el proceso de enseñanza-aprendizaje las características distintivas de la actividad investigadora contemporánea, entonces la confección y utilización de programas informáticos para conducir el aprendizaje no será una aspiración de la educación científica.

 El Libro Electrónico. La creación de software para la automatización de la enseñanza tiene su origen en la indiscutible posibilidad que brindan los ordenadores para almacenar, procesar y transmitir gran cantidad de información, y hacerlo de un modo eficaz. Las computadoras lejos de ser concebidas para la conducción del aprendizaje, hoy pueden ser imaginadas como poderosas fuentes de la información científica y tecnológica más actualizada, integrando una enorme red de comunicación internacional. El libro electrónico es un ejemplo de cómo aprovechar las extraordinarias potencialidades que tienen las computadoras para manejar información. Aunque actualmente este tipo de documento se enfrenta a un fuerte competidor (los portátiles y tradicionales libros de texto y de divulgación científica), con el desarrollo tecnológico seguramente logrará ocupar un lugar preponderante en el mercado. Se ha producido una cantidad y variedad considerable de libros electrónicos. A veces se trata de variantes de sistemas para la conducción del aprendizaje o de CD ROMs que acompañan – en calidad de réplicas enriquecidas con imágenes fotográficas, sonido y vídeo – a los textos tradicionales. Queremos insistir en que la enorme ventaja de utilizar computadoras como soporte de libros no consiste en producir cambios formales respecto a la presentación de los textos, adicionando a ellos simplemente imágenes fotográficas, sonido estéreo y videos que antes podíamos apreciar por otros medios. La cuestión estriba en la posibilidad que brindan los ordenadores para almacenar información enciclopédica sobre una o diferentes temáticas científicas, con facilidades de actualización sistemática y para hallar rápidamente el conocimiento necesario. Nos referimos a un libro electrónico que pueda incluir la exposición tradicional de los conceptos, leyes y teorías fundamentales; artículos acerca de la historia de numerosos descubrimientos y biografías de investigadores relevantes; la exposición de problemas claves de la ciencia atendiendo a sus contextos históricos-sociales, el planteamiento de ejercicios de cálculo que ilustran la solución de esos problemas y las ayudas pertinentes para solucionar los ejercicios; el análisis detallado de las implicaciones tecnológicas y sociales de la materia de estudio; programas de cálculo, de simulación matemática y para la automatización de experimentos sencillos. El sonido de alta fidelidad, las imágenes fotográficas de gran calidad y el vídeo en movimiento complementarían y darían autenticidad al contenido expuesto. Cualquier estudiante de física aceptaría gustoso, y sería un elemento insustituible de su formación cultural, escuchar la voz de Einstein, observar el laboratorio donde trabajara M. Faraday y ver a N. Amstrong y a E. Aldrin caminar y conversar en la superficie de la Luna. La búsqueda ágil de información en ese libro los estudiantes y profesores la realizarían mediante un sistema de índices: temático, onomástico, de artículos históricos, de problemas científicos, de implicaciones tecnológicas y sociales, etc. La actualización de la información almacenada se realizaría a través de la red de comunicación. Un libro electrónico semejante serviría de apoyo insustituible al profesor, en la planificación y orientación del cumplimiento de los sistemas de tareas con que dirige el aprendizaje de los estudiantes.

 

Los Juegos Didácticos Mediante Computadoras. La actividad lúdrica se lleva a cabo atendiendo a su significación personal y, en general, sin necesidad de comprender reglas complejas. Por ser atractiva y relativamente sencilla, muchos piensan en ella como alternativa para facilitar el proceso de enseñanza-aprendizaje de las ciencias. Así, durante las últimas décadas han aparecido diversas variantes de juegos didácticos con el ordenador: calcular la suma de varios números dados al azar; reconocer entre distintas formulaciones el enunciado correcto de una definición; acoplar a las imágenes de los huesos del esqueleto, etiquetas con los nombres correspondientes; etc. En cada uno de los casos indicados el equipo muestra si la decisión del estudiante fue acertada y lo premia con determinada puntuación. Otro tipo de juego realizado mediante ordenadores son los de carácter técnico-constructivo. Con ellos los alumnos pueden aprender a conectar distintos dispositivos a la computadora, registrar con ella las señales que emiten o controlarlos. Entre esos dispositivos se encuentran sensores de iluminación, de posición y temperatura; motores, LEDs y altavoces; modelos de automóvil y hasta de un robot (CMA/AMSTEL 1997a, b y c). Los estudiantes pueden dirigir el funcionamiento de esos dispositivos, mediante el diseño de algoritmos sencillos que implementan en un lenguaje de programación "de juguete". Así alumnos entre 12 y 16 años se familiarizan con la automatización de experimentos y procesos tecnológicos mediante ordenadores y desarrollan sus capacidades creadoras. Lo esencial en este segundo tipo de juegos es considerar elementos de la actividad investigadora, utilizando los ordenadores con funciones similares a las que cumplen en la ciencia y la tecnología. De este modo, es posible distinguir dos tendencias en la confección de juegos didácticos mediante computadoras:



Memorizar y ejercitar determinados conocimientos.



Considerar elementos de la actividad científico-técnica contemporánea.

La primera tendencia no permite superar las limitaciones de la enseñanza tradicional, pues no deja espacio a la construcción de conocimientos por los estudiantes: al acotamiento de situaciones problemáticas, a la elaboración de hipótesis, la realización de experimentos, etc. La actividad lúdrica de esta especie no contribuye apreciablemente al logro de un aprendizaje significativo, ni a comunicar experiencia en la actividad creadora. Desde la perspectiva de las tres ideas didácticas que fundamentan nuestro trabajo, lo decisivo para lograr un aprendizaje significativo es apoyarse en la cultura previa de los alumnos y en sus necesidades objetivas; es solucionar problemas, planteándolos en contextos donde resulten necesarios a los estudiantes; es dirigir la resolución de cada problema, mediante un sistema de tareas (globales y supeditadas) que permita modificar las concepciones iniciales de los alumnos e integrarlas a los nuevos conocimientos construidos; es examinar críticamente las limitaciones de cada solución hallada y sobre esta base plantear el estudio de nuevas cuestiones de interés; es discutir acerca de las implicaciones sociales y personales de esas soluciones. Los juegos orientados a la simple memorización o ejercitación de los conocimientos científicos, rápidamente dejan de ser interesantes, pues son una réplica de la enseñanza tradicional que, en general, no es significativa.

 Participar en juegos que contienen elementos de la actividad científico-investigadora puede ser una actividad verdaderamente significativa para los estudiantes. Pero supone el asesoramiento sistemático de los niños y jóvenes, por personas calificadas: padres con cultura científico-técnica o maestros de ciencias. La existencia de este tipo de juegos es una muestra más de que en la actualidad todas las ramas de la cultura se encuentran bajo la poderosa influencia de la ciencia y de la tecnología. Y esta influencia hace cada vez más intelectuales los diversos tipos de actividad humana; inclusive la lúdrica.

 Apoyar las Exposiciones del Profesor y de los Estudiantes, Sustituyendo Equipos como el Retroproyector y el Vídeo. Con esta función, los ordenadores solo producen cambios formales en el proceso de enseñanza-aprendizaje de las ciencias. No es de esperar que con ello la educación científica mejore significativamente y por eso nos limitamos a esta breve consideración.

 Resumamos en unos párrafos nuestros puntos de vista respecto las funciones de los ordenadores para agilizar el aprendizaje:

 

La utilización de las computadoras para la ilustración de fenómenos o de las exposiciones del profesor y los estudiantes, en sustitución de láminas, equipos de vídeo o proyectores; simplemente introduce cambios formales, de menor trascendencia, en el proceso de enseñanza aprendizaje.

 

Si aprobamos la orientación cultural de la educación científica y aceptamos considerar en el proceso de enseñanza-aprendizaje las características distintivas de la actividad investigadora contemporánea, entonces la confección y utilización de programas informáticos para conducir el aprendizaje no será una aspiración de la educación científica.

 

La confección y utilización de libros electrónicos que aprovechan la enorme capacidad de las computadoras para almacenar información científica enciclopédica, la posibilidad de actualizar esa información a través de redes internacionales de comunicación y de hallarla ágilmente; abre un campo de enormes perspectivas para el trabajo de investigación e innovación en didáctica de las ciencias. Sin lugar a dudas, el libro electrónico con las características mencionadas, en los próximos años se convertirá en un elemento indispensable del proceso de enseñanza-aprendizaje de las ciencias que permitirá obtener resultados superiores en la labor docente.

 

Los juegos didácticos para memorizar o ejercitar los conocimientos adquiridos introducen simplemente cambios formales en el aprendizaje tradicional, realizado conforme al esquema de transmisión-recepción de la información. Ese género de juegos no se integra substancialmente a las concepciones constructivistas del proceso de esneñanza-aprendizaje.

 

Los juegos didácticos que consideran elementos de la actividad científico-investigadora y de la tecnología contemporáneas, pueden ser integrados coherentemente a la educación científica concebida según las ideas actuales de la didáctica. Este género de juegos es un campo con perspectivas para el trabajo de investigación e innovación didácticas y para la obtención de resultados significativamente superiores en la educación científica de las nuevas generaciones.

 



3. Familiarizar a los Estudiantes con Conceptos, Procedimientos y Formas de Trabajo que Caracterizan la Actividad Científico-Técnica Contemporánea.

 Los cambios substanciales de los objetos y las características de las investigaciones científicas, en las últimas décadas han estado estrechamente ligados a la utilización de computadoras. En correspondencia, deben someterse a modificaciones los objetivos, el contenido y las características de la educación científica, convirtiendo en objeto de aprendizaje aquellas transformaciones de la actividad científico investigadora relacionadas directamente con el empleo de los ordenadores.

 La mayoría de los trabajos y publicaciones orientadas hacia la familiarización de los estudiantes con aspectos distintivos del uso de las computadoras en la actividad científico-técnica, se refieren a la resolución formal de tareas de cálculo o a la descripción de distintos aspectos técnicos u operativos del empleo de esos medios en la realización de experimentos docentes. Sin embargo, es mucho mayor el campo de aplicaciones de los ordenadores en la ciencia y la tecnología que debe ser considerado. Por eso, resulta necesario precisar aquellas funciones de las computadoras en la actividad científico investigadora contemporánea, que deben ser abordadas con especial interés en el proceso de enseñanza-aprendizaje.

 Al realizar cálculos o al automatizar experimentos en el proceso docente, a veces el ordenador se utiliza simplemente para hacer más fácil el aprendizaje y los estudiantes no tienen la posibilidad de comprender conceptos y procedimientos relacionados con la utilización de los medios informáticos en la ciencia. Así, por ejemplo, hay quienes emplean una computadora para medir rápidamente la velocidad de un móvil, obtener inmediatamente la tabla y el gráfico correspondiente de velocidad respecto al tiempo, y luego analizar si los datos experimentales se adecuan a un movimiento uniforme o acelerado. Sin embargo, no centran la atención de los alumnos en el diseño del sistema automatizado de experimentación, en el análisis de cómo el ordenador adquiere información del exterior o en el procedimiento numérico utilizado para ajustar una línea a los puntos experimentales. De este modo solo se comunicará a los estudiantes una impresión sumamente superficial del uso de las computadoras en la ciencia y la tecnología.

 Utilizar en el proceso de enseñanza-aprendizaje los ordenadores, con aquellas funciones que desempeñan en la actividad investigadora supone, por una parte, incluir en los objetivos y el contenido de la enseñanza nuevos elementos de ciencia y tecnología: nociones del cálculo numérico, rudimentos de la lógica matemática, nociones de electrónica y optoelectrónica, el estudio del principio de funcionamiento de algunos transductores, etc. Por otra parte, supone también familiarizar a los estudiantes con formas del trabajo científico donde intervienen los ordenadores. Hacer todo esto implica elaborar, con una orientación cultural e investigadora del aprendizaje, todo el sistema de problemas y tareas (globales y supeditadas) necesario y no limitarse simplemente a la solución formal de los problemas o a la confección y utilización de instalaciones experimentales sobre la base de la experiencia docente.

 Atendiendo a las consideraciones anteriores, estamos en la obligación de abordar las cuestiones siguientes:



Las principales líneas de utilización de los ordenadores en la actividad científico investigadora contemporánea, que deben ser abordadas con especial interés en el proceso de enseñanza-aprendizaje.



Los objetivos generales y el contenido de la enseñanza de las ciencias, referidos a la utilización de las computadoras.



La metodología que permite familiarizar a los estudiantes con las principales formas de utilización de las computadoras en la actividad investigadora.

 En este apartado solamente trataremos las dos primeras cuestiones. En una sección aparte abordaremos la tercera cuestión, relativa a la metodología de la enseñanza, debido a su importancia y la extensión del análisis requerido.

 Principales Líneas de Utilización de los Ordenadores en la Actividad Científico-Investigadora Contemporánea. La función histórica esencial de los medios técnicos ha sido la sustitución del hombre en muchas de sus labores, con la consecuente elevación de la efectividad del trabajo. Hasta mediados del siglo XX la creación de esos medios estaba fundamentalmente encaminada a liberar al hombre del trabajo meramente físico. Por el contrario, en la actualidad lo característico es la invención de máquinas capaces de sustituir funciones intelectuales: búsqueda, almacenamiento y transmisión de información; cálculos, mediciones indirectas, reconocimiento de imágenes, control de procesos productivos, diagnóstico de enfermedades, etc. Uno de los principales eslabones de esta revolución tecnológica es el ordenador, que ha penetrado los más diversos campos de la vida; desde la ciencia hasta las labores domésticas.

 Hoy las computadoras electrónicas digitales prácticamente han desplazado a las analógicas en todas las esferas de la actividad humana. Ahora las denominamos simplemente computadoras u ordenadores, sobreentendiendo que son equipos basados en la técnica digital. Las computadoras electrónicas digitales son en gran medida un resultado de los logros de la ciencia de nuestro siglo y, al propio tiempo, se encuentran en la base de cambios substanciales en la actividad científico investigadora.

 Las diversas generaciones de computadoras no solamente están asociadas a modificaciones en el diseño y la base material para construirlas, sino también a momentos distintivos de las transformaciones ocurridas en la ciencia contemporánea (Moiseev 1979, Tíjonov y Kostomarov 1979). Esas transformaciones son adecuadas a la extraordinaria complejidad de los objetos actuales de las investigaciones científicas. Hoy sería imposible conocer en profundidad dichos objetos, sin la realización de extensos cálculos numéricos, sin la incesante construcción y análisis de complicados modelos matemáticos y la realización de experimentos automatizados. Para todo ello es imprescindible el rápido procesamiento de cantidades enormes de información, que sería irrealizable sin la utilización de computadoras. Los ordenadores no son simplemente un medio que posibilita la intensificación del desarrollo científico. En nuestros días son, además, garantes de ese desarrollo.

 La primera generación de computadoras apareció hacia 1950 [Helms et al 1988] y la constituyeron potentes aritmómetros fabricados a base de triodos de vacío. Por obligación, estuvo dedicada a la resolución de problemas de cálculo, principalmente mediante métodos numéricos. Aquellas computadoras permitían elevar la productividad de los cálculos científicos y estudiar modelos matemáticos significativamente más complicados que los tradicionalmente investigados.

 La ciencia del siglo pasado construía los modelos matemáticos de los fenómenos, básicamente mediante funciones (expresadas en forma de gráficos, tablas y fórmulas) y ecuaciones relativamente sencillas. En cambio, gracias a la invención de los ordenadores, en la actualidad - y cada vez más - es habitual describir los fenómenos mediante ecuaciones mucho más complicadas, cuyas soluciones se hallan con el empleo de métodos numéricos. Por otra parte, especialmente a partir de la utilización de los métodos de Montecarlo, los modelos comenzaron a elaborarse también mediante algoritmos de cálculo.

 La fabricación y el mantenimiento de las computadoras de la primera generación eran muy costosos. La utilización de estas máquinas requería del empleo de un personal de la más alta calificación científica y, durante el funcionamiento, aquellos equipos consumían una cantidad enorme de energía. Por eso, las computadoras de la primera generación fueron el privilegio exclusivo de los centros de investigaciones científicas y de las universidades más importantes del mundo.

 La segunda generación de ordenadores se construyó después de la invención del transistor y se difundió por los países desarrollados del mundo hacia 1960. El menor volumen, la fiabilidad, la mayor capacidad de memoria y el menor consumo de energía hicieron a la nueva generación de máquinas, útil en la gestión económica. No solamente en el manejo de datos estadísticos, sino también en la resolución de problemas optimización. Ello condujo a un incremento significativo de la producción de ordenadores en el mundo y a la amplia difusión en los centros universitarios y de investigación, de las aportaciones a la ciencia de la primera generación de computadoras.

 La primera y segunda generación de ordenadores implantaron en las investigaciones científicas, y particularmente en la física, la amplia utilización de los métodos numéricos.

 La tercera generación de computadoras apareció hacia 1965. El desarrollo de la microelectrónica en la década de los sesenta, condujo a la confección de circuitos de mediana y elevada escala de integración y a la fabricación de los primeros procesadores centrales a base de varios circuitos integrados. Los nuevos diseños de computadoras permitieron elevar considerablemente la velocidad de procesamiento de la información y pasar al régimen de trabajo interactivo. Las nuevas máquinas podían atender al mismo tiempo varios usuarios, teclados, displays, impresoras y otros equipos. Estos cambios posibilitaron el diálogo de los investigadores con el ordenador y la comunicación del ordenador con instrumentos de medición. De este modo fueron posibles la automatización de la actividad experimental mediante computadoras y la amplia difusión de la experimentación con modelos matemáticos en el ordenador (experimentación numérica o de cálculo).

 Con anterioridad a la época de la experimentación automatizada, los equipos de laboratorio estaban diseñados para sustituir los sentidos y las acciones físicas de los investigadores. En cambio, al emplear ordenadores en los experimentos, se sustituyen labores intelectuales (control de dispositivos, toma de datos, ajuste de curvas a puntos experimentales y cálculo de magnitudes). El empleo de los ordenadores cambió radicalmente el papel de la tecnología en los experimentos científicos.

