Uso de herramientas tecnológicas y metodologías innovadoras como recurso didáctico dinamizador para la enseñanza de las matemáticas y las ciencias experimentales

Abstract

La confluencia de múltiples avances transformadores en el campo de las tecnologías de la información y la comunicación han abierto la necesidad de que el docente cambie su forma de enseñar y deje de ser el centro del proceso de aprendizaje. Para ello, es necesario reflexionar sobre los aspectos críticos asociados con la implementación de este nuevo paradigma educativo centrado en el estudiantado. Dicho cambio estructural implica que el profesorado tome en consideración varios aspectos de diversa índole antes de adentrarse en el proceso transformador. En lo referente a este tema, aún se desconoce el papel que tiene el profesorado en la adopción de las nuevas metodologías, la autopercepción sobre la capacidad transformadora y la conciencia sobre la necesidad de innovar en función de la materia que imparte. El profesorado se enfrenta al reto de ser innovador y de conseguir que el estudiantado adquiera las competencias y estándares mediante la transformación de los métodos tradicionales. Con este contexto en mente, la presente tesis se centró en el análisis de los factores críticos para la implementación de un cambio de paradigma educativo centrado en el estudiantado con énfasis en la innovación impulsada por tecnologías. Para ello se plantearon como objetivos: i) analizar los trabajos que desarrollan metodologías activas en la enseñanza de asignaturas STEM durante la etapa de educación básica y de bachillerato, ii) elaborar y validar un cuestionario que permita evaluar las percepciones que tiene el profesorado sobre el uso de metodologías activas y herramientas TIC como forma de innovación docente en la enseñanza de las asignaturas de ciencias, tecnología, ingeniería y matemáticas y iii) identificar los factores que influyen en la adopción de metodologías activas por parte del profesorado de asignaturas STEM en Ecuador. El proceso metodológico comprendió los métodos e instrumentos requeridos para la ejecución de revisiones sistemáticas, el diseño de un instrumento de levantamiento de información sobre la labor docente en materias STEM y el ajuste de los datos colectados a un modelo lineal general. Nuestro trabajo se amparó en el paradigma mixto de investigación y se emplearon técnicas e instrumentos de la investigación cualitativa y cuantitativa con un diseño no experimental. Se utilizó la técnica de revisión sistemática de literatura para el componente cuantitativo y la técnica del análisis documental para el enfoque cualitativo, que consistió en la elaboración de una guía de recomendaciones prácticas que integra los aspectos importantes a tener en cuenta a la hora de llevar a la práctica las metodologías activas que fueron objeto de este estudio. El instrumento desarrollado y validado se aplicó a una muestra de 566 profesores de bachillerato de instituciones educativas localizadas en 22 de las 24 provincias del Ecuador, 290 hombres y 276 mujeres con una media de edad de 36 años, quienes impartían principalmente asignaturas de Matemáticas, Física, Ciencias de la Naturaleza, Biología y Química, entre los cursos de básica superior y los tres niveles de Bachillerato. Los datos colectados se ajustaron a un Modelo Lineal Generalizado (GLM) con distribución de errores de tipo Poisson y se empleó la función log como función de enlace. Para comprobar la relación entre variables categóricas se realizó la prueba del chi cuadrado una vez comprobados los supuestos estadísticos y para la búsqueda de diferencias significativas en variables ordinales se empleó la prueba no paramétrica de la K de Kruskal-Wallis. Dentro de los resultados relevantes de esta investigación se evidencia que el uso de las metodologías activas y las TIC en los diferentes ambientes y contextos de aprendizaje tiene relación directa con las actitudes, cultura e intereses del profesorado. Uno de los más llamativos fue comprobar que la autopercepción del docente como innovador tuvo un impacto significativo sobre el nivel de innovación tecnológico en el aula. La incorporación de las TIC en las instituciones por sí solas no garantizan una mejor calidad educativa, sino que, se requiere de un cambio cultural integral en armonía con la decisión del docente.

The confluence of multiple transformative advances in the field of information and communication technologies has opened the need for teachers to change their way of teaching, and to stop being the center of the learning process. For this, it is necessary to reflect on the critical aspects associated with the implementation of a new student-centric educational paradigm. However, achieving such transformation implies that teachers take into consideration several aspects of a diverse nature before diving into the transformation process. Regarding this topic, the role of teachers in the adoption of new methodologies, the self-perception of their transformative capacity, and the awareness of the need to innovate based on the subject they teach are still unknown topics. With this context in mind, this thesis focused on the analysis of the critical factors for the implementation of a student-centered educational paradigm shift with an emphasis on technology-driven innovation. To this end, the following objectives were set: i) to analyze the works that develop active methodologies in the teaching of STEM subjects during the basic education and high school stages, ii) to elaborate and validate a questionnaire that allows evaluating the perceptions that teachers have about the use of active methodologies and ICT tools as a form of teaching innovation in the teaching of science, technology, engineering and mathematics subjects and iii) identify the factors that influence the adoption of active methodologies by teachers of STEM subjects in Ecuador. The methodological process included the methods and instruments required for the execution of systematic reviews, the design of an instrument for gathering information on the teaching work in STEM subjects, and the adjustment of the data collected to a general linear model. Our work was based on the mixed research paradigm and qualitative and quantitative research techniques and instruments were used with a non-experimental design. The systematic literature review technique was used for the quantitative component and the documentary analysis technique for the qualitative approach. As a result, a guide consisting of practical recommendations for STEM teachers on the successful implementation of active learning methodologies was generated. The resulting questionnaire was applied to a sample of 566 high school teachers from educational institutions located in 22 of the 24 provinces of Ecuador, 290 men and 276 women with an average age of 36 years, who taught mainly Mathematics, Physics, Natural Sciences, Biology, and Chemistry, between the upper basic courses and the three levels of Baccalaureate. The collected data were fitted to a Generalized Linear Model (GLM) with Poisson type error distribution and the log function was used as the link function. To verify the relationship between categorical variables, the chi-square test was performed once the statistical assumptions had been verified, and the non-parametric Kruskal-Wallis K test was used to search for significant differences in ordinal variables. Among the relevant results of this research, it is evident that the use of active methodologies in different environments and learning contexts is directly related to attitudes, culture, and teachers’ interests. One of the most striking was to verify that the teacher's self-perception as an innovator had a significant impact on the level of technological innovation in the classroom. The incorporation of ICT advances in institutions by themselves does not guarantee the educational quality, but rather requires a comprehensive cultural change in harmony with teachers’ decisions.