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Aula virtual para la enseñanza del diseño de experimentos.
Experiencias y Avances.
Armando Cervantes Sandoval, [email protected]; Patricia Rivera García, [email protected]; Ilse Pérez
Castañeda, [email protected].
FES Zaragoza, UNAM
Temática: Experiencias en la enseñanza de la probabilidad, estadística y áreas afines a nivel universitario
RESUMEN
Se muestra un aula virtual para la impartición de un curso b-Learning sobre
diseños de experimentos. Éste se desarrolló en la plataforma Moodle y consta de
un material escrito que es la base del diseño instruccional, el curso consta de
cinco grandes temas: Análisis de Varianza, Modelo, Fundamentos, Supuestos,
Pruebas de comparación de medias e interpretación; Diseños con variables de
bloqueo, Diseños de bloques al azar completos, Cuadrados latinos y Cuadrados
grecolatinos; Diseños factoriales completos, Análisis de factores principales y de
interacciones, Enfoque gráfico como herramienta de interpretación; Diseños 2k y
3k; Diseño anidados. Lo conforman tres grandes componentes: el profesor-
apuntes; la interface Moodle-Estudiante y la Retroalimentación actividades-
seguimiento del aprendizaje por parte de los dos actores principales del proceso
enseñanza-aprendizaje, el docente y el estudiante. El aula ha mostrado su utilidad
como reservorio de información, como material de consulta del alumno sin
barreras espacio-temporales y como un apoyo de retroalimentación para mejorar
el aprendizaje del alumno, promoviendo y facilitando el trabajo colaborativo, pero
sobre todo proporcionando los elementos para la correcta aplicación de las
técnicas del Diseño de Experimentos.
Palabras claves: diseño de experimentos, aulas virtuales, b-Learning, Moodle.
INTRODUCCIÓN
La educación, al igual que todas las actividades de los seres humanos, están cada
día más inmersas en el uso de la tecnología para la organización, gestión y toma
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de decisión en todos los ámbitos, al intervenir en el estudio, desarrollo,
implementación, almacenamiento y distribución de la información mediante los
recursos tecnológicos adecuados. Al grado que actualmente las universidades
tienen la exigencia de formar estudiantes competentes en una sociedad que gira
en torno a la información y se nutre de herramientas que facilitan el proceso de
comunicación de manera cada vez más efectiva, pero sobre todo al alcance
económico de más gente.
Los alumnos cada vez usan más herramientas informáticas basadas en el uso de
Internet, sin que esa actividad se vincule a la escuela. Por ejemplo, es común la
comunicación por correo electrónico o el Facebook aún con amigos a los que ven
a diario, además de las posibilidades de participar en chat’s o blogs con personas
de otra parte del mundo, involucrándose en verdaderas comunidades virtuales que
tienen acceso fácil y rápidamente a información de todo tipo, sobre casi cualquier
tema y en diferentes formatos, como texto, imagen, vídeo o voz.
El profesor ya no es el dueño de lo información, pues los estudiantes pueden
acceder o ella fácilmente, y por tanto hoy más que nunca se requiere que el
docente sea el formador de pensamiento de los estudiantes, aquel que le ayudará
a enfrentar de mejor manera el mundo de la información y le inducirá a sacar
provecho de ello para su crecimiento personal y profesional (Castiblanco y
Vizcaino, 2006).
Esta tendencia se aprecia en la enseñanza de la estadística y en especial de los
modelos de diseño de experimentos, los cuales son modelos clásicos cuyo
objetivo es averiguar si unos determinados factores influyen en una variable de
interés y, si existe influencia de algún factor, cuantificar dicha influencia. Un diseño
experimental es una regla que determina la asignación de las unidades
experimentales a los tratamientos (Montgomery, 2004). Aunque los experimentos
difieren unos de otros en muchos aspectos, existen diseños estándar que se
utilizan con mucha frecuencia. Algunos de los más aplicados son: Diseño
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Completamente Aleatorizado (DCA), Diseño de Bloques al Azar Completos
(DBAC), Diseños Factoriales. A partir de estos se pueden derivar algunos otros
como diseños a dos niveles y los Diseños Factoriales Anidados.
Los cuales presentan una serie de interrogantes para su correcta aplicación,
como: ¿Cuál es el diseño más adecuado a una situación experimental?, inclusive,
¿es el diseño experimental la herramienta estadística a aplicar?, ¿Se cumplen los
supuestos del modelo estadístico? ¿qué hacer después de rechazar Ho, cual es la
mejor prueba de comparación múltiple de medias? ¿cómo interpretar los
resultados desde el punto de vista estadístico? ¿cómo aplicar los resultados al
contexto del problema real?
El aula desarrollada pretende dar respuesta a estas interrogantes más algunas
otras que surgen al impartir un curso de diseños.
OBJETIVO
Desarrollar un entorno virtual de aprendizaje para la enseñanza-aprendizaje de los
fundamentos y la correcta aplicación de las herramientas del diseño de
experimentos a datos reales a la investigación en el área Químico-Biológica.
JUSTIFICACIÓN
El diseño de experimentos consta de un conjunto de herramientas cuya aplicación
requiere de una serie de toma de decisiones que en algunos casos convierte la
aplicación de la estadística en un problema tan complejo como la investigación
misma. Por lo que se requiere de apoyos que le permitan al estudiante revisar los
conceptos todas las veces que sea necesario sin fronteras de tiempo o espacio.
Lo que se pretende lograr con el desarrollo de un aula virtual.
MATERIAL Y MÉTODO
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El desarrollo de un aula virtual consta de diferentes etapas que inicia en la
definición de la estructura del curso a impartir. Tomando esto como base se
elabora un material escrito que le dé sustento a todo el material de apoyo o de
consulta que se construya, después se selecciona la plataforma de desarrollo, en
este caso Moodle, por las enormes ventajas que describen algunos autores como
Granero-Gallegos y Baena-Extremera (2015). el cual se explora para conocer las
facilidades que proporciona para diseñar y desarrollar el aula virtual. Se
implementó un primer prototipo que funcionó como reservorio de información, en
el cual se puso a disposición de los estudiantes todo el material de consulta. En
una segunda etapa se le agregaron foros de discusión para promover la
interacción de todos los participantes. Y en una tercera versión se le están
agregando herramientas de evaluación que permiten al estudiante darle
seguimiento a su propio nivel de conocimientos, para que a partir de eso se
comprometa e incremente sus niveles de participación. En todo este proceso se
van involucrando profesores y alumnos que en un contexto de trabajo colaborativo
van construyendo, corrigiendo y mejorando el aula virtual, para que cumpla su
función de recurso didáctico.
RESULTADOS
Como primer paso se decidió trabajar con los diseños clásicos, estos son:
Diseño completamente aleatorizado (DCA), donde el experimentador asigna las
unidades experimentales a los tratamientos al azar. La única restricción es el
número de observaciones que se toman en cada tratamiento. De hecho, si ni es el
número de observaciones en el i-ésimo tratamiento, i =1,...,I, entonces, los valores
n1,n2,...,nI determinan por completo las propiedades estadísticas del diseño.
Naturalmente, este tipo de diseño se utiliza en experimentos que no incluyen
factores bloque.
El modelo matemático de este diseño tiene la forma:
Respuesta = Constante + Efecto Tratamiento + Error
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Diseño en bloques o con un factor bloque
En este diseño el experimentador agrupa las unidades experimentales en bloques,
para después determinar la distribución de los tratamientos en cada bloque y, por
último, se asignan al azar las unidades experimentales a los tratamientos dentro
de cada bloque.
En el análisis estadístico de un diseño en bloques, éstos se tratan como los
niveles de un único factor de bloqueo, aunque en realidad puedan venir definidos
por la combinación de niveles de más de un factor ruido.
El modelo matemático de este diseño es:
Respuesta = Constante + Efecto Bloque + Efecto Tratamiento + Error
El diseño en bloques más simple es el denominado diseño en bloques completos,
en el que en cada tratamiento se observa el mismo número de repeticiones en
cada bloque. El diseño en bloques completos con una única observación por cada
tratamiento se denomina diseño en bloques completamente aleatorizado o,
simplemente, diseño en bloques aleatorizado (DBCA). Cuando el tamaño del
bloque es inferior al número de tratamientos no es posible observar la totalidad de
tratamientos en cada bloque y se habla entonces de diseño en bloques
incompletos.
Diseños con dos o más factores
En algunas ocasiones se está interesado en estudiar la influencia de dos (o más)
factores tratamiento, para ello se hace un diseño de filas por columnas. En este
modelo es importante estudiar la posible interacción entre los dos factores. Si en
cada casilla se tiene una única observación no es posible estudiar la interacción
entre los dos factores, para hacerlo hay que replicar el modelo, esto es, obtener k
observaciones en cada casilla, donde k es el número de repeticiones.
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El modelo matemático de este diseño es:
Respuesta = Constante + Efecto Factor Fila + Efecto Factor Columna + Efecto Interacción + Error
Generalizar los diseños completos a más de dos factores es relativamente sencillo
desde un punto de vista matemático, pero en su aspecto práctico tiene el
inconveniente de que al aumentar el número de factores aumenta muy
rápidamente el número de observaciones necesarias para estimar el modelo. En la
práctica es muy raro utilizar diseños factoriales completos con más de dos
factores.
Diseños factoriales a dos niveles
En diferentes áreas de estudio, pero sobre todo en la mejora de procesos
industriales (control de calidad) es usual trabajar en problemas en los que hay
muchos factores que pueden influir en la variable de interés.
La utilización de experimentos completos en estos problemas tiene el gran
inconveniente de necesitar un número elevado de observaciones, además puede
ser una estrategia ineficaz porque, por lo general, muchos de los factores en
estudio no influyen significativamente y mucha de la información colectada no es
relevante. En este caso una estrategia mejor es utilizar una técnica secuencial
donde se comienza por trabajar con unos pocos factores y según los resultados
que se obtienen se eligen los factores a estudiar en la segunda etapa. De aquí la
necesidad de estudiar los diseños factoriales con dos niveles de estudio.
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El aula generada consta de los siguientes elementos.
Figura 1. Aula virtual de Diseños Figura 2. Presentación del curso
Figura 3. Presentación DCA Figura 4. Presentación DBAC
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Figura 5. Actividades DCA Figura 6. Actividades DBAC
Figura 7. Presentación diseños 2k y 3k Figura 8. Actividades 2k y 3k Además, se tiene todo el sistema de seguimiento de los estudiantes, accesos,
tiempo de uso del aula, temas revisados y sobre todo las calificaciones.
DISCUSIÓN
Incluir la tecnología en el sistema educativo no obligatoriamente implica una
mejora en el proceso de enseñanza-aprendizaje (Baena-Extremera & Granero-
Gallegos, 2013. Aunque algunos autores creen que la introducción de las
tecnologías en los centros educativos no obedece a intereses educativos, sino
económicos, por lo que se estaría produciendo una separación del verdadero
sentido de la utilización didáctica de estos recursos en los centros educativos
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(Correa & de Pablos, 2009), sin embargo, es una realidad que estos recursos
tecnológicos llegaron para quedarse, por lo que debemos integrarlos a la actividad
docente buscando obtener el mayor provecho posible.
Hay autores como Rodríguez (2010) quien manifiesta que una mala integración de
las TIC en modelos formativos no solo no mejora el aprendizaje sino que lo
empeora, incrementando la carga a profesorado y estudiantes, por ejemplo aparte
del contenido del curso debe aprender a usar el recurso que se pone a su
disposición. A pesar de ello, diversos autores, como Ramos & Martínez (2011), se
manifiestan a favor de su inclusión, pues han podido constatar mejoras en los
alumnos. Entonces, se debe tener bien claro cuál o cuáles serían las mejoras que
se esperan y trabajar para lograrlas.
En el campo de la enseñanza de la Estadística, se requiere garantizar la formación
del pensamiento científico y reflexivo, para seleccionar el mejor análisis a una
situación concreta de estudio, tanto como el desarrollo de habilidades para la
asimilación de la información y la realización de cálculos numéricos, así como para
la construcción de conocimiento, a través de la interpretación de los resultados y la
formación de personas críticas.
En un entorno virtual de aprendizaje se requiere que docentes y estudiantes
desarrollen y fortalezcan habilidades para el trabajo colaborativo, en lo que se
refiere a la capacidad de filtrar información, la toma de decisiones en relación al
conocimiento que se quiere construir, el uso de lenguaje especializado, lo destreza
poro asimilar nuevos procesos de comunicación en donde se garantice el
aprendizaje con economía de tiempo, entre otros.
En concreto, los recursos didácticos que apoyen el proceso de eneseñza
aprendizaje en el aula de diseños de experimentos deben proporcionar los
elementos para decidir qué modelo aplicar, qué supuestos se deben cumplir y
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cómo verificarlos, así como establecer los criterios de interpretación, pero sobre
todo enfatizar en cómo plasmar toda esta información en un reporte escrito.
Los resultados obtenidos confirman lo dicho por otros autores como Agüera & de
la Haba (2009) quienes afirman que la utilización de las TIC, en especial en las
ciencias, puede ser una herramienta complementaria de apoyo a la formación
práctica de los alumnos. Según estos autores, el uso de las TIC, no sólo en las
clases teóricas sino en los trabajos de laboratorio, constituyen un recurso didáctico
fundamental en la enseñanza, ya que permite al alumno comprobar el grado de
asimilación de los contenidos teóricos, aspectos que se pueden extender al
desarrollo de habilidades de cálculos numéricos y la escritura de textos científicos.
CONCLUSION
El uso de las Tecnología de la Información y la Comunicación, para la enseñanza
de los métodos de Diseño de Experimentos y de la estadística en particular ofrece
grandes oportunidades de mejora sólo si se toma como una oportunidad para
encontrar nuevas ideas y aprovechar las habilidades y capacidades natas de
profesores y alumnos para el manejo de estos recursos.
El enfoque debe ser el de aprendizaje conjunto en el que el docente asuma a las
TICs como una herramienta de trabajo para su propio crecimiento profesional,
incorporando a sus alumnos al diseño didáctico, buscando la incorporación de
todo recurso tecnológico a las actividades en al aula en lugar de restringir su uso o
ignorarlo. Cuidando que no se conviertan en distractores del alumnado.
Esta aula proporciona los elementos para la correcta selección y aplicación de las
herramientas estadísticas del Diseño de Experimentos, generando un entorno
virtual de aprendizaje para la aplicación de la estadística a la investigación en el
área Químico-Biologica.
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REFERENCIAS
Agüera, B. E. & de la Haba, H. P. “Desarrollo de nuevas tecnologías de la
información y la comunicación (TIC) para la docencia práctica en el área de
conocimiento de fisiología vegetal”. Educar, 44:59-65, 2009.
Baena-Extremera, A. & Granero-Gallegos, A. “Using iBook in Teaching Anatomy
Content in Secundary Education”. Int. J. Morphol., 31(2):505-11, 2013.
Castiblanco, O., Vizcaíno, D. (2006). "Pensamiento crítico y reflexivo en la
enseñanza de la Física", En: Revista Colombiana de Física. Vol. 38. No. 2., 674-
677.
Correa, J. M. & de Pablos, J. “Nuevas tecnologías e innovación educativa”. Rev.
Psicodidáct., 14(1):133-45, 2009.
Granero-Gallegos, A. & Baena-Extremera, A. “Diseños de aprendizaje basados en
las TIC (Moodle 2.0 y Mahara) para contenidos de Anatomía, Fisiología y Salud en
las clases de Educación Física escolar”. Int. J. Morphol., 33(1):375-381, 2015.
Montgomery C. D., 2004, Diseño de Experimentos, Editorial Limusa, México, 686
pp.
Ramos, A. M. J. & Martínez, L. F. J. Estrategias y metodología frente al desarrollo
de una acción formativa virtual. Una propuesta práctica con alumnado en
educación secundaria. Espiral, 4(8):32-41, 2011.
Rodríguez, R. S. “2El impacto de las TIC en la transformación de la enseñanza
universitaria: repensar los modelos de enseñanza y aprendizaje”. Teor. Educ. Cult.
Soc. Inf., 11(1):32-68, 2010.