 Por su parte, el experimento matemático tiene elementos del experimento físico y de la investigación teórica. Como en el experimento físico, en el numérico se examina un objeto (el modelo matemático) variando sus propiedades y situándolo en diferentes condiciones. Esto se logra, por ejemplo, cambiando los valores de las constantes y de las condiciones iniciales de las ecuaciones diferenciales con que se describe un proceso. Pero, independientemente de las acciones que realice el investigador, él no estudia directamente un objeto material, sino ideal, y el análisis efectuado es eminentemente teórico. La experimentación con modelos matemáticos en el ordenador es uno de los aportes de la ciencia contemporánea a la metodología de la investigación científica. Unos cincuenta años atrás los matemáticos y físicos teóricos no podían ser imaginados como "experimentadores", sino solamente como especialistas en la construcción de generalizaciones y en la deducción de nuevas ideas.

 La cuarta – y hasta el momento última – generación de computadoras, apareció en la década de los setenta, con la fabricación de los circuitos de muy elevada escala de integración y de los microprocesadores. A partir de entonces comenzaron a hacerse populares las técnicas de inteligencia artificial, que posibilitaron la confección de diferentes sistemas expertos. Se creó diverso software para hallar la solución a problemas de cálculo analítico, para el diagnóstico médico, la búsqueda de averías en complejas instalaciones de experimentación, etc.

 En nuestros días, la solución de muchos problemas pertenecientes a un campo específico de la ciencia, demanda la integración de los resultados obtenidos en el análisis de un fenómeno desde muy diversas perspectivas. De lo contrario, el problema podría quedar sin solución o el trabajo de investigación concluir con un resultado anticuado. La creación de equipos de investigación es una vía para superar esta dificultad, pero suele ser difícil. En un entorno relativamente cercano no siempre aparecen los interesados en un mismo problema o las personas capaces de analizarlo desde otra perspectiva. A veces los resultados de investigación que necesitamos, esperan en las editoriales para ser publicados o no podemos acceder a ellos porque sus autores no viven cerca o sencillamente no los conocemos. El desarrollo de medios automatizados de comunicación mediante computadoras ha permitido superar estas limitaciones. Por otra parte, las novedades científico-técnicas llegan hoy a los especialistas con una rapidez que sobrepasa considerablemente sus posibilidades de asimilación. Los investigadores deben ser capaces de orientarse en un mar de información y hallar rápidamente la necesaria para solucionar sus problemas. Actualmente esto también se logra con ayuda de redes de computadoras encargadas del almacenamiento, la organización y búsqueda automatizada de la información científica. De este modo, para el desarrollo de la ciencia y la tecnología contemporánea hoy es indispensable la utilización de sistemas automatizados de almacenamiento, organización, búsqueda y comunicación de la información científica (Gates 1995).

 La cuarta generación de computadoras ha posibilitado que las transformaciones operadas en los métodos y formas del trabajo científico adquieran un carácter masivo. Actualmente pueden encontrarse potentes ordenadores no solamente en salas especializadas de las instituciones científicas, sino también sobre la mesa de trabajo de cualquier investigador, profesor e incluso de muchos estudiantes.

 Apoyándonos en las consideraciones anteriores, indiquemos las principales líneas de utilización de los ordenadores en la actividad científico investigadora contemporánea:



La ejecución de cálculos numéricos extensos.



La realización de experimentos de cálculo.



La realización de experimentos automatizados.



La solución de problemas mediante sistemas expertos.



El almacenamiento, organización, búsqueda y comunicación automatizados de la información científica.

 Los cambios que se han producido en la ciencia gracias a la utilización de las computadoras no son simplemente superficiales; de forma, de la rapidez del crecimiento y del intercambio de la información. Son ante todo substanciales; están referidos a transformaciones significativas de los objetos y métodos de las investigaciones y, en consecuencia, del sistema de conocimientos científicos. Por eso los objetivos, el contenido, los medios y métodos de la educación científica deben tomar especialmente en cuenta esas transformaciones.

 Los Objetivos Generales y el Contenido de la Enseñanza de las Ciencias Referidos al Empleo de las computadoras. Es tal el efecto de las computadoras electrónicas digitales en la sociedad, que hoy se habla de la necesidad de crear una cultura informática en grandes sectores de la población. Ya desde la enseñanza primaria, aunque todavía de forma no generalizada, los niños utilizan juegos didácticos que los familiarizan con el ordenador y luego adquieren los conocimientos básicos para la solución de algunos problemas empleando ese medio técnico.

 Como resultado de la utilización de los ordenadores, la escuela moderna ha logrado interesar a muchos alumnos en los conocimientos sobre la construcción y el funcionamiento de las computadoras digitales, desarrollar en ellos habilidades para elaborar algoritmos, y hábitos para utilizar bases de datos y usar paquetes de programas como los procesadores de textos y hojas de cálculo. En cierta medida se ha transformado el ambiente de la enseñanza escolar y no pocos estudiantes concluyen hoy la enseñanza preuniversitaria con las habilidades y hábitos necesarios para confeccionar sus propios programas.

 Tomando en consideración el impacto que han tenido los ordenadores en las investigaciones y lo que en esta dirección ya se ha logrado en la esfera de la educación, es posible definir los objetivos generales de la enseñanza de las ciencias, referidos a la utilización de las computadoras (Valdés 1996). Estos objetivos se encuentran subordinados a la idea fundamental de familiarizar a los estudiantes con conceptos, procedimientos y formas de trabajo de la ciencia contemporánea e indican las acciones que deben realizar los alumnos con ayuda de los ordenadores.

 Describamos ahora el contenido correspondiente a los cinco objetivos generales mencionados (Valdés 1966).

 Las tareas que se resuelven utilizando el ordenador como medio de cálculo numérico pueden ser de dos tipos: aquellas cuya solución se halla sencillamente mediante la colocación de valores en alguna fórmula, y las que exigen la aplicación de los métodos numéricos. Entre las tareas del primer tipo se destacan las que requieren el uso reiterado de una misma fórmula para la construcción de tablas o gráficos con el ordenador. Las del segundo tipo, relacionan a los estudiantes con una de las características más notables de los cálculos en la ciencia y la técnica contemporánea.

 La familiarización de los estudiantes con los métodos numéricos supone esclarecer qué entender por ese tipo de método. Es posible familiarizar a los alumnos del nivel preuniversitario y primeros años de carreras universitarias con los siguientes métodos numéricos básicos:



Método de la semisuma y la semiresta para el cálculo numérico del valor aproximado de una magnitud y de los errores correspondientes.



Diferenciación numérica de funciones de una sola variable. La forma más simple de diferenciación numérica es el cálculo de la derivada de una función como la razón entre su incremento y el de la variable independiente.



El método de la bisección para la resolución de ecuaciones no lineales.



Ajuste de funciones mediante el método de mínimos cuadrados.



Integración numérica utilizando, por ejemplo, el método de los rectángulos, de los trapecios o el de Simpson.



El método de Euler para la resolución numérica de ecuaciones diferenciales ordinarias.

 La realización de experimentos numéricos supone aclarar qué distingue el experimento de cálculo, del experimento con modelos matemáticos; requiere esclarecer los conceptos de modelo y de modelo matemático, que existen dos vías para construir los modelos matemáticos (el planteamiento de ecuaciones y la construcción de algoritmos de cálculo) y utilizarlas en la elaboración de los mismos. En el proceso de enseñanza-aprendizaje los estudiantes deben realizar los experimentos de cálculo con aquellas funciones que cumplen en la ciencia y conocer esas funciones:



Explicar fenómenos.



Inferir nuevos conocimientos.



Pronosticar el comportamiento de objetos.



Diseñar y probar el funcionamiento de medios técnicos.

 La realización de experimentos docentes automatizados implica que los alumnos estudien la estructura general de un sistema de experimentación mediante ordenadores. La Fig. 1 es la representación esquemática de ese tipo de sistema que incluye los sensores y efectores (micrófonos, termistores, fototransistores; LEDs, motores de paso, relés, etc.); los circuitos acondicionadores de señales (amplificadores, divisores de tensión, interruptores electrónicos, transformadores, etc.) y la tarjeta electrónica para el control de datos. En general, este tipo de tarjeta posee los elementos siguientes:



entradas analógicas y digitales,



salidas analógicas y digitales,



convertidores A/D y D/A,



fuentes reguladas de tensión,



contadores de tiempo y



osciladores de cuarzo.

 Según se haya diseñado el sistema automatizado de experimentación, la tarjeta de control puede estar conectada en el interior del ordenador; formando parte del mismo, o puede encontrarse dentro de un dispositivo independiente; integrando la interfaz. La utilización de distintos tipos de sensores y efectores, y de la tarjeta electrónica de control, conduce al estudio de los conceptos de magnitud analógica y digital.

 Un elemento imprescindible de todo sistema automatizado de experimentación es el software de control. Este tipo de software, en general consta de los siguientes módulos básicos: uno para el intercambio de información entre el ordenador y los dispositivos externos conectados, otro para el procesamiento de los datos y un tercero que constituye la interfaz entre el usuario y la computadora. La construcción del módulo de comunicación entre el ordenador y los dispositivos externos, implica el conocimiento de las instrucciones de entrada y salida en algún lenguaje de programación, el estudio de sistemas de numeración como el binario y el hexadecimal, y el conocimiento de las operaciones lógicas elementales (AND, OR, NOT, XOR). Por su parte, la confección del módulo para el procesamiento de datos puede necesitar la utilización de distintos métodos numéricos de cálculo.

 La familiarización de los estudiantes con el empleo de sistemas expertos requiere aclarar qué es un programa informático inteligente y qué lo diferencia de otros; qué distingue a los sistemas expertos. También supone utilizar los sistemas expertos en la resolución de tareas; por ejemplo, al realizar transformaciones algebraicas complejas, en la solución analítica de integrales y ecuaciones diferenciales; para hallar mediante el análisis espectral, la posible composición química de un material; etc.

 A diferencia de los programas tradicionales de cálculo, que procesan bases de datos (cantidades y caracteres); los programas inteligentes trabajan fundamentalmente con bases de conocimientos. Por eso, un elemento esencial de la construcción de los sistemas expertos es la organización de bases de conocimientos. Existen distintas técnicas para organizar bases de conocimientos. Con dos de ellas, generalmente sin advertirlo, se relacionan frecuentemente los estudiantes. Así, al sistematizar sus ideas mediante la elaboración de mapas conceptuales construyen, en principio, diagramas semánticos. Por otra parte, al buscar información bibliográfica a través de Internet, hacen uso de los frames work.

Utilizar los sistemas de almacenamiento, organización, búsqueda y comunicación automatizada de la información supone familiarizar a los estudiantes con elementos del control automatizado de dispositivos tecnológicos y con la utilización del software necesario. Aquí incluimos el conocimiento de distintos tipos de dispositivos electrónicos y optoelectrónicos: chips de memorias electrónicas, discos magnéticos, discos compactos, circuitos optoelectrónicos integrados, dispositivos de lectura y escritura en discos de diferente naturaleza, cables de fibras ópticas, etc. Incluimos además el estudio de la estructura de las redes de comunicación; el conocimiento y utilización de los formatos de direccionamiento, de los protocolos de transferencia asociados a los servicios de Internet y de los programas para la navegación en la red. Consideramos también el análisis del impacto social de la utilización de esta red global de información. Como parte de los sistemas mencionados, los estudiantes también deben utilizar el libro electrónico (en su forma significativamente ventajosa respecto al libro tradicional), para almacenar y buscar la información necesaria durante la resolución de problemas.

 Los elementos que hemos descrito del contenido de la enseñanza de las ciencias no forman parte de una asignatura determinada. Cada materia, en dependencia del objeto y métodos de la ciencia específica que comprende; de las exigencias sociales y de las necesidades personales de los estudiantes, debe precisar cuáles de estos elementos abordar. Familiarizar a los estudiantes con conceptos, procedimientos y formas de trabajo de la ciencia moderna es una cuestión que, de manera análoga a la investigación contemporánea, la educación aborda desde distintas perspectivas. Demanda de los profesores estrechar la relación entre las distintas asignaturas. De los alumnos reclama; realizar un esfuerzo de integración de los conocimientos de distintas materias: informática, matemática, electrónica, física, etc.

 

En la actualidad, preparar hombres cultos exige desarrollar en los estudiantes la capacidad para orientarse independientemente en la solución de los problemas propios del contexto histórico-social en que viven. Por eso, el contenido de las distintas asignaturas incluye el género de problemas que los alumnos enfrentarán en la vida y las implicaciones sociales de solucionarlos. Si el proceso de enseñanza-aprendizaje toma en consideración las características distintivas de la actividad investigadora contemporánea, la resolución de tales problemas contemplará la utilización de computadoras y el cumplimiento de los objetivos generales correspondientes.

 Los cinco objetivos generales de la enseñanza planteados con anterioridad, responden al estado y necesidades del desarrollo social de las últimas décadas y son, por tanto, relativamente nuevos en la educación científica. Los ordenadores, empleados en función de alcanzar dichos objetivos, se han convertido en un medio indispensable para realizar cambios profundos en la educación científica; para producir en ella transformaciones substanciales. Utilizados en la realización de cálculos, de experimentos automatizados o en la búsqueda automatizada de la información científica durante la resolución de problemas, las computadoras tienen también la función de agilizar el aprendizaje. Al cumplimiento de los objetivos generales mencionados, se subordinan la utilización del libro electrónico y los juegos didácticos que familiarizan a los estudiantes con elementos de la actividad científico-técnica contemporánea. De este modo, los cinco objetivos de la enseñanza que hemos examinado definen las direcciones fundamentales del empleo de las computadoras en la educación científica, coincidentes con las principales líneas de utilización de esos equipos en la actividad investigadora:



La ejecución de cálculos numéricos extensos.



La realización de experimentos de cálculo.



La realización de experimentos automatizados.



La solución de problemas mediante sistemas expertos.



El almacenamiento, organización, búsqueda y comunicación automatizados de la información científica.

En torno a estas funciones de los ordenadores se debe centrar la labor de los estudiantes y profesores de ciencias.

 Resumamos ahora en unos párrafos las principales ideas de este apartado:



El sistema de objetivos generales de la enseñanza de las ciencias referido a la utilización de las computadoras es:

  1. Utilizar las computadoras en la resolución de tareas de cálculo numérico.
  1. Realizar experimentos de cálculo en el ordenador.
  1. Realizar experimentos docentes automatizados.
  1. Emplear sistemas expertos en la resolución de tareas.
  1. Utilizar en la resolución de problemas los sistemas de almacenamiento, organización, búsqueda y comunicación automatizada de la información.
 

Este sistema se encuentra subordinado al objetivo más general de familiarizar a los estudiantes con conceptos, procedimientos y formas de trabajo de la actividad científico-técnica contemporánea. Indica las actividades que deben realizar los alumnos con las computadoras y, al propio tiempo, es la base para definir el contenido de la enseñanza de las ciencias referido a la utilización de los ordenadores.



Las direcciones fundamentales de la utilización de las computadoras en la enseñanza de las ciencias, coinciden con las líneas principales de utilización de esos medios en la actividad investigadora:



La ejecución de cálculos numéricos extensos.



La realización de experimentos de cálculo.



La realización de experimentos automatizados.



La solución de problemas mediante sistemas expertos.



El almacenamiento, organización, búsqueda y comunicación automatizados de la información científica.



Utilizado con los fines anteriormente señalados, el ordenador posibilita el logro de transformaciones substanciales de la educación científica: de sus objetivos y contenido. Por el contrario, al usar las computadoras como soporte de sistemas tutoriales y de los generadores de problemas docentes; de juegos para memorizar y ejercitar conocimientos y del libro electrónico que duplica los textos tradicionales, solo es posible introducir cambios formales en el proceso de enseñanza-aprendizaje de las ciencias. Empleadas con los fines fundamentales señalados, las computadoras también permiten agilizar el aprendizaje. Con esos fines fundamentales se utiliza el ordenador como soporte del libro electrónico de carácter enciclopédico y de los juegos didácticos que familiarizan a los alumnos con elementos de la actividad investigadora.

  



4. Cuestiones Generales de la Metodología de la Utilización de las Computadoras en la Enseñanza de las Ciencias.

 Después de precisar los objetivos generales de la enseñanza de las ciencias referidos a la utilización de las computadoras, de describir el contenido correspondiente e indicar las direcciones fundamentales del empleo de esos medios en la educación científica; debemos prestar atención a las cuestiones de carácter estrictamente metodológico.

 Como ya señalamos, familiarizar a los estudiantes con conceptos, procedimientos y formas del trabajo científico relativos a los ordenadores, implica confeccionar, con una orientación cultural e investigadora del aprendizaje, todo el sistema de tareas (globales y supeditadas) necesario. Según esta idea, los sistemas de tareas mencionados se diseñan con la finalidad de dirigir la actividad de los estudiantes durante la resolución de problemas. La solución de un problema determinado es el motivo, al cual se subordina el cumplimiento del sistema de tareas correspondiente. Por eso dedicaremos este apartado a examinar algunos aspectos distintivos de la resolución de problemas. Tendremos en cuenta aspectos esenciales de dicho proceso establecidos en los últimos años por las investigaciones en didáctica y, por supuesto; las peculiaridades del uso de los ordenadores (Gil y Valdés 1996, Valdés 1996). Es necesario subrayar que se trata sólo de ciertos momentos que, aunque importantes, no constituyen un algoritmo a seguir. Al indicarlos y describirlos, intentamos proporcionar a los profesores un punto de apoyo para dirigir la actividad los colectivos de estudiantes. Los aspectos que examinamos en nuestro trabajo son los siguientes:

 



Creación de una situación problemática y planteamiento de problemas.



Reflexionar sobre el posible interés de la situación problemática.



Análisis cualitativo inicial de la situación problemática.



Emisión de hipótesis y elaboración de diseños.



Implementación y ejecución de algoritmos en el ordenador.



Análisis crítico de la labor realizada.



Elaboración de informes sobre el estudio realizado.



Potenciar la dimensión colectiva del trabajo científico.

 A continuación los describimos.

Creación de una situación problemática y planteamiento de problemas. El profesor concibe las situaciones problemáticas subordinándolas a las necesidades del mundo en que han de vivir los estudiantes, dotando esas situaciones de significado personal e histórico-social. Cuando los alumnos analizan una situación descrita por el profesor, ponen de manifiesto sus concepciones iniciales para explicarla o modificarla. El planteamiento de los problemas se realiza, sobre la base de que los estudiantes adviertan la insuficiencia de los conocimientos, destrezas y medios con que cuentan para comprender o modificar la situación problemática. Cada problema corresponde a un contexto, donde la actividad de solucionarlos resulta necesaria para los estudiantes, y al mismo tiempo para la ciencia, la tecnología y la sociedad en general. El motivo de esa actividad (la solución buscada), puede llegar a convertirse en el contenido de nuevas aspiraciones de los estudiantes con un profundo significado social.

Una situación problemática incentiva la actuación de los alumnos si corresponde a la zona de desarrollo próximo. El enunciado inicial de los problemas debe ser preferentemente abierto, para favorecer así la apropiación de experiencia en la actividad investigadora: el acotamiento de la situación mediante su modelación mental, la emisión de hipótesis y la definición de las cantidades que conducirán a obtener finalmente una solución. Conviene propiciar la participación activa de los alumnos en la solución de los problemas, atendiendo a la metáfora donde los estudiantes ocupan el lugar de "investigadores noveles", dirigidos por un "científico experto": el profesor (Gil 1993).

 Las situaciones problemáticas a las que se pueden enfrentar los estudiantes con ayuda de los ordenadores, en muchos casos no difieren de cuestiones tradicionalmente tratadas en los cursos de física, pero que con ayuda de esos equipos es posible abordar con mayor plenitud. Entre los temas de esas situaciones se encuentran los siguientes :



Estudiar experimentalmente la relación entre la fuerza y la aceleración.



Estudiar el movimiento de proyectiles considerando la resistencia del aire.



Calcular aproximadamente números irracionales como p y e, con una cantidad dada de cifras significativas.



Investigar la eficiencia de pilas secas.



Examinar el comportamiento del modelo de variaciones cuantitativas de una población, que responde a la ecuación en diferencias xn+1 = l xn (1 - xn).

 Reflexionar sobre el posible interés de la situación problemática. Con este fin podrán señalarse qué funciones concretas de los ordenadores en la ciencia, la técnica y la sociedad, serán analizadas durante la búsqueda de la solución a la tarea planteada. Por ejemplo, supongamos que para realizar el estudio propuesto el profesor planificó automatizar un experimento de mecánica con ayuda de una microcomputadora, para lo cual piensa utilizar en calidad de sensor de posición una cinta perforada que en su movimiento intercepta una barrera fotoeléctrica. El curso de física comienza con el estudio de la mecánica y es la primera vez que los alumnos utilizarán ese tipo de instalación experimental. En tal caso el profesor tendrá la posibilidad de indicar a los alumnos que al solucionar la tarea planteada, podrán iniciarse en el estudio de la automatización de experimentos y procesos tecnológicos mediante ordenadores, que constituyen una de las características distintivas de la ciencia y la producción contemporánea. Conviene entonces referirse a ejemplos concretos de ramas de la ciencia y de la tecnología donde es indispensable la automatización de procesos mediante ordenadores: la física nuclear y de las partículas elementales, la medicina, la robótica, etc. Por otra parte, es importante indicar a los estudiantes que son cada vez más los que no pueden concebir la vida cotidiana sin la automatización de determinados procesos. Por ejemplo, sin utilizar el ratón de la computadora para controlar el ordenador, sin comunicarse por correo electrónico o buscar en Internet la información necesaria para el trabajo del día. En las próximas décadas, para vivir con éxito a cada persona le será necesario comprender estas cuestiones y a ello contribuye el estudio propuesto. De este modo se insiste en lograr que el motivo de una actividad de aprendizaje (los conocimientos acerca de la estructura de una instalación para la realización de experimentos automatizados con el ordenador) se aprecie por los estudiantes como algo que satisface sus necesidades personales y, al propio tiempo, determinadas necesidades sociales.

 Cuando la asignatura estudiada forma parte del currículo para la formación de maestros, como ocurre en las instituciones de formación pedagógica, conviene además revelar el valor que tiene la realización de experimentos automatizadas para ejercer la futura profesión: prepararse para familiarizar a los escolares con características distintivas de la vida moderna; aprender a construir o montar instalaciones para realizar los experimentos automatizados en el ordenador en la escuela; tomar con rapidez los datos de las mediciones, dejando mayor espacio para que los alumnos lleven a cabo funciones intelectuales de nivel superior; etc. Así los estudiantes pueden comprender cómo la actividad que realizan los prepara para la vida.

 

De manera semejante es posible proceder cuando la situación problemática requiere específicamente de la utilización de determinados métodos numéricos, de la realización de experimentos con modelos matemáticos, del empleo de sistemas expertos o la búsqueda de información mediante sistemas automatizados.

 Análisis cualitativo inicial de la situación problemática. Con el análisis cualitativo inicial de la situación problemática se encuentran relacionadas las siguientes cuestiones :



Definir con claridad las concepciones iniciales de los alumnos para explicar o modificar la situación planteada.



Acotar el planteamiento abierto original de los problemas.



Ilustrar gráficamente los fenómenos considerados.



Indicar qué factores determinan el comportamiento de los objetos analizados.



Buscar distintas alternativas de solución y posibilidades para transferir soluciones ya conocidas.



Dividir el estudio de la situación planteada en etapas o subproblemas que deben ser resueltos. Ello está asociado con el planteamiento de tareas globales y supeditaas.

 Las cuestiones anteriormente indicadas se encuentran estrechamente ligadas a la emisión de hipótesis y a la elaboración de diseños. En este punto se pueden establecer los módulos más generales que conformarán un programa de cómputo, el posible uso de algún método numérico en la resolución del problema, la conveniencia de utilizar alguna interfaz ya conocida para la automatización de los experimentos, etc.

 La creación de la situación problemática, el planteamiento abierto de los problemas correspondientes, las reflexiones acerca del interés de solucionarlos y el análisis cualitativo inicial de la situación; permiten poner de manifiesto y definir claramente la idea global, inicialmente superficial, que sobre dicha situación tienen los alumnos. Apoyándose en esa idea y, al propio tiempo, negándola en cierta medida; el profesor dirige la formación de los nuevos conocimientos durante la resolución de los problemas.

 Emisión de hipótesis y elaboración de diseños. La emisión de hipótesis y la elaboración de diseños son componentes esenciales de las investigaciones científicas, de la experiencia de la actividad creadora que debe ser comunicada a las nuevas generaciones.

 La emisión de hipótesis posibilita acotar la situación problemática analizada; desbroza el camino que permite al pensamiento superar las concepciones alternativas, superficiales, y transitar del conocimiento de lo aparente a la comprensión más profunda y completa de los fenómenos estudiados. Una hipótesis científica no es cualquier suposición, sino aquella debidamente fundamentada, cuya veracidad ha de ser comprobada y de la cual es posible obtener consecuencias contrastables en la práctica. Por eso resulta necesario insistir en que los estudiantes fundamenten las hipótesis enunciadas y reclamar de ellos la derivación de consecuencias que la experiencia permita confirmar [Razumovski 1987].

 La elaboración de una hipótesis puede comenzar con el análisis cualitativo inicial de la situación problemática y continuar con su formalización en un modelo matemático. El trabajo con el modelo ha de permitir explicar fenómenos, pronosticar sucesos o proyectar el control de determinados procesos reales. De este modo, durante la enseñanza de las ciencias, la construcción de hipótesis conduce a la elaboración de diseños: de modelos matemáticos y de experimentos, que en la actualidad se encuentran estrechamente ligados a la utilización de ordenadores.

 La enseñanza tradicional ha centrado su atención en transmitir a los estudiantes conocimientos, habilidades y hábitos específicos de cierto campo del saber. Sin embargo, si admitimos que es también parte del contenido de la enseñanza comunicar experiencia en la actividad creadora y conformar una actitud investigadora hacia el mundo circundante, a la actividad de diseño debe dedicarse un tiempo considerable en las clases. Los estudiantes han de tener la oportunidad de concentrarse en la construcción de modelos matemáticos y la concepción de instalaciones experimentales automatizadas, en la planificación de experimentos numéricos o con objetos reales y en la elaboración de algoritmos.

 Así por ejemplo, si se desea que los alumnos adquieran experiencia en la actividad investigadora, con anterioridad a la ejecución de un trabajo de laboratorio automatizado mediante el ordenador, sería necesario invertir más de una hora de clases en el diseño colectivo de la instalación experimental y la planificación de las acciones que se llevarán a cabo con ella. Los científicos experimentadores dedican numerosas horas y un esfuerzo incalculable a concebir las instalaciones y a planificar el trabajo con los equipos del laboratorio. Nadie lo hace por ellos y de ahí la profunda comprensión que tienen de los experimentos que realizan. Sin embargo, en la enseñanza de las ciencias es habitual que al ir los estudiantes a realizar las prácticas de laboratorio, ya encuentren preparada la instalación con que trabajarán y tengan de antemano una guía (especie de receta de cocina) previamente concebida por el profesor. Este modo de realizar las prácticas de laboratorio es la expresión de una concepción superficial del trabajo experimental y está relacionado con planteamientos operacionalistas de la enseñanza, que dejan poco espacio al desarrollo del intelecto. Es también la base para la aparición, en el propio proceso de enseñanza-aprendizaje, de concepciones alternativas acerca del experimento científico.

 Un elemento central del trabajo con los ordenadores es la construcción de algoritmos. Ellos pueden ser destinados al cálculo numérico y analítico o a la realización de operaciones de control de dispositivos periféricos utilizados en los experimentos.

 La elaboración de algoritmos supone detallar al máximo el trabajo del ordenador, hasta adquirir una idea exacta de cómo será concretado en el programa informático adecuado: Excel, Mathematica, alguna variante de BASIC, etc. Con este fin conviene diseñar el algoritmo de arriba hacia abajo. Esto significa establecer inicialmente los módulos principales que deben conformar el proceso de cómputo, luego descomponer estos eslabones generales en otros más elementales y así sucesivamente hasta lograr una representación suficientemente clara de todo el proceso, que pueda ser realizada con éxito; los módulos y las relaciones entre ellos se representan esquemáticamente. Anticipar y precisar de esta manera el trabajo permite evitar las improvisaciones frente al ordenador, en beneficio de la rigurosidad de las ideas y la economía de tiempo. En nuestra experiencia docente hemos insertado con éxito, como un elemento necesario de los cursos básicos de física, la elaboración de algoritmos de cálculo por los estudiantes.

 Finalmente, para concluir la descripción de este aspecto de la resolución de problemas queremos destacar dos ideas fundamentales. 1) Planificar clases para que los estudiantes construyan hipótesis y modelos matemáticos, diseñen algoritmos y experimentos, no implica necesariamente reducir el contenido del aprendizaje. Por el contrario, a la tradicional trasmisión de conocimientos, habilidades y hábitos se añaden elementos de cardinal importancia que posibilitan elevar la calidad del proceso de enseñanza-aprendizaje. Estos elementos permiten comunicar experiencia en la actividad científico-investigadora y formar una actitud inquisitiva y creadora hacia el mundo circundante. 2) Semejante concepción del contenido y del modo de organizar el aprendizaje posibilita la formación de conocimientos más profundos y sólidos en los estudiantes y contribuye a la superación de sus ideas alternativas que, como se ha podido comprobar, persisten con la enseñanza tradicional.

 

Implementación y ejecución de algoritmos en el ordenador. Emplearemos la frase "implementar un algoritmo", con el sentido de, mediante la programación en un lenguaje de alto nivel o la utilización de un programa informático especializado como Excel o Mathematica, expresar el sistema de operaciones indicados en el algoritmo.

 Implementar en el ordenador un algoritmo no es un ejercicio intelectual de segundo orden; presupone actuar según una estrategia de trabajo, haber anticipado y luego obtener un efecto; comparar este último con un modelo ideal y rectificar la estrategia inicial en un proceso cíclico hasta lograr el resultado satisfactorio. Es una especie de experimento en el que predominan las acciones intelectuales y están presentes elementos motivacionales como el reto y la fantasía. El reto, de lograr que el ordenador funcione según una estrategia previamente concebida. La fantasía, dada en que cada persona concibe a su manera la forma (gráficos, tablas, etc.) en que serán expresados finalmente los resultados de la labor realizada.

 Programar el funcionamiento del ordenador exige detallar al máximo, con pensamiento profundo, las operaciones que debe ejecutar la computadora y permite además adquirir conocimientos y habilidades sobre la elaboración de software, que es una de las líneas importantes de la producción contemporánea. Por eso la confección de programas informáticos sencillos durante la resolución de problemas, es una contribución importante al desarrollo intelectual de los estudiantes.

 Al implementar un algoritmo son útiles las siguientes recomendaciones prácticas:

 

Asegurar que las operaciones que tengan como resultado un único valor no se repitan más de una vez, y en especial, evitar la inclusión de estas dentro de lazos.



Definir al inicio de los cálculos, en calidad de variables o de constantes, todas las cantidades cuyos valores son conocidos. De este modo, si resultara necesario alterar el valor de alguna de ellas, se haría una sola vez en los datos iniciales y no en cada lugar donde se utilice su valor. Este recurso ahorra tiempo y evita cometer errores difíciles de detectar.



La implementación de algoritmos supone escribir numerosos comentarios que revelen la estructura lógica del software y el modo de usarlo (campo de valores posibles de los datos de entrada, unidades de las magnitudes, etc.).



Durante la corrección y puesta a punto del programa, debe asegurarse que los lazos se repitan un número pequeño de veces.



Para facilitar el trabajo colectivo de los estudiantes en el aula, durante la implementación de algoritmos, es útil establecer un acuerdo común de los símbolos con que se representarán las diversas cantidades en el software

 Análisis crítico de la labor realizada. Los estudiantes contrastan los resultados obtenidos con los esperados, con los de sus compañeros y los extraídos de libros u otras fuentes de información. Consideran las principales fuentes de error en los trabajos de laboratorio realizados y la influencia de éstas en los resultados obtenidos. Proponen vías para el mejoramiento de las instalaciones experimentales empleadas, con el fin de disminuir los errores calculados. Ocurre la derivación de nuevos problemas.

 Este aspecto supone considerar la relación del estudio realizado, con otros campos del conocimiento, con las aplicaciones técnicas de la ciencia y con posibles repercusiones positivas o negativas en la sociedad. Para hallar información actualizada al respecto, los alumnos pueden emplear el ordenador como elemento esencial de los sistemas automatizados para el almacenamiento, organización, búsqueda y transmisión de la información durante la resolución de problemas. Pueden acceder, por ejemplo, a libros electrónicos de carácter enciclopédico o, a través de Internet, a distintos centros de información. Pueden finalmente expresar sus opiniones acerca del provecho personal del estudio llevado a cabo.

 

En lo referido a la utilización del ordenador los alumnos pueden discutir sobre las ventajas de haberlo empleado en la resolución del problema, tomando en cuenta las limitaciones de otras variantes de solución que no incluyen el uso del equipo. Al analizar cómo profundizar y ampliar en el estudio realizado, es posible examinar cuestiones como:

 



La semejanza y las diferencias del problema resuelto con otros de las investigaciones de frontera. Por ejemplo, la semejanza y la diferencia entre calcular la trayectoria de un proyectil esférico considerando la resistencia del aire, y el establecimiento del programa de vuelo para colocar en la órbita terrestre un satélite artificial.



Cómo el principio de funcionamiento de la instalación experimental utilizada se encuentra en la base de sistemas automatizados de producción conocidos.



La posibilidad de utilizar métodos numéricos de mayor exactitud para la realización de los cálculos.



Intentar el mejoramiento de la presentación y de las posibilidades de interacción que ofrece el software confeccionado.

 Tiene especial importancia que, al analizar críticamente la labor realizada, los estudiantes precisen el origen de las limitaciones de la idea global de partida que tenían sobre la situación problemática. También el análisis debe permitir definir con claridad la nueva imagen construida, más completa y profunda, sobre dicha situación.

 Al examinar la resolución de diversos problemas los estudiantes, dirigidos por el profesor, pueden ir precisando las principales líneas de la utilización de las computadoras en las investigaciones científicas y argumentar sus ideas haciendo referencia a hechos de la historia. Este tipo de actividad tiene especial importancia cuando se trata de la formación de profesores, quienes deben saber qué objetivos de la enseñanza relativos al uso de las computadoras deben lograr.

 Elaboración de informes sobre el estudio realizado. Los alumnos culminan el trabajo de investigación redactando informes que pueden ser debatidos con el resto de los compañeros de estudio. Cada comunicación puede incluir, por ejemplo, los siguientes aspectos:

 



Breve introducción donde describen la situación analizada y expresan claramente la idea global inicial que tenían sobre la misma.



Las hipótesis, las ecuaciones planteadas, los modelos matemáticos, los esquemas de las instalaciones experimentales utilizadas, las deducciones analíticas, los algoritmos diseñados, etc.



Las implicaciones personales y sociales de la resolución de los problemas.



El origen de las limitaciones de la idea global de partida que tenían acerca la situación.



Clara descripción de la nueva idea global, más completa y profunda, a la que han arribado.

 Conviene que los alumnos confeccionen el informe escrito mediante algún procesador de textos ampliamente utilizado para la presentación de trabajos en revistas científicas; que intercambien con alumnos de otros centros las experiencias obtenidas durante el estudio realizado; empleando, por ejemplo, el correo electrónico. De este modo se familiarizan con las formas actualmente utilizadas en la ciencia para comunicar la información científica.

 Al revisar los informes, el profesor indica a los estudiantes los errores cometidos, analiza con ellos cómo superarlos, la necesidad de ampliar o profundizar más en torno a alguna idea, valora aspectos actitudinales manifestados durante la resolución del problema, etc. Después los alumnos reelaboran el informe, consultan al profesor y a sus compañeros de aula en la medida necesaria y así, luego de obtener la versión definitiva, ya mejorada, se define la calificación final. De este modo, la evaluación del informe resulta un instrumento de retroalmientación, que para favorece el aprendizaje y permite ajustar la enseñanza a las necesidades y posibilidades reales de aprendizaje de los estudiantes (Cruz et al 1996).

 Potenciar la dimensión colectiva del trabajo científico. La ciencia es el resultado del esfuerzo de una comunidad. Durante la enseñanza esto se refleja propiciando un ambiente de discusión colectiva y de respeto a las diversas opiniones en torno a la resolución de los problemas planteados. Al planificar colectivamente la resolución de un problema global, la actividad de los estudiantes se descompone mediante el enunciado de tareas supeditadas. La realización de algunas de estas tareas puede ser distribuida en equipos de trabajo que adoptan objetivos comunes y luego, en un clima de diálogo, coordinan las soluciones parciales obtenidas.

 Potenciar la dimensión colectiva del trabajo científico quiere decir, entre otras cosas, considerar el componente afectivo de la actividad. Cada cual necesita sentirse aceptado por el grupo (el profesor inclusive) y saber que sus intereses individuales son tomados en cuenta por el colectivo. Para favorecer un clima de aceptación por el grupo, la evaluación debe contribuir a destacar cualidades como la perseverancia, la independencia, el colectivismo, etc.

 Al tomar en cuenta este aspecto de la resolución de problemas con la utilización de los ordenadores, se pone de manifiesto que no tiene sentido asociar al empleo de esos equipos, el riesgo de que la enseñanza pierda su carácter colectivo.

 Si consideramos en el proceso de enseñanza-aprendizaje – de la manera más abarcadora – las características distintivas de la actividad investigadora contemporánea; los alumnos no solamente han de acotar problemas, plantear hipótesis, diseñar experimentos, etc. Los hombres de ciencia invierten una buena parte del tiempo de trabajo, en apropiarse de información a través de libros, revistas especializadas, conferencias y reuniones científicas. De forma semejante, los estudiantes han de recibir información escuchando la exposición del profesor y de otros alumnos, leyendo libros, revistas de divulgación científica y utilizando sistemas para la búsqueda y comunicación automatizada de la información.

 Durante la resolución colectiva de problemas científicos muchos investigadores reciben tareas con un planteamiento que contiene las acotaciones necesarias para encontrar la solución. En esos casos los especialistas resuelven la tarea utilizando la experiencia acumulada y transfiriendo a la nueva situación las soluciones conocidas, ejercitan el manejo de determinados procedimientos y amplían el horizonte cultural. Del mismo modo, impregnar el proceso de enseñanza-aprendizaje de una orientación investigadora, no excluye proponer a los alumnos tareas (dentro del contexto que las haga necesarias) con las acotaciones que facilitan la búsqueda de la solución. Es posible plantearlas incluso cuando sabemos que los estudiantes cuentan con los conocimientos y las habilidades para solucionarlas con rapidez. En este caso ellos se ejercitan, no en la repetición mecánica de acciones ya realizadas, sino en la realización de acciones que favorecen la adquisición de experiencia y la utilización del lenguaje interiorizado. El profesor puede además, organizar el planteamiento de los problemas de modo tal, que la resolución de cada uno conduzca a un nuevo conocimiento o habilidad y al propio tiempo, a la ejercitación de conocimientos ya adquiridos.

 Finalmente, concluiremos el análisis de las cuestiones generales acerca de la metodología de la utilización de las computadoras en la enseñanza de la física, refiriéndonos a la necesidad de prestar especial atención a la formación y evaluación de actitudes en los estudiantes. Aunque este aspecto no es específico del uso de ordenadores en el proceso de enseñanza-aprendizaje, consideramos indispensable hacer referencia a él. En primer lugar, porque al igual que los conocimientos, las habilidades y la experiencia en la actividad investigadora; la formación de valores morales y actitudes propias de los hombres de ciencia es parte del contenido de la enseñanza. En segundo lugar porque, como muestra la práctica docente, obviar este aspecto puede hacer ineficaces los esfuerzos del colectivo de profesores dirigidos al logro de los objetivos de la enseñanza relativos a utilización de los ordenadores.

 

La actividad investigadora requiere de un enorme trabajo de búsqueda colectiva e individual, de profundización en la situación analizada y de maduración de las ideas. Como lo muestra la historia de la ciencia, sólo después de ingentes esfuerzos, los hombres de ciencia pueden llegar a determinado resultado. Para ello se requiere de una tenacidad colosal y del espíritu crítico y autocrítico que permita comprender objetivamente y con profundidad la situación analizada. Considerar con respeto la obra de los antecesores y de los colegas es una cualidad personal con peso significativo en la consecución de logros científicos. Si deseamos que nuestros estudiantes tengan una visión más completa de la actividad investigadora que la transmitida por la enseñanza tradicional, la resolución de los problemas planteados debe contemplar características de la actividad científica como el intenso y prolongado trabajo de búsqueda y maduración de las ideas, el análisis crítico de diferentes variantes de solución, aprender a precisar los aspectos positivos de la labor realizada por otros compañeros de clase. La manifestación de estas actitudes en el proceso de enseñanza-aprendizaje favorece la obtención de conocimientos sólidos y profundos y la formación de un pensamiento flexible.

 Actualmente la ciencia tiene formidables implicaciones medioambientales, un impacto extraordinario en la técnica y la producción, en el enfrentamiento de problemas globales como los de la alimentación y la salud. Hacia la enorme repercusión social de las investigaciones, inevitablemente dirige hoy su atención la comunidad científica progresista y ello debe ser considerado obligatoriamente en el proceso de enseñanza-aprendizaje. La enseñanza debe contribuir a la formación de una actitud práctica e imprimir una orientación social del pensamiento de los estudiantes.

 Los alumnos que ponen de manifiesto los valores morales y las actitudes descritas deben ser, en la medida adecuada, destacados públicamente y por el contrario, es necesario censurar la apatía, la inclinación hacia la opinión inmadura, el individualismo y el engreimiento. Ensalzar o censurar determinadas actitudes de los estudiantes es indispensable; puede ser una acción individual o pública, emprendida por el profesor, el colectivo de profesores o por el colectivo de estudiantes.

 En general las cuestiones metodológicas expuestas, no están ceñidas solamente al uso de los ordenadores. Son propias de la enseñanza de las ciencias en general; y es natural que así sea. De lo que aquí se trata es, ante todo, de familiarizar a los estudiantes con las características distintivas de la utilización de las computadoras en la ciencia moderna, y no existe una metodología exclusiva de la utilización de los medios informáticos en la actividad investigadora. No pretendimos insistir en proposiciones didácticas específicas del uso de los ordenadores, orientadas a describir cómo utilizar ese medio simplemente para facilitar el aprendizaje. Tampoco quisimos reducir nuestras consideraciones metodológicas a la tradicional descripción de la resolución formal de determinados problemas docentes o al análisis de propuestas tecnológicas concretas. Estas proposiciones y descripciones las hay en abundancia y, en general, no indican cómo los ordenadores pueden ser empleados con una intención profundamente renovadora.

 A continuación resumimos las principales ideas contenidas en este apartado:

 

El camino general de la actividad investigadora puede describirse del modo siguiente: de la representación global, inicialmente superficial, de una situación; al análisis de las relaciones substanciales entre las cosas y a la reconstrucción progresiva de la situación, hasta finalmente obtener una nueva imagen global del objeto estudiado, más profunda y completa.

 

La creación de la situación problemática, el planteamiento abierto de los problemas correspondientes, las reflexiones acerca del interés de solucionarlos y el análisis cualitativo inicial de la situación; permiten poner de manifiesto y definir claramente la idea global de partida que sobre dicha situación tienen los alumnos. Apoyándose en esa idea y, al propio tiempo negándola en cierta medida, el profesor dirige la formación de los nuevos conocimientos durante la resolución de problemas.

 

La elaboración de hipótesis y modelos matemáticos, el diseño de instalaciones experimentales y de algoritmos, la planificación de experimentos físicos y de cálculo; son componentes de la actividad creadora y también las vías para que el pensamiento pueda penetrar en la realidad, más allá de la apariencia. Los hechos experimentales y los resultados de los cálculos realizados, deben ser contrastados con las concepciones iniciales de los alumnos y servir de base para conformar una nueva imagen acerca de los objetos estudiados.

 

El análisis crítico de la labor realizada durante la resolución de los problemas y la confección de los informes correspondientes por los estudiantes, posibilitan establecer el origen de las limitaciones de la idea global de partida y están orientados a precisar la nueva idea global, más completa y profunda, a la que han arribado.

 

Al utilizar los ordenadores durante la resolución de problemas docentes, es posible y necesario potenciar la dimensión colectiva del trabajo científico. No tiene sentido asociar al empleo de las computadoras, el riesgo de que la enseñanza pierda su carácter colectivo. Desde nuestro punto de vista, en la educación científica – al igual que en la actividad investigadora – el empleo de ordenadores constituye, por el contrario, una vía para reafirmar su carácter colectivo.

 

El profesor concibe las situaciones problemáticas que se solucionan mediante los ordenadores, atendiendo a necesidades sociales y a las necesidades reales de los estudiantes. El análisis de la importancia de la resolución de los problemas correspondientes, debe orientarse a esclarecer las principales líneas de utilización de los ordenadores en la actividad científico-técnica, de la cual depende en la actualidad el bienestar de la gente. Ello está en la base del aprendizaje significativo y de la formación de nuevos motivos de la actividad de los estudiantes.

 

5. Conclusiones

 A la luz de la experiencia acumulada en la utilización de los medios informáticos durante la enseñanza de las ciencias, es necesario cuestionar si los objetivos y el modo con que habitualmente empleamos las computadoras en el proceso de enseñanza-aprendizaje se adecuan, en la medida requerida, a las exigencias renovadoras de la cultura contemporánea. En este sentido, para la didáctica de las ciencias constituye un problema elevar la eficiencia de la utilización de las computadoras durante el aprendizaje de las diversas asignaturas. Creemos que es posible un uso más eficaz de los ordenadores en la educación científica, si entre los múltiples fines con que son empleados se destacan los fundamentales y en torno a ellos se centra el trabajo de los estudiantes y del colectivo de profesores.

 Hemos abordado de modo general los objetivos, el contenido y la metodología de la enseñanza, relativos al empleo de los ordenadores en la educación científica. Ello tiene importancia no solamente para la enseñanza de las distintas materias, sino también para definir sobre qué aspectos hacer énfasis en la formación y superación de los profesores. En este apartado indicaremos las ideas principales abordadas en el trabajo y, al propio tiempo, precisaremos algunos elementos que han de conformar la preparación de los colectivos de profesores de ciencias.

 Hemos empleado al palabra "colectivo", para señalar que las exigencias destacadas a continuación no están referidas a cada miembro del equipo de profesores, sino a la sabiduría colectiva de ese equipo (Gil et al 1994). Del mismo modo que el progreso de las investigaciones sobre una temática determinada se debe al trabajo conjunto de diferentes especialistas, pensamos que el éxito de la utilización de las computadoras en la enseñanza de las ciencias ha de ser el resultado de un trabajo coordinado, en el que cada docente ofrece su aporte individual. Insistimos en esto por dos razones básicas. En primer lugar, porque el logro de los objetivos generales relativos a la utilización de las computadoras, requiere un esfuerzo de integración (por parte de estudiantes y profesores) de los conocimientos de informática, matemática, electrónica, física y otras ciencias. Esa integración de conocimientos supone cambios y armonía en los objetivos, contenido y formas de enseñar las materias correspondientes y el trabajo coordinado de los profesores de distintas asignaturas. En segundo lugar insistimos en la palabra colectivo, porque hoy, en medio de un crecimiento inusitado y rápido envejecimiento de los conocimientos científicos, no tiene sentido pretender que cada docente sea un erudito en la informática y sus aplicaciones. Sólo la sabiduría conciliada de los profesores puede atemperar el intelecto de los estudiantes a los cambios que hoy se operan en la ciencia y la tecnología.

 A continuación precisamos los aspectos que, en nuestra opinión, deben caracterizar la preparación del colectivo de profesores relativa a la utilización de las computadoras en la enseñanza de la física:

 



Saber solucionar con el ordenador tareas referidas al cálculo numérico, la experimentación con modelos matemáticos, la automatización de experimentos, la utilización de sistemas expertos y el empleo de sistemas para la búsqueda automatizada de la información científica. Ello requiere que, en adición al manejo básico del ordenador, el profesor pueda emplear los siguientes recursos:

 

Material docente escrito, con la exposición de los conceptos, el planteamiento y la solución de tareas relativas al logro de los objetivos generales relativos a la utilización de las computadoras.



Lenguaje de programación de alto nivel (BASIC por ejemplo) y algunos programas, en ese lenguaje, para la resolución de las tareas.



Software orientado a la realización de cálculos (empleo de hojas de cálculo como Excel y paquetes de programa como Derive, Mathcad y Mathematica).



Software específico para la realización de experimentos con modelos matemáticos en el ordenador.



Sistema para la automatización de experimentos docentes y la comprensión de los fundamentos del control de procesos productivos mediante ordenadores.



Sistema experto para la resolución de problemas.



Libros electrónicos de carácter enciclopédico y conexión a Internet.

 

Saber argumentar cuáles son los objetivos generales de la enseñanza de las ciencias relativos a la utilización de las computadoras. Esto supone :

 

Asumir como objetivo general de la educación científica, indispensable para satisfacer un encargo de la sociedad contemporánea, familiarizar a los estudiantes con conceptos, procedimientos y formas de la actividad investigadora contemporánea.



Considerar que las principales líneas de utilización de las computadoras en la actividad investigadora son:

 



La realización de cálculos numéricos extensos.



La realización de experimentos de cálculo.



La realización de experimentos automatizados.



La solución de problemas mediante sistemas expertos.



El almacenamiento, organización, búsqueda y comunicación automatizados de la información científica.

 

Saber argumentar cuáles son las direcciones fundamentales de utilización de los ordenadores en la enseñanza de las ciencias. Estas direcciones coinciden con las líneas principales de utilización de las computadoras en la actividad investigadora. Son fundamentales, porque se encuentran relacionadas al logro de nuevos objetivos, al aprendizaje de nuevos contenidos y a la implementación de nuevos métodos y formas de trabajo en la educación científica. Los juegos didácticos que familiarizan con la tecnología moderna y la utilización del libro electrónico enciclopédico, están supeditados a las cinco direcciones indicadas que, por si mismas, también agilizan el aprendizaje.

 

La utilización de las computadoras en las direcciones fundamentales señaladas, conduce a la preparación de las nuevas generaciones para asimilar en esencia y potenciar verdaderamente el desarrollo de la cultura moderna.

 

Utilizar los ordenadores en la resolución de problemas docentes. Ello significa:



Conferir un papel esencial al planteamiento y acotamiento de situaciones problemáticas, a la discusión del posible interés de la solución de esas situaciones, a la formulación de los problemas, a la emisión de hipótesis, al diseño de modelos matemáticos, de instalaciones experimentales, de algoritmos y de programas informáticos, y a la dimensión colectiva del trabajo de los estudiantes.



Planificar la actividad de los alumnos durante la resolución de los problemas a través de sistemas de tareas globales y supeditadas.



Diseñar los problemas y sistemas de tareas correspondientes, considerando la integración armónica de las necesidades personales de los estudiantes y determinadas necesidades sociales. De esta manera la actividad realizada por los estudiantes favorecerá la formación de nuevos motivos y aspiraciones en los alumnos.



Diseñar los problemas y los sistemas de tareas correspondientes, considerando las implicaciones de la ciencia (particularmente de la informática) en la tecnología y toda la cultura.



Conformar en un sistema los objetivos y el contenido de asignaturas afines como la informática, la matemática, la electrónica, la física y otras materias; coordinando coherentemente el trabajo del colectivo de profesores.

 

Prestar especial atención a la formación de actitudes en los estudiantes. Con ello se persigue no sólo alcanzar un objetivo fundamental del proceso de enseñanza-aprendizaje (la formación de valores éticos en los alumnos); sino también asegurar el éxito de dicho proceso. Sin el estímulo y la evaluación planificada de manifestaciones de la personalidad como la disciplina, la tenacidad, el espíritu crítico, la disposición para el trabajo individual colectivo, etc.; es imposible garantizar un aprendizaje que refleje adecuadamente elementos de la actividad investigadora contemporánea. Solo de este modo, es posible alcanzar los objetivos generales de la enseñanza de las ciencias relativos al empleo de los ordenadores.

 Al trabajar de conformidad con la concepción expuesta del uso de los ordenadores, hemos obtenido resultados positivos en la formación de profesores de física y durante la enseñanza de esa materia en pequeños grupos de estudiantes de la educación secundaria y preuniversitaria.

 

5. Bibliografía.

 CMA/AMSTEL Institute.1997a.: Activity book. LEGO DACTA models whith Coach Junior. Amsterdam.

CMA/AMSTEL Institute.1997b.: Teacher manual. LEGO DACTA models whith Coach Junior. Amsterdam.

CMA/AMSTEL Institute.1997c: The Crossroads Project. Amsterdam.

Cruz, A.; Gil, D. y Valdés, P. 1996.: La evaluación en la enseñanza-aprendizaje de la física (en A. Curz y otros. Temas escogidos de la didáctica de la física). Editorial Pueblo y Educación.

EduSoft. 1996.: FÍSICA APLICADA. Microlab de Resolución de Problemas. SeiTechLibrars.

Fonseca, A. 1990.: Sistema Computacional para el Estudio de Temas de Óptica y de Física Moderna. Universidad de Camagüey.

Gates, W. 1995.: Camino al futuro. McGraw-Hill Interamericana, S. A.

Gil, D. 1993.: Contribución de la historia y de la filosofía de las ciencias al desarrollo de un modelo de enseñanza\aprendizaje como investigación. Enseñanza de las Ciencias, 11 (2).

Gil, D. Valdés, P. 1996.: La resolución de problemas de Física : de los ejercicios de aplicación al tratamiento de situaciones problémicas (en A. Cruz y otros. : Temas escogidos de didáctica de la física). Editorial Pueblo y Educación. Ciudad de La Habana.

Gil, D.; Pessoa, A., Fortuny, J., Azcárate, C., 1994. Formación del profesorado de las ciencias y la matemática. Tendencias y experiencias innovadoras. Editorial Popular, S.A. Madrid.

González, F. 1995. : Comunicación, personalidad y desarrollo. Editorial Pueblo y Educación. La Habana.

Helms, H. et al.1988.: The McGraw-Hill Computer Handbook. Editora Revolucionaria. Ciudad de La Habana.

Moiseev, A.1979.: La matemática plantea el experimento (en ruso). Editorial Nauka. Moscú.

O’Shea, T. ; Self, J. 1985.: Enseñanza y Aprendizaje con Ordenadores. Inteligencia artificial en educación. Ediciones Anaya Multimedia, S. A.

Razumovski, V. 1987.: Desarrollo de las capacidades creadoras de los estudiantes en el proceso de enseñanza de la física. Editorial Pueblo y Educación. La Habana.

Roth, W. 1995.: Affordances of Computers in Teacher-Students Interactions : The Case of Interactive Physiscs. Journal of Research in Scince Teaching. 1995. Vol. 32, N° 4.

Tíjonov, A. N.; Kostomarov, D. P. 1979.: Relatos sobre matemática aplicada. Editorial Nauka. Moscú.

Valdés, R. 1996. : Objetivos fundamentales y metodología de la utilización de las computadoras en la enseñanza de la física. Consideraciones acerca de la formación y superación de profesores. Tesis doctoral. ISPEJV. Ciudad de La Habana.

Valdés, R. y Valdés, P. 1999. : Tres ideas básicas de la didáctica de las ciencias (incluido en este mismo volumen).