Aula virtual para la enseñanza del diseño de experimentos. Experiencias y Avances.

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1 Aula virtual para la enseñanza del diseño de experimentos. Experiencias y Avances. Armando Cervantes Sandoval, arpacer@unam.mx; Patricia Rivera García, patyriv@unam.mx; Ilse Pérez Castañeda, ilse_j.hp@hotmail.com. 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 2 k y 3 k ; Diseño anidados. Lo conforman tres grandes componentes: el profesorapuntes; la interface Moodle-Estudiante y la Retroalimentación actividadesseguimiento 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 1

2 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 2

3 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 3

4 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 4

5 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. 5

6 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. 6

7 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 7

8 Figura 5. Actividades DCA Figura 6. Actividades DBAC Figura 7. Presentación diseños 2 k y 3 k Figura 8. Actividades 2 k y 3 k 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, 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 8

9 (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 9

10 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. 10

11 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, Baena-Extremera, A. & Granero-Gallegos, A. Using ibook in Teaching Anatomy Content in Secundary Education. Int. J. Morphol., 31(2):505-11, Castiblanco, O., Vizcaíno, D. (2006). "Pensamiento crítico y reflexivo en la enseñanza de la Física", En: Revista Colombiana de Física. Vol. 38. No. 2., Correa, J. M. & de Pablos, J. Nuevas tecnologías e innovación educativa. Rev. Psicodidáct., 14(1):133-45, 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): , 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, 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,