El Mtro. Javier Solis Noyola presenta Documento Técnico (artículo) de investigación educativa aplicada en el área del aprendizaje de las ciencias, denominado: MODELOS HEURÍSTICOS PARA EL APRENDIZAJE.

UNIVERSIDAD DEL VALLE DE MÉXICO
1ER CONGRESO INTERDISCIPLINARIO DE INVESTIGACIÓN APLICADA,
DESARROLLO E INNOVACIÓN EN LA RED DE UNIVERSIDADES

MODELOS HEURÍSTICOS PARA EL APRENDIZAJE

Mto. Javier Solis Noyola
UVM Campus Torreón
TEL. (871) 7-52-00-95
Email: jsnoyola@hotmail.com

http://cadel2.uvmnet.edu

RESUMEN

El objetivo de esta investigación educativa de tipo descriptivo-
exploratorio con enfoque en investigación-acción, consistió en
subsanar las deficiencias de los conceptos y experiencias
previas en la materia de electricidad y magnetismo de los
alumnos de recién ingreso a la carrera de Ingeniería
Industrial y de Sistemas. Planteando como estrategia de
solución, un modelo para el aprendizaje de las ciencias,
denominado Ciclos de Aprendizaje.

En los resultados se destaca el promedio de un examen de
conocimientos previos de 43% del grupo, así como por la
poca o casi nula experiencia previa de laboratorio
experimental. Posterior a esto, se obtiene un promedio global
del 74.66 %, de tres exámenes de análisis conceptual.

De esta manera, los resultados validan la hipótesis de esta
investigación.

Palabras claves: Heurística, pensamiento formal, conocimientos previos,
aprendizaje, instrucción.

INTRODUCCIÓN

A pesar de que en el universidad del Valle de México Campus Torreón presenta una
gran organización y filosofía sustentada en la praxis educativa, la Institución no esta
exenta de problemáticas en el proceso de aprendizaje de las materias de ciencias
(matemáticas y físicas) en las diferentes carreras de tecnociencias. Frecuentemente
se presenta la queja de los profesores del área de tecnociencias, que los alumnos no

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razonan, no son reflexivos, no son analíticos y no estudian. Los docentes afirman,
según reuniones de academia, que las materias donde los alumnos tienen más
dificultades y muestran un desempeño deficiente, son en las materias de ciencias
(matemáticas, estática, dinámica, electromagnetismo, etc.). Preocupa a la academia
tal situación, ya que las ciencias básicas, sobre todo, las físicas, son bases
fundamentales para el buen entendimiento y desempeño de otras materias que
integran las currículas de las carreras de ingenierías.

Precisamente, la presente investigación, trata al problema anterior de una manera
parcial, ya que se identifica que son varios los factores que influyen en el
aprendizaje de las ciencias físicas. [1]

- Los alumnos no cumplen con el perfil para estudiar una carrera que se
fundamente en las ciencias físico-matemáticas.
- Los alumnos tienen malos hábitos de estudio.
- Los métodos instruccionales para la enseñanza de las ciencias físico-
matemáticas, son deficientes, ya que no favorecen el desarrollo del pensamiento
formal del alumno.

Delimitándonos al factor de métodos instruccionales, se fijo el siguiente objetivo para
esta investigación educativa:
Subsanar las deficiencias de aprendizaje en conocimientos y experiencias previas en
las materias de ciencias físico-matemáticas mediante modelos instruccionales
heurísticos.

Fundamentación Teórica.
El sustento teórico a la problemática planteada en relación al aprendizaje de las
ciencias físicas, ha sido planteada por diversos pedagogos estudiosos del
pensamiento formal, entre los que destacamos a Inhelder y Piaget [2], ellos proponen
la existencia de varios esquemas operatorios formales que se adquieren a partir del
dominio del pensamiento formal:

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- Enfoque sobre las variables relevantes (tal como la fuerza que acelera una
manzana en lugar del chichón que ésta hace sobre su cabeza).
- Lógica proposicional (si el calor fuera líquido ocuparía espacio y un barril podría
solamente contener una cantidad limitada de calor, pero es contrario a mis
observaciones, así que...).
- Razonamiento proporcional (por ejemplo la fuerza restauradora de un resorte
aumenta linealmente con su desplazamiento del punto de equilibrio. Un
comportamiento muy importante usualmente asociado con el pensamiento formal
es la dirección consciente del propio razonamiento. Como resultado el individuo
busca inconsistencias entre conclusiones, verifica la exactitud de una
aproximación, o compara el resultado de un procedimiento con órdenes de
magnitud estimados.
- Razonamiento combinatorial. Una persona considera sistemáticamente todas las
posibles relaciones de condiciones experimentales o teóricas aún que algunas
pueden o no realizarse en la naturaleza (por ejemplo, usar la respuesta espectral
de ojo para desarrollar la teoría de los tres colores visibles).
- Control de variables. Al establecer la veracidad o falsedad de hipótesis, una
persona reconoce la necesidad de tomar en consideración todas las variables
conocidas; en inventar un experimento que controle todas las variables
relevantes, por ejemplo, cambiando solamente la dirección de la luz para detectar
la posible existencia del éter.
Piaget en su teoría destaca cuatro períodos evolutivos del aprendizaje, que se van
dando en los seres humanos, hasta llegar al pensamiento formal, estos son [3]:

• Período sensioro-motriz, dura aproximadamente los primeros 18 meses de vida.
En esta etapa el niño aprende a coordinar sus acciones con los cambios del
medio ambiente. Un infante empieza a conocer el mundo tocando y sintiendo las
cosas. El principal medio para obtener información es interactuar físicamente con
el medio ambiente.
• Período pre-operacional, conforme el niño empieza a adquirir un lenguaje,
alrededor de los dos años, aprende a representar el mundo por medio de signos

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y símbolos, los objetos que han sido experimentados en la etapa sensioro-motriz
del desarrollo van adquiriendo un nombre. Con la capacidad de nombrar o
etiquetar objetos, el niño entra a la etapa del pensamiento intuitivo o pensamiento
pre-operacional.
• Período Concreto-operacional, que dura de los 7 a los 11 años aproximadamente,
aparecen las primeras operaciones, pero son operaciones concretas, ya que
operan sobre objetos. Por ejemplo operaciones de lógica elemental de las clases
y relaciones, de matemáticas elementales, de geometría elemental, y aún de la
física elemental: longitud, el peso, el volumen, etc.
• Período de operaciones formales, en esta etapa que empieza aproximadamente
a los 11 ó 12 años, el niño puede razonar sobre hipótesis y no sólo sobre
objetos. Esta etapa se manifiesta en una gran variedad de formas, por ejemplo: la
generación de todas las posibles combinaciones de variables, el aislamiento y
control de variables y la solución de problemas de proporcionalidad. En esta
etapa el individuo construye operaciones de lógica proposicional, obtiene nuevas
estructuras de grupo más complicadas, operaciones de clasificación por
inclusiones sucesivas, etc.

De acuerdo a estas cuatro etapas evolutivas del conocimiento que presenta Piaget,
podemos darnos cuenta que el desarrollo óptimo de cada etapa sienta las bases
para el desarrollo de una etapa posterior. Por ejemplo un niño que no se le
propiciaron actividades suficientes y de experiencias significativas en la etapa de
operaciones concretas, difícilmente podrá tener un desarrollo efectivo en la etapa de
operaciones formales.

La teoría de Piaget aporta elementos muy interesantes con respecto al desarrollo del
conocimiento desde el punto de vista epistemológico. Ella ha postulado diversas
hipótesis muy interesantes con respecto al aprendizaje. Pero una de las grandes
limitantes es que no nos presenta las estrategias de instrucción (enseñanza) que
aplicadas al terreno de la práctica nos evidenciaría tales supuestos emitidos por

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Piaget. Para esto, otros pedagogos como Bruner y Ausubel, nos aportan elementos
muy interesantes en sus Teorías de Instrucción.

Bruner (1970), establece una teoría muy similar a la que ofrece Piaget, pero él
incursiona en el como hacerle para que esos periodos o estadios del desarrollo del
conocimiento se den manera óptima, mediante una teoría de instrucción, en ella
destaca como elemento esencial que los aprendizajes deben darse
significativamente mediante el descubrimiento o heurística [4].

Dando una mayor practicidad a sus ideas y haciendo recomendaciones específicas
para una teoría de la instrucción, que cuidadosamente distingue de una teoría de
aprendizaje (como la propone Piaget), Bruner hace una lista de seis factores
necesarios para la secuencia de instrucción (enseñanza):
1.- Arreglar las secuencias de manera que el estudiante perciba la estructura de los
materiales por inducción de instancias particulares;
2.- Promover la práctica sobre la transferencia, cuando se le espere como un
presupuesto del aprendizaje;
3.- Usar contrastes en las secuencias, resaltando discriminaciones, etc.;
4.- Evitar la simbolización prematura, facilitando todas las imágenes que sean
posibles, o sea formas icónicas de representación;
5.- Hacer practicar, permitiendo al estudiante dos tipos de experiencias: hacer
incursiones genéricas sobre el material, tomando conceptos y nociones de aquí y de
allí, de forma global; y también permitirle profundizar en temas que le interesen;
6.- Disponer de revisiones periódicas. Las “revisitas” a los conceptos y a las
actividades ya aprendidas, aplicándolas a situaciones nuevas y complejas, por medio
de la disposición en espiral del circulo.

Esto no significa que el contenido de un aprendizaje de un asunto tenga que ser
aprendido en una sola vez, de manera lineal, sino que el aprendiz debe tener la
posibilidad de volver a esos temas posteriormente y aprenderlos de forma más
profunda, y en un modo de representación más avanzado.

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La propuesta de estos seis puntos que Bruner nos presenta, están orientadas a
obtener aprendizajes mediante la heurística del descubrimiento guiado, de manera
que el mismo alumno vaya descubriendo y profundizando nuevos conocimientos.
Algo muy importante que Bruner destaca en estas secuencias, es la interacción del
Sujeto (estudiante) sobre el objeto de una manera activa, para que él mismo vaya
construyendo y desarrollado el conocimiento.

Bajo el sustento de las teorías del aprendizaje de Piaget y la de Instrucción
(enseñanza) de Bruner, otro pedagogo formula un método de enseñanza mucho
más específico para desarrollar el pensamiento formal, sobre todo en la enseñanza
de las ciencias matemáticas y físicas. Roberto Karplus, 1974 [5], investigador y
pedagogo retoma las ideas de Bruner y Piaget para verificar sus hipótesis.
Estableciendo de esta manera el método instruccional para la enseñanza al cual
denomino Ciclos de Aprendizaje.

Ciclos de Aprendizaje.- Método instruccional heurístico para la enseñanza de las
ciencias físicas, orientado al descubrimiento guiado. Básicamente comprende tres
fases: Exploración, Descubrimiento o Invención y Aplicación.
Se caracteriza por ser de secuencia instruccional inductiva y de participación más
activa por parte de los estudiantes que por el profesor o facilitador.

1.- Fase de Exploración: se establece el tema y dando énfasis a la experiencia
concreta con objetos y sistemas familiares de los alumnos, se integra su experiencia
previa con sistemas nuevos, relacionadas con los objetivos del tema; el facilitador
proporciona estímulo, hace preguntas, sugiere alternativas, para que usen
experiencias concretas y exploren una variedad de experimentos. Durante esta
actividad los estudiantes reciben una guía mínima por parte del profesor.

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2.- Fase de Invención o descubrimiento: en esta fase facilitador y alumnos
generalizan conceptos o introducen principios; se formalizan relaciones y en su caso,
se expresan en forma matemática.

3.- Fase de Aplicación: en esta fase el estudiante aplica el concepto o habilidad
aprendidos a situaciones concretas, y/o se extienden las generalizaciones a
diferentes casos.

DESARROLLO METODOLÓGICO

La presente investigación en educación es un análisis de caso de tipo descriptivo-
exploratorio bajo el enfoque de investigación-acción, se llevó a cabo en el periodo
semestral agosto-diciembre de 2006 en la Universidad del Valle de México, Campus
Torreón. Participando en ella, un grupo de 30 alumnos de reciente ingreso (primer
semestre) de la carrera de ingeniería industrial, de la materia de electricidad y
magnetismo

Proceso Metodológico de Investigación-Acción.
El proceso metodológico general utilizado en esta investigación se llevó a cabo con
enfoque de investigación-acción, propuesto por Gloria Pérez Serrano [6], diagrama
(1.1. – Proceso metodológico de Investigación-Acción).

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PROCESO DE LA INVESTIGACIÓN-ACCIÓN

• ANALIZO PROBLEMA

REFLEXIÓN
• INTERPRETO <IDEA GENERAL>
PLAN
*Qué cambiar • Diagnóstico
• Hipótesis

OBSERVACIÓN
PRUEBO

ACCIÓN
REGISTROS ESTRATEGÍAS
ANOTO DE ACCIÓN

SIGUE LA IDEA

REFLEXIÓN
GENERAL.
SÍNTESIS REVISIÓN
PLAN Pero replanifico
¿Cómo puedo la acción
seguir?
¿Qué haré? OBSERVACIÓN
PRUEBO
ACCIÓN

ESTRATEGÍAS
REGISTROS DE ACCIÓN
ANOTO

Diagrama 1.1.- Proceso Metodológico de Investigación-Acción
Propuesto por Gloria Pérez Serrano
.
Diagnóstico del proceso de Investigación-Acción. Partiendo de un diagnóstico
general en la fase inicial del proceso. Este contemplo la aplicación de dos
instrumentos de captación de datos:

• Prueba objetiva de examen general de conocimientos previos de física general y
electricidad y magnetismo de 30 reactivos de opción múltiple, con cuatro opciones
de respuesta.
• Cuestionario de experiencias previas de física general y electricidad y
magnetismo. Destacando las experiencias de laboratorio experimental en cursos
de física de bachillerato; conocimiento de equipo, herramienta y materiales de
laboratorio de electromagnetismo; así como los tipos de métodos instruccional
utilizados (Inductivo, deductivo y mixto) por sus profesores del nivel medio
superior.

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Así mismo, se apoyo en técnicas captación de información oral, como son la
entrevista grupal, misma que reforzó las respuestas de los instrumentos de captación
de datos arriba descritos.

Diseño del modelo instruccional general (diagnóstico).- De los resultados
obtenidos por los instrumentos de captación de datos y la entrevista grupal. Se
planearon de manera secuencial las estrategias de aprendizaje (métodos
instruccionales, actividades de trabajo, etc.); axial como los materiales y medios
tecnológicos (equipos de laboratorio experimental, herramientas, materiales,
computadora, software, cañón proyector, entre otros).

En la fase de diseño instruccional se planificaron las sesiones que implicaron la
aplicación del modelo instruccional heurístico para aprendizajes concretos de
principios o modelos matemáticos de electricidad y magnetismo.

La puesta en práctica del plan. Implicó la operativización de las acciones y/o
estrategias planeadas. En esta fase se desarrollaron distintos métodos
instruccionales: deductivos e inductivos (heurísticos), con las diferentes actividades
en el aula y laboratorio experimental de la institución.

Fase de registro y anotaciones. En esta fase se aplicaron los instrumentos
de captación de datos (examen de opción múltiple), misma que nos retroalimentaron
cuantitativamente de manera objetiva. Pero aunado a esta actividad, se registraron
los comportamientos descriptivos cualitativos mediante el diario de campo y
fotografías de escenarios concretos de aprendizaje.

No bastó con describir lo que se obtuvo; se pretendió comprender la realidad para
transfórmala. La descripción difícilmente nos llevó a una comprensión profunda de lo
que sucedía y por qué sucedía, fue necesario reflexionar. La reflexión rememora la
acción tal como queda registrada a través de los distintos instrumentos, pretendió
hallar el sentido de los procesos de aprendizaje, de los problemas que se han

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manifestado en la acción. Siguió después el momento de analizar, interpretar e
integrar datos, que se ayudo con discusiones críticas y deliberativas en grupo,
reconstruyendo significados de las situaciones educativas, intentando explicar qué
ocurrió, por qué ocurrió y que nos ha sucedido para llegar a conclusiones.

Replanificación. Lo anterior hizo reflexionar sobre el nuevo plan de acción
(replanificación), sobre todo, de las siguientes estrategias instruccionales heurísticas
y otras acciones didácticas, con la finalidad de ir mejorando y obtener mejores
resultados en el proceso de aprendizaje. Esta replanificación nos llevo al
cumplimiento de otros ciclos completos de investigación acción, concretamente para
este estudio se llevaron se necesitaron tres ciclos de investigación-acción.

RESULTADOS

Fase Diagnóstica (Inicial)
En esta fase de inicio, aplicaron dos instrumentos de captación de datos, Prueba
objetiva (examen de opción múltiple) de conocimientos previos en el área de física
general y electricidad y magnetismo y el cuestionario de experiencias previas en
electricidad y magnetismo.

Resultados de prueba objetiva.- Los resultados cuantitativos de esta prueba
de 30 reactivos de opción múltiple, arrojan un promedio de grupo (30 alumnos) del
43 %. Con estos resultados se detecta una marcada deficiencia en los
conocimientos previos a la asignatura de electricidad y magnetismo.

Cuestionario de Experiencias previas de física general y electricidad y
magnetismo. Este cuestionario destaca el aspecto cualitativo, detectando los
siguientes hallazgos:
• Conocimiento y uso de equipo, materiales y herramientas de electricidad y
magnetismo. Encontrando que sólo el 15 % del total de 30 alumnos tenían

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conocimiento del equipo y materiales, pero ninguno sobre el uso y dominio del
mismo.
• Prácticas de Laboratorio de física general y electricidad y magnetismo.
Encontrando que el 40 % realizo prácticas de laboratorio de física general y solo
el 25 % de electricidad y magnetismo. Destacando que generalmente eran
demostrativas y realizadas por el profesor.
• Métodos instruccionales utilizados por los profesores de física.-
Aproximadamente el 90 % del grupo, manifestó que el método de enseñanza fue
de tipo deductivo. Regularmente mediante la exposición regla-ejemplo,
primeramente de fórmulas o leyes físicas y posteriormente el desarrollo o despeje
variables de las mismas. Considerando a esta situación como la aplicación de la
física.

El análisis de los resultados encontrados denota una marcada deficiencia de
experiencias previas con el enfoque de los teóricos constructivista (J. Piaget, J.
Bruner y Robert Karplus) en el área de física y electricidad y magnetismo. Mismos
que corroboran a los resultados de la prueba objetiva, ya que esta se caracterizó por
reactivos de análisis conceptual, más que desarrollo de modelos matemáticos de
física general o electricidad y magnetismo.

Resultados de la Fase desarrolladora (siguientes fases y ciclos).- En función del
diagnóstico, y el equipo de laboratorio disponible, y de los resultados obtenidos en el
proceso de investigación-acción, se plantearon las siguientes sesiones
instruccionales heurísticas (Ciclos de aprendizaje).

UNIDAD No. DE EXPERIENCIAS CONCEPTOS CONCRETOS.
HEURÍSTICAS

I.- ELECTROSTÁTICA 4 * Principios electrostáticos
* Campo Eléctrico dentro
de un conductor. (E=0)

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* Diferencia de Potencial
* Equipotencialización

II.- ELECTRODINÁMICA 3 * Resistencia de un Conductor
* Resistencias serie y paralelo
* Leyes de Kirchhoff

III.- ELECTROMAGNETISMO 3 * Tipos de materiales
Magnéticos y no magnéticos
* Ley de Ampere
* Ley de Faraday

Resultados cuantitativos posteriores al diagnóstico prueba objetiva. (Estos
resultados parciales, ya que solo contemplan los reactivos de análisis conceptual y
formulación de modelos matemáticos, pero no los de desarrollo de modelos
matemáticos).

UNIDA TEMÁTICA RESULTADO CUANTITATIVO

I.- Electrostática 79 %

II.- Electrodinámica 69 %

III.- Electromagnetismo 76 %

Tabla 1.1. Resultados de exámenes posteriores a la prueba objetiva diagnóstica

Si calculamos un promedio (Tabla 1.1) de éstos tres resultados, obtenemos: 74.66%
Mismo que supera al resultado de la prueba objetiva diagnóstica, el cual fue de 43%.
Cuantitativamente superior en un 31.66 %.

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Resultados cualitativos posteriores al cuestionario de experiencias previas.
Los resultados obtenidos se describen mediante el comportamiento y los escenarios
de aprendizaje. Se destacan los siguientes puntos:
• Una intensa actividad, marcada por la demostración visual, la exploración y la
interactividad de los alumnos con los sistemas físicos (equipos de laboratorio y
materiales y software de electricidad y magnetismo). (ver registro fotográficos:
1.1 y 1.2 )
• Un marcado interés por los alumnos por la materia de electricidad y magnetismo,
sobre todo, en las sesiones experimentales heurísticas, llevadas a cabo en el
laboratorio de física de la institución.
• El descubrimiento y formulación de todas las leyes y principios concretos
planteados en las sesiones instruccionales inducidas (heurísticas) de manera
significativa.

Con los resultados cuantitativos y cualitativos se valida la hipótesis implícita a este
análisis de caso.

Registro Fotográfico 1.1.- Escenarios de aprendizaje Heurístico en tema de
Campo Eléctrico.

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Registro fotográfico 1.2.- Escenarios de Aprendizaje Heurístico en temas:
Equipotencialización, Resistencias serie-paralelo y Leyes de Kirchhoff.

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CONCLUSIONES

• Aunque no se explicitó una hipótesis en esta investigación, podemos verificar
que el uso de modelos instruccionales heurísticos contribuyen al desarrollo del
pensamiento formal. Tal y como lo plantean los teóricos constructivistas: J. Piaget
y J. Bruner.
• Lo resultados de esta investigación pueden retroalimentar a la academia de
tecnociencias, con el fin de planear estrategias similares en otras ciencias. Sobre
todo, en los primeros semestres de las carreras de ingenierías. En complemento
a esto, se recomienda también, establecer sistemas remediales o de asesorias
en las ciencias físico-matemáticas.
• Por las condiciones de haber aplicado estas estrategias a un solo grupo de
alumnos, aunado a que no existía un estudio igual en esta universidad en
particular, la investigación adquirió el carácter de descriptiva-exploratoria. Este
mismo estudio establece bases para un futuro estudio de investigación
experimental, con grupos de estudio de control y experimental.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] Solis Noyola Javier. El Aprendizaje de las Ciencias Físicas Mediante el
Descubrimiento Guiado. Tesis de Maestría en Docencia de la Educación
Tecnológica. Estudio de Investigación Experimental llevado a cabo en el Tecnológico
Superior de Lerdo, Dgo., México (2005)

[2] Klingler Cynthia y Vadillo Guadalupe, Psicología Cognitiva. Primera edición,
editorial McGrag-Hill. México, 2000.

[3] Labinowicz Ed. Introducción a Piaget. Primera edición, editorial Addison Wesley.
EUA, 1980.

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[4] Shulman Lee y Keislar Evan, Aprendizaje por Descubrimiento. Primera edición,
editorial Trillas. México, 1974.

[5] Labinowicz Ed. Introducción a Piaget. Primera edición, editorial Addison Wesley.
EUA, 1980.

[6] Pérez Serrano Gloria. Investigación Cualitativa Retos e Interrogantes. Segunda
edición, editorial la Muralla. España, 1998.

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