UNIVERSIDAD NACIONAL DE EDUCACIÓN Carrera de: Educación en Ciencias Experimentales Uso de simulaciones PhET como recurso didáctico para el aprendizaje de las Leyes de Newton en el segundo BGU de la UE Luis Cordero Trabajo de Integración Curricular previo a la obtención del título de Licenciado/a en Educación en Ciencias Experimentales Autor: Emerson Santiago Guanga Reino CI: 0105942213 Autor: Edwin Javier Inga Zambrano CI: 0303155535 Tutor: PhD. Wilmer Orlando López González CI: 0962305777 Cotutor: Lic. Erick Michael Mogrovejo Mogrovejo CI: 0106817711 Azogues - Ecuador Marzo, 2024 _____________________________________________________________________________________________ Trabajo de Integración Curricular Emerson Santiago Guanga Reino Edwin Javier Inga Zambrano Resumen Las simulaciones PhET son fundamentales en el aprendizaje de las Leyes de Newton en el contexto educativo ecuatoriano. Estas simulaciones ofrecen acceso gratuito a cualquier persona interesada en educarse y proporcionan un conocimiento enriquecedor para los estudiantes. En este proyecto, se planteó el uso de las simulaciones PhET como recurso didáctico para enseñar las Leyes de Newton en el segundo año de Bachillerato General Unificado (BGU) en la Unidad Educativa (UE) Luis Cordero. Considerando que el proceso de enseñanza incluye diversas actividades que utilizan las simulaciones PhET para abordar las Leyes de Newton, con el fin de minimizar la falta de atención causada por el uso de dispositivos electrónicos y las deficiencias en el aprendizaje. Para ello se elaboró el objetivo de abordar el problema de las distracciones de los estudiantes en el aula de clase, específicamente en los paralelos D y F del segundo año de bachillerato en la Unidad Educativa Luis Cordero, durante el año lectivo 2023-2024. La metodología utilizada en este trabajo siguió el modelo ADDIE y combinó un enfoque mixto cuasi-experimental con técnicas de recolección de datos, como encuestas, diarios de campo, observación participante, evaluaciones, pretest y postest. A través del análisis de datos, se identificaron deficiencias en el aprendizaje de las Leyes de Newton en la asignatura de Física en los paralelos D y F del segundo año de BGU. Además, al implementar las simulaciones PhET como recurso didáctico, se observó una mejora en el rendimiento académico de los estudiantes del grupo experimental, con un aumento promedio de 5.08 % a 7.5 %. Esto demuestra un impacto positivo de las simulaciones PhET en el desarrollo del aprendizaje de los estudiantes y el logro de los objetivos planteados en la investigación. Palabras claves: Simulaciones, Leyes de Newton, educación científica, recurso didáctico. _____________________________________________________________________________________________ Trabajo de Integración Curricular Emerson Santiago Guanga Reino Edwin Javier Inga Zambrano Abstract PhET simulations are essential in the learning of Newton's Laws in the Ecuadorian educational context. These simulations provide free access to anyone interested in education and offer enriching knowledge for students. In this project, the use of PhET simulations as a didactic resource to teach Newton's Laws in the second year of Bachillerato General Unificado (BGU) at Luis Cordero Educational Unit (UE) is proposed. Considering that the teaching process includes various activities that use PhET simulations to address Newton's Laws, the objective is to minimize the lack of attention caused by the use of electronic devices and learning deficiencies. The methodology used in this work follows the ADDIE model and combines a quasi-experimental mixed approach with data collection techniques such as surveys, field journals, participant observation, evaluations, pretests, and posttests. Through data analysis, deficiencies in the learning of Newton's Laws were identified in the Physics subject in the D and F parallel classes of the second year of BGU. By implementing PhET simulations as a didactic resource, an improvement in the academic performance of students in the experimental group was observed, with an average increase from 5.08 to 7.5. This demonstrates a positive impact of PhET simulations on the development of student learning and the achievement of the objectives set in the research. Keywords: Simulations, Newton's laws, scientific education, teaching resource. _____________________________________________________________________________________________ Trabajo de Integración Curricular Emerson Santiago Guanga Reino Edwin Javier Inga Zambrano Índice del Trabajo Contenido Introducción ...................................................................................................................................... 1 Definición del problema .................................................................................................................... 3 Objetivos ............................................................................................................................................ 6 Objetivo general ................................................................................................................................ 6 Objetivos específicos ......................................................................................................................... 6 Justificación ....................................................................................................................................... 6 Capítulo 1: Fundamentos teóricos relacionados con el uso de simulaciones PhET como recurso didáctico para el aprendizaje de las Leyes de Newton .................................................................... 8 Antecedentes ...................................................................................................................................... 8 1.1. Efectividad de las intervenciones basadas en estrategias específicas: Un análisis de antecedentes para la mejora significativa en la intervención ....................................................... 13 1.3.1.1. Constructivismo .................................................................................................................. 16 1.3.1.2. Aprendizaje significativo .................................................................................................... 18 1.3.1.3. Aprendizaje cooperativo .................................................................................................... 18 Capítulo 2: Marco Metodológico .................................................................................................... 30 2.1. Paradigma y enfoque................................................................................................................ 30 2.2. Población y muestra ................................................................................................................. 32 2.3. Operacionalización de las variables en estudio ...................................................................... 33 2.4. Métodos e instrumentos de investigación ............................................................................... 36 2.4.1. Observación participante ...................................................................................................... 36 2.4.2. Encuesta ................................................................................................................................. 37 2.4.3. Test de conocimientos (estudiantes)...................................................................................... 38 2.5. Análisis y discusión de los resultados del diagnóstico ............................................................ 38 2.5.1. Principales resultados mediante la observación participante ............................................ 38 2.5.2. Principales resultados mediante la encuesta a los estudiantes ........................................... 39 2.6. Principales resultados de la prueba de contenido (pretest) ................................................... 46 Capítulo 3: Propuesta de intervención basada en un sistema de actividades con el uso de simulaciones PhET para el aprendizaje de las Leyes de Newton ................................................. 57 Objetivo general .............................................................................................................................. 58 3.1. Diseño de la propuesta ............................................................................................................. 58 3.2. PhET como una herramienta de aprendizaje ......................................................................... 59 _____________________________________________________________________________________________ Trabajo de Integración Curricular Emerson Santiago Guanga Reino Edwin Javier Inga Zambrano 3.3. Elaboración de planificaciones microcurriculares ................................................................. 59 3.3.4. Sistema de Actividades .......................................................................................................... 62 3.3.5. Etapas de la Propuesta de intervención ............................................................................... 63 Etapa 1 (sesión 1, 2, 3, 4, 5, 6) ......................................................................................................... 64 Etapa 2 (sesión 7) ............................................................................................................................. 68 3.8. Aplicación y análisis de la propuesta de intervención ............................................................ 69 3.9. Principales resultados de la prueba de contenido (post test) ................................................. 69 3.12. Principales resultados de la observación participante ......................................................... 78 3.13. Principales resultados de la encuesta de satisfacción ........................................................... 79 Triangulación de resultados obtenidos en la aplicación de la propuesta ..................................... 87 Conclusiones y Recomendaciones .................................................................................................. 89 Conclusiones .................................................................................................................................... 89 Recomendaciones ............................................................................................................................ 90 Referencias bibliografía .................................................................................................................. 92 Anexos ............................................................................................................................................ 100 Anexo 1. Encuesta dirigida a los estudiantes de segundo de BGU paralelo D y F de la UE Luis Cordero .......................................................................................................................................... 100 Anexo 2. Pretest ............................................................................................................................. 102 Anexo 3. Diario de campo ............................................................................................................. 105 Anexo 4. Post test........................................................................................................................... 108 Anexo 5. Planificaciones microcurriculares ................................................................................. 112 Anexo 6. Encuesta de satisfacción sobre la implementación de las actividades. ........................ 117 Anexo 7. Autorización para el uso de dispositivos móviles. ......................................................... 119 Índice de tablas Tabla 1 ........................................................................................................................................ 49 Tabla 2......................................................................................................................................... 50 Tabla 3......................................................................................................................................... 53 Tabla 4......................................................................................................................................... 63 Tabla 5......................................................................................................................................... 72 Tabla 6......................................................................................................................................... 73 Tabla 7......................................................................................................................................... 75 _____________________________________________________________________________________________ Trabajo de Integración Curricular Emerson Santiago Guanga Reino Edwin Javier Inga Zambrano Índice de figuras Figura 1 ....................................................................................................................................... 40 Figura 2 ....................................................................................................................................... 40 Figura 3 ....................................................................................................................................... 41 Figura 4 ....................................................................................................................................... 42 Figura 5 ....................................................................................................................................... 43 Figura 6 ....................................................................................................................................... 43 Figura 7 ....................................................................................................................................... 44 Figura 8 ....................................................................................................................................... 45 Figura 9 ....................................................................................................................................... 47 Figura 10 ..................................................................................................................................... 57 Figura 11 ..................................................................................................................................... 70 Figura 12 ..................................................................................................................................... 80 Figura 13 ..................................................................................................................................... 81 Figura 14 ..................................................................................................................................... 82 Figura 15 ..................................................................................................................................... 83 Figura 16 ..................................................................................................................................... 84 Figura 17 ..................................................................................................................................... 85 Figura 18 ..................................................................................................................................... 86 _____________________________________________________________________________________________ Trabajo de Integración Curricular Emerson Santiago Guanga Reino Edwin Javier Inga Zambrano 1 Introducción El presente trabajo de investigación se basa en las prácticas preprofesionales realizadas durante los octavo y noveno ciclos de la carrera de Educación en Ciencias Experimentales. El objetivo principal es abordar el problema de las distracciones de los estudiantes en el aula de clase, específicamente en los paralelos D y F del segundo año de bachillerato en la Unidad Educativa Luis Cordero, durante el año lectivo 2023-2024. Para ello, se propone utilizar un simulador virtual como herramienta de solución. La institución en cuestión se encuentra ubicada en la ciudad de Azogues y cuenta con un total de 2835 estudiantes distribuidos en tres jornadas: matutina, vespertina y nocturna. Los niveles educativos ofrecidos incluyen Inicial, Básica, Básica Superior y Bachillerato. El núcleo problemático educativo abordado en esta investigación se titula "¿Qué valores, funciones y perfil debe tener un docente?" y está relacionado con el eje integrador de "Investigación y diseño como estrategias de enseñanza y aprendizaje de las Ciencias de la Vida en el Bachillerato". Existe una reciprocidad entre este núcleo problemático y la investigación en cuestión. En este sentido, este proyecto se enmarca dentro de la línea de investigación de tecnologías de la educación, proporcionada por la Universidad Nacional de Educación. En este contexto, se plantea el uso del simulador virtual PhET como una herramienta para generar conocimientos sobre los conceptos relacionados con las Leyes de Newton, con el fin de utilizar la tecnología como apoyo al aprendizaje de los estudiantes. Además, esta investigación se realiza como parte del proceso de titulación, en el cual se debe presentar un trabajo escrito original y único para obtener el grado académico correspondiente. Por tanto, el objetivo general de esta investigación es analizar la influencia de las simulaciones PhET como recurso didáctico para el aprendizaje de las Leyes de Newton en estudiantes de segundo año de bachillerato de la Unidad Educativa Luis Cordero. Para lograr este objetivo, se ha realizado una fundamentación teórica que aborda el manejo del simulador, se ha diagnosticado el proceso de aprendizaje de los estudiantes en el tema de las Leyes de Newton, se ha propuesto el uso del simulador PhET como recurso didáctico y se evaluarán los resultados obtenidos al implementar este simulador virtual en el segundo año de bachillerato de la Unidad Educativa Luis Cordero. _____________________________________________________________________________________________ Trabajo de Integración Curricular Emerson Santiago Guanga Reino Edwin Javier Inga Zambrano 2 También, durante las prácticas preprofesionales realizadas en la carrera de Ciencias Experimentales en la Universidad Nacional de Educación (UNAE), se pudo desarrollar de manera efectiva la parte práctica a través de la experiencia en diversas Unidades Educativas. Este proceso permitió reflexionar, instruir, apoyar y reconocer las diferentes ocupaciones y actividades de cada institución educativa. Además, se aplicaron técnicas de diagnóstico para identificar circunstancias, incidentes y problemáticas que sirvieron como base para la elaboración de esta tesis. En este contexto, se ha observado que los estudiantes enfrentan dificultades para comprender y conceptualizar temas relacionados con la física. Sin embargo, se ha demostrado que el uso de herramientas digitales puede mejorar de manera significativa su participación activa, dinámica y comprometida en el proceso de aprendizaje. En este sentido, Mamani y Huamaní (2021), mencionan que, “la utilización de herramientas tecnológicas digitales por parte de los docentes durante las sesiones de aprendizaje genera en los estudiantes una especial motivación y un mayor interés en su propio proceso de aprendizaje" (p. 318). Por lo tanto, la tecnología puede desempeñar un papel importante en la mejora de la enseñanza y el aprendizaje de la física. En la misma línea, Islas (2013), propone que las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC) son herramientas ampliamente utilizadas en la actualidad, presentes en diversos ámbitos en los que los seres humanos se desarrollan. Estas herramientas tienen el potencial de mejorar el aprendizaje y la comprensión de conceptos científicos y matemáticos, tanto de manera formal como informal. El acceso a información, la diversidad de sitios virtuales de formación y las múltiples posibilidades que ofrecen las TIC permiten su implementación como una opción válida en las escuelas para lograr un aprendizaje óptimo (Islas, 2017). En este sentido, el simulador virtual PhET se presenta como una herramienta educativa que permite a los estudiantes explorar y experimentar con conceptos científicos de forma interactiva. Este simulador ha sido desarrollado por la Universidad de Colorado y ofrece una amplia variedad de simulaciones en diferentes áreas de la ciencia, incluyendo física, química, biología y matemáticas. El uso del simulador PhET en el aula de clase puede proporcionar a los estudiantes _____________________________________________________________________________________________ Trabajo de Integración Curricular Emerson Santiago Guanga Reino Edwin Javier Inga Zambrano 3 una experiencia práctica y visualmente atractiva, lo que facilita la comprensión de conceptos abstractos y fomenta su participación activa en el proceso de aprendizaje. Además, el simulador permite a los docentes diseñar y adaptar actividades didácticas que se ajusten a las necesidades y nivel de comprensión de los estudiantes. En el marco de esta investigación, se propone implementar el simulador PhET para el aprendizaje de las Leyes de Newton. A través de las simulaciones, los estudiantes podrán explorar y experimentar con situaