Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia (UPTC) Licenciatura en Informática Educativa (LIE) Grupo Ambientes Virtuales Educativos (AVE)

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1 Recurso Educativo Digital basado en Mapas Conceptuales y TIC para el Aprendizaje de Contenidos Básicos de Programación en Lenguaje Java Proyecto de Investigación Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia (UPTC) Licenciatura en Informática Educativa (LIE) Grupo Ambientes Virtuales Educativos (AVE) Edgar Orlando Caro 1, Mervin Manuel Prieto Ortega 2 y María Nelba Monroy Fonseca 3 RESUMEN En el presente proyecto de investigación los mapas conceptuales fueron diseñados y elaborados con el objetivo que sean utilizados como estrategia pedagógica y recurso educativo digital en procesos de enseñanza-aprendizaje de tres contenidos básicos del área de programación en Java, que son: a) Operadores y expresiones, b) 1 Caro, Edgar Orlando: edgar.caro@uptc.edu.co, Profesor, Drndo en Educación, Escuela Licenciatura en Informática Educativa, UPTC. 2 Prieto Ortega, Mervin: merpri1049@yahoo.com, estudiante de Maestría en Educación, Joven Investigador 2012 COLCIENCIAS Licenciado en Informática Educativa, UPTC. 3 Monroy Fonseca, María Nelba: mnelmonroy@yahoo.es, Profesora, Magister en Informática,, Escuela Licenciatura en Informática Educativa, UPTC.

2 Estructuras de selección y c) Estructuras de control. Este proyecto articula las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC), el aprendizaje significativo planteado por David Ausubel y el uso de mapas conceptuales ideados y desarrollados por Joseph Novak para aplicar en el aula dicho modelo de aprendizaje. Este proyecto presenta como producto final: a) Un prototipo de software educativo basado en mapas conceptuales, en video con algunos ejemplos, b) dos cartillas (una en formato Word y otra en formato PDF) con más de 130 mapas conceptuales, y c) resultados de la implementación del presente proyecto en una muestra de investigación de sesenta (60) estudiantes que fueron divididos en tres grupos. Los contenidos modelados en forma de mapas conceptuales corresponden al plan curricular de la Licenciatura en Informática Educativa (LIE) de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia (UPTC). Palabras Claves: Mapas Conceptuales, Aprendizaje Significativo, TIC, Programación Básica en Java, Material Educativo Digital. 1. INTRODUCCIÓN En la actual situación de los sistemas educativos y más propiamente, en el diario aprender dentro de las aulas de clase, es recomendable ser parte del constante proceso de mejoramiento en procesos de enseñanza-aprendizaje de cualquier área del conocimiento, por ende, es favorable tener las puertas abiertas a la inclusión de las TIC y potencialización de las mismas siendo mediadas por modelos pedagógicos, nuevos espacios, recursos, metodologías y actividades, que en conjunto, den paso al ser parte y ser actores en el mismo proceso de mejoramiento académico del que se haga parte. En el área de programación Java de la LIE, son frecuentes los problemas la deserción académica y el bajo rendimiento académico de los estudiantes, dado que es un área del conocimiento que se basa en la lógica y en el aprendizaje de un nuevo lenguaje para la construcción programas de cómputo. Por tal motivo, la población de este proyecto son estudiantes de programación en Java Nivel I tanto de la LIE, como de otros programas académicos que necesiten recursos educativos digitales para procesos de aprendizaje-enseñanza en dicha área.

3 2. ANTECEDENTES Actualmente los mapas conceptuales están siendo utilizados como una nueva y buena práctica para la organización y representación abstracta de información en aras a potencializar la gestión del conocimiento y el aprendizaje en diversas áreas, disciplinas e investigaciones. A continuación se describen a grandes rasgos dos proyectos de un total de veinte, relacionados con mapas conceptuales que existen en la actualidad. Por ejemplo, en la Universidad Nacional de la Patagonia San Juan Bosco de Argentina, el departamento de informática con la colaboración de la investigadora Patricia Uviña y otros, vienen desarrollando desde el 2007 un proyecto llamado MAPAS CONCEPTUALES: Una herramienta para el aprendizaje de Estructuras de Datos, en el cual determinaron dentro de los objetivos principales: Mejorar la calidad de la enseñanza-aprendizaje de las Estructuras de Datos y de Control y Favorecer la autentica reorganización cognoscitiva del alumno, en el dominio de las Estructuras de Datos [1]. Por otro lado, El proyecto Colaboración en la construcción de conocimiento mediante mapas conceptuales se desarrolló a mediados de los 90 en la universidad de Florida, Pensacola, a cargo del investigador Alberto J. Cañas y otros. En este proyecto el objetivo principal fue el desarrollo y planificación de nuevas tecnologías enfocadas a la educación, haciendo uso de herramientas computacionales basadas en mapas conceptuales para la construcción y crítica de conocimientos elaborados por estudiantes de todas las edades y niveles educativos, permitiendo que el desarrollo de nuevos conocimientos construidos por los estudiantes en forma de mapas conceptuales sea a través de trabajo colaborativo con fácil acceso y navegación a través de sistemas multimedia en red. Este proyecto presenta el mapa conceptual como una herramienta de navegación nombrando unos ejemplos en los que el mapa conceptual sirve como estrategia para el aprendizaje de módulos de ciencia especializada como la cardiología y el diagnostico-mantenimiento de equipos electrónicos en particular, teniendo en cuenta que, para el caso de los ejemplos anteriormente mencionados, el conocimiento pertinente a cada área es modelado en forma de mapa conceptual por un experto, logrando que los conceptos claves junto con sus relaciones incluyan particularidades dadas por el experto para aumentar la comprensión conceptual sobre cardiología y diagnostico-mantenimiento de equipos electrónicos. El producto final de este proyecto de investigación es el software llamado CmapTools, está basado en la teoría de aprendizaje de Ausubel y

4 Novak, fue hecho en Java para poder ser usado en cualquier plataforma computacional. Hoy en día, en cuanto a la funcionalidad del programa, permite a los estudiantes diseñar, elaborar y distribuir sus propios mapas conceptuales, navegar a través de sistemas de multimedia distribuidos en una red basándose en los mapas de otros, colaborar en la construcción de sus propios mapas mediante contribuciones de sopas de conocimiento, criticar y defender afirmaciones en las sopas, criticar o discutir sobre mapas construidos por otros [2]. 3.1 Teoría constructivista 3. MARCO TEÓRICO Esta teoría es el enfoque principal y punto de partida en términos de aprendizaje, el cual está teniendo un importante repunte en los últimos años y tiene como representantes más importantes entre otros a Jean Piaget, Ley S. Vigotski, Hans Aebli, Jerome Bruner y D. Ausubel. Básicamente, dentro del enfoque constructivista, el aprendizaje y el conocimiento no se adquieren de manera sencilla, ni pasiva, ni se recibe, ni es una copia de la realidad, sino que es una construcción que hace que el sujeto a partir de la acción [3]. 3.2 Aprendizaje significativo y materiales educativos Una teoría naciente del constructivismo es la teoría de aprendizaje significativo (A.S) de David Ausubel, la cual es fundamental para este proyecto y sirve de referencia para el estudio de los mapas conceptuales como estrategia y como técnica para procesos de aprendizaje y pensamiento, en este caso, respecto a contenidos básicos del área de programación en Java. Dentro del aprendizaje significativo (A.S) se ha investigador sobre las estructuras cognitivas, las cuales fueron definidas por Ausubel como construcciones hipotéticas, es decir, entidades supuestamente hipotéticas que tanto deben explicar la unidad, cierre y homogeneidad individual, como las semejanzas y coincidencias de determinados modos de comportamiento. En cada estructura mental está implícito un momento de generalidad y sostiene que la estructura cognitiva de una persona es el factor que decide acerca de la significación del material nuevo y su adquisición y retención. Las ideas nuevas sólo pueden aprenderse y retenerse últimamente si se refieren a conceptos o

5 proposiciones ya disponibles, que proporcionan las anclas conceptuales [4]. Este A.S permite la utilización de materiales educativos, que para el caso del presente proyecto son: Una aplicación informática con veinte (20) mapas conceptuales en video más algunos ejemplos y dos cartillas con más de ciento treinta (130) mapas conceptuales sobre programación básica en Java. En el A.S con utilización de materiales educativos hay que tener en cuenta que: sí el nuevo material educativo, entra en conflicto con la estructura cognitiva existente o si no se conecta con ella. El estudiante debe reflexionar activamente sobre el material nuevo, pensando los enlaces y semejanzas y reconciliando diferencias o discrepancias con la información existente [5]. En este punto, un materila educativos también se puede entender como un recurso educativo digital. Un material educativo en el marco de un aprendizaje significativo debe ser un material potencialmente significativo con significatividad de dos clases o niveles: Significatividad lógica y Significatividad psicológica. La significatividad lógica se da cuando el contenido o material posee una estructura interna, organizada de tal manera que sus partes fundamentales tienen un significado en sí y se relacionan entre sí de modo no arbitrario, esta potencial significatividad lógica no depende solo de la estructura interna del contenido, sino también de la manera como éste sea presentado al estudiante; En cuanto a la significatividad psicológica, esta se da cuando el material significa algo para el estudiante y lo lleva a tomar la decisión intencionada de relacionarlo, o arbitrariamente, con sus propios conocimientos o saber previos [6]. Sin embargo, para que el estudiante aprenda significativamente, no basta la significatividad lógica y psicológica del material, ya que se requiere también una actitud favorable del estudiante para aprender significativamente, es decir, una intención de dar sentido a lo que aprende y de relacionar, no arbitrariamente, el nuevo material de aprendizaje con sus conocimientos adquiridos previamente y con los significados ya construidos [7]. Con lo anterior no se pretende responsabilizar totalmente al estudiante de su proceso de enseñanzaaprendizaje, si no que más bien se busca, dejar claro, que tanto el estudiante como el docente y los masmedios son en sí un complemento con una serie de actitudes favorables para un buen desarrollo del proceso de enseñanza-aprendizaje, que aplica tanto en el área de programación en Java como el cualquier otra área del conocimiento en cualquier nivel educativo.

6 3.3 Los mapas conceptuales Han sido ideados por Joseph Novak para aplicar en el aula el modelo de aprendizaje significativo de David Ausubel, y son según el mismo Novak un recurso esquemático para representar un conjunto de proposiciones conceptuales incluido en una estructura de proposiciones. Respecto a la estructura de los mapas conceptuales, estos presentan cuatro características que son parte de lo que se define una técnica cognitiva y permiten como lo quisieron Novak y Gowin, relaciones con el aprendizaje significativo: La jerarquización. La selección. La inclusividad. El impacto visual [8]. Joseph Novak afirma que los mapas conceptuales pueden emplearse para ayudar a los educandos a identificar los conceptos y relaciones clave que, y a su vez, contribuirán a que puedan interpretar los acontecimientos y objetos que estén observando. Estos mapas presentan, entre otras, las siguientes características: 1. Recuperan los conceptos y saberes que los estudiantes tienen y los relacionan y articulan con los nuevos conceptos visibilizados y por adquirir. 2. Permiten visualizar, de manera grafica, diferentes conceptos, en orden jerárquico o de importancia y relacionarlos con otros para construir y comprender los significados que por medio de ellos ofrecen, se perciben o se estructuran. 3. Son un muy importante recurso introductivo de motivación para el aprendizaje, así como para facilitar la 4. introducción a los temas de estudio y la recapitulación de los mismos. 5. Facilita los procesos metacognitivos en el aprendizaje, fundamentalmente en el conocer, qué se sabe de un determinado tema, área de conocimiento o disciplina. 6. Favorece el ejercicio de diferentes procesos cognitivos y de pensamiento: análisis, síntesis, inducción, deducción, inferencia, relación, integración, ejemplificación, discriminación, etc.

7 7. Son una ayuda ágil en los procesos de planificación del estudio, del aprendizaje y de la enseñanza, tanto para docentes como para los estudiantes. 8. Permite visualizar las rutas de enseñanza y de aprendizaje de un programa o curso y en qué lugar se encuentra el desarrollo y el aprendizaje del mismo y hasta dónde se ha avanzado hasta el momento [9]. También el mapa conceptual puede ser entendido como estrategia para ayudar a los estudiantes a aprender y a los docentes a organizar el material de enseñanza; como un método, para ayudar a los estudiantes y docentes a captar el significado de los materiales de aprendizaje, y como un recurso, para representar esquemáticamente un conjunto de significados conceptuales [10]. En otras palabras, a los mapas conceptuales se les pueden dar los siguientes usos: Como instrumento para representar los conocimientos. Como instrumento de exploración del conocimiento del estudiante. Como medio de confrontación de los saberes de los estudiantes. 4. METODOLOGÍA A continuación, respecto a las etapas desarrolladas en el presente proyecto de investigación, se hace una descripción muy breve incluyendo algunas notaciones de relativa importancia Consulta y recopilación de información Con el fin de generar conceptos y procesos sobre los contenidos básicos de programación Java previamente delimitados, se consultaron diferentes fuentes de información como libros y páginas de internet sobre programación Java. 4.2 Construcción de estado del arte y marco teórico En base a la consulta bibliográfica de revistas y artículos de internet, entre otros medios, se elaboró un estado del arte para conocer el estado actual de algunas investigaciones relacionadas al tema del presente proyecto. En esta etapa se encontraron falencias y fortaleces de investigaciones relacionadas al tema; también se identificaron campos

8 diferentes al educativo en los que se hace uso de mapas conceptuales. La siguiente parte que se elaboró fue el marco teórico para fundamentar el proyecto. 4.3 Selección de software para la elaboración de los mapas conceptuales Para la elaboración de los mapas conceptuales se seleccionó el software Cmaptools, en el evento que presenta las siguientes características: Es de uso libre. De fácil usabilidad. Es Gratuito. Tiene potentes herramientas de edición. Tiene bastantes opciones para navegar en los mapas conceptuales elaborados. 4.4 Diseño y elaboración de mapas conceptuales Una vez obtenida y delimitada la información sobre contenidos básicos de programación en Java, se llevó a cabo el diseño, construcción y revisión de los mapas conceptuales en base a procedimientos recomendados por Agustín Campos [12]. Cumplida la etapa anterior, el siguiente paso fue la elaboración de los mismos, pero ya utilizando el software Cmaptools. Figura 1. Mapa conceptual sobre el operador de asignación en Java. Figura 2. Mapa conceptual sobre la sentencia while.

9 4.5 Desarrollo del prototipo de software A continuación se describe a grandes rasgos las etapas que se cumplieron para el desarrollo del prototipo de software basado en mapas conceptuales. En esta etapa se optó por utilizar la metodología PROSDOS Ampliado y se cumplieron las siguientes etapas: Etapa de Concepción Pedagógica: En esta etapa se definieron las especificaciones conceptuales y la cantidad de tópicos (en este caso son tres tópicos o contenidos básicos organizados en unidades temáticas de acuerdo al currículo de la LIE) junto con las especificaciones de cada tópico. De igual forma se estandarizó y determino los enfoques pedagógicos del proyecto como son: El aprendizaje significativo como requisito de la estrategia pedagógica mapas conceptuales Etapa de Transición Pedagógico- Informática: Después de la elaboración de unos bocetos sobre el diseño de la interfaz del prototipo de software y demás componentes, se decidió que el prototipo no incluiría conexión a bases datos. Se utilizaron las siguientes herramientas: Sistemas Operativo: Windows XP. Cmaptools: Para la elaboración de los mapas conceptuales. Paquete Macromedia 8: Para la edición y elaboración de imágenes, botones, fondos, texturas y desarrollo de la interfaz grafica del prototipo. Camtasia Studio Versión 6: Para la grabación y edición de los videos que se incluyeron en el prototipo. Como recursos de hardware se utilizó computadores con las siguientes características técnicas: Procesador: 3.6 GHz Memoria RAM: 1 GB Disco Duro: 180 GB Monitor: Resolución de 1440x900 Pixeles, Calidad de color de 32 bit y Frecuencia de Actualización de 60 Hertz.

10 Etapa de Desarrollo: En esta etapa para la construcción del prototipo de software basado en mapas conceptuales se desarrollaron las actividades necesarias utilizando los recursos lógicos, físicos y las formas MPA de la metodología PROSDOS Ampliado. Figura 3. Interfaz gráfica de usuario de la aplicación-prototipo de software. Figura 4. Mapa conceptual en video sobre la sentencia while, incluido en la aplicación-prototipo de software Etapa de Estudio del Producto: Esta etapa se cumplió con la revisión del prototipo de software por medio del uso de los Instrumentos de Evaluación (IE) de la metodología PROSDOS Ampliado. 4.6 Prueba Piloto Para medir el impacto en el aprendizaje de contenidos básicos de programación en lenguaje Java, haciendo uso de mapas conceptuales previamente elaborados e implementados en una aplicación-prototipo, se estableció una prueba piloto en la que participaron tres (3) grupos de veinte estudiantes de la LIE de la UPTC que cursaban el nivel I (en el caso del grupo A), nivel II (en el caso del grupo B) y nivel III (en el caso del grupo C) de programación en Java, como muestra de la investigación. La prueba piloto se implementó en los tres grupos fue la siguiente forma: Primero, se aplicó un pre-test con quince preguntas, en relación a diversos conocimientos de programación básica en Java que fueron

11 vistos por los estudiantes de la muestra, en el Nivel I de programación Java, es decir, un examen en relación a saberes previos adquiridos en el Nivel I de programación Java; segundo, ocho días después se aplicó el pre-test, con la misma muestra de investigación, mediante un recurso educativo digital (aplicación-prototipo de software), en este recurso fueron implementados veinte videos con mapas conceptuales, la recomendación dada a los estudiantes fue que examinaran dos o tres veces cada video mapa conceptual de dicha aplicación; tercero, ocho días después de aplicado el recurso educativo digital, en la misma muestra de investigación se aplicó un post-test con quince preguntas, muy similares y referentes a los mismos contenidos que fueron evaluados en el pre-test y vistos en los videos mapas conceptuales de la aplicación-prototipo de software. Gráficamente, la prueba piloto fue de la siguiente manera: Gráfica 1. Diseño de la prueba piloto para implementar mapas conceptuales en video por medio de una aplicación de software Donde: Nivel I es el nivel de programación que estaban cursando los estudiantes del grupo A. Nivel II es el nivel de programación que estaban cursando los estudiantes del grupo B. Nivel III es el nivel de programación que estaban cursando los estudiantes del grupo C. A1 es el pre-test aplicado a los estudiantes del grupo A. B1 es el pre-test aplicado a los estudiantes del grupo B. C1 es el pre-test aplicado a los estudiantes del grupo C. P es la aplicación-prototipo de software que fue implementada en los tres grupos.

12 A2 es el post-test aplicado a los estudiantes del grupo A. B2 es el post-test aplicado a los estudiantes del grupo B. C2 es el post-test aplicado a los estudiantes del grupo C. Fotografía 1. Implementación de algunos mapas conceptuales por medio de la aplicación de software a manera de prueba piloto en el grupo B. Fotografía 2. Aplicación del post-test a veinte (20) estudiantes del área de programación en Java nivel II de la LIE de la UPTC (grupo B). 5. IMPACTO En cuanto al impacto de la aplicación de mapas conceptuales como estrategia pedagógica a manera de prueba piloto, mediante la implementación de los mismos en una aplicación de software, finalmente los resultados más generales obtenidos fueron: 5.1 Comparación entre el total de aciertos del pre-test y el posttest Gráfica 2. Resultados en porcentajes del grupo A respecto al total de respuestas correctas en el pre-test y el post-test. Gráfica 3. Resultados en porcentajes del grupo B respecto al total de respuestas correctas en el pre-test y el post-test.

13 Gráfica 4. Resultados en porcentajes del grupo C respecto al total de respuestas correctas en el pre-test y el post-test. La gráfica No. 2 muestra la cantidad de respuestas correctas en el pretest (41,21%) y en el post-test (51,05%) en términos de porcentajes, en donde se evidencia un incremento de respuestas correctas en el postest del 9,84%. La gráfica No. 3 muestra la cantidad de respuestas correctas en el pretest (47%) y en el post-test (63,33%) en términos de porcentajes, en donde se evidencia un incremento de respuestas correctas en el pos-test del 16,33%. La gráfica No. 4 muestra la cantidad de respuestas correctas en el pretest (39,33%) y en el post-test (73%) en términos de porcentajes, en donde se evidencia un incremento de respuestas correctas en el pos-test del 33,67%. 5.3 Impacto de la estrategia pedagógica mapas conceptuales En cuanto al impacto de la investigación se logró un incremento en el aprendizaje de conceptos de programación básica en Java correspondiente 9,84%, 16,33% y 33,67% en los grupos A, B y C, respectivamente, que hicieron parte de la prueba piloto. Por lo anterior, los mapas conceptuales para la enseñanza de los contenidos básicos de programación Java en la LIE, sirven como recurso y/o estrategia para mejorar el aprendizaje en los estudiantes. Y más aun, como lo demuestran los resultados, en tanto más saberes previos tengan los estudiantes, mayor es el aprendizaje haciendo uso de mapas conceptuales.

14 6. RESULTADOS Los productos de este proyecto de investigación son: Un recurso educativo digital y prototipo de software educativo para la enseñanza de programación Java a través de mapas de conceptuales. Una cartilla en formato Word con más de ciento treinta (130) mapas conceptuales sobre contenidos básicos de Programación I en Java. Una cartilla en formato PDF con más de ciento treinta (130) mapas conceptuales sobre contenidos básicos de Programación I en Java. Más de ciento treinta (130) mapas conceptuales en formato imagen (*.JPG) y formato cmaptools (*. Cmap, el cual es editable y/o modificable) que también pueden ser utilizados como recurso educativo digital Conclusiones 7. CONCLUSIONES Y FUTUROS TRABAJOS La representación esquemática de contenidos temáticos por medio de mapas conceptuales implementados ya sea en imagen, aplicación informática, objeto de aprendizaje o software educativo, sirven en la LIE de apoyo para mejorar eficazmente procesos de enseñanza-aprendizaje en área de programación nivel I en Java, de acuerdo con los resultados de la prueba piloto. Los mapas conceptuales sirven como técnica de aprendizaje y tiene un provecho más eficaz y eficiente cuando los estudiantes poseen mejores conocimientos previos sobre el tema objeto de aprendizaje. La utilización de mapas conceptuales previamente elaborados para la enseñanza-aprendizaje de contenidos en el área de programación en Java, no son la forma única y forma final de representar esquemáticamente un conjunto de significaciones conceptuales incluido en una estructura de proposiciones pertinentes a dicha área. Sin embargo, utilizándolos como recurso o material educativo son un buen punto de partida para mejorar eficazmente procesos de enseñanza-aprendizaje en el área de

15 programación nivel I en Java, en tanto que permiten captar de forma general: diferentes conceptos, orden lógico, jerárquico o de importancia y relaciones entre conceptos con sus significados. El estudio de contenidos básicos de programación en Java por medio de mapas conceptuales previamente elaborados por un experto en el tema y con base a saberes previos que ya tengan los estudiantes contribuye eficaz y significativamente al proceso de enseñanza-aprendizaje en el área de programación en Java nivel I de LIE Futuros trabajos Como parte importante de un área de programación en Java, el software educativo será complementado con actividades didácticas para la ejercitación y desarrollo de lógica computacional. 8. REFERENCIAS [1] Uviña, Ruth, Bertolami, María, Centeno, María, Oriana, Gabriela. Mapas conceptuales: Una herramienta para el aprendizaje de estructuras de datos. Argentina, En: Trabajos/pdf/10.pdf. Consulta realizada el: 25 Julio de [2] Cañas, Alberto. Del origen de los mapas conceptuales al desarrollo de CmapTools. Entrevista. Eduteka. Colombia, En: Consulta realizada el: 25 Julio de [3, 4, 5, 6, 7, 8, 9] Maya Betancocourt, Arnabio y Díaz Garzon, Nohora. Mapas Conceptuales: Elaboración y Aplicación. Bogotá, Magisterio, Págs. 11, 16, 17, 23, 24, 52, 97. [10, 11, 12] Campos Arenas, Agustín. Mapas conceptuales, mapas mentales: y otras formas de representación del conocimiento. Bogotá: Magisterio, Págs. 23, 27, 25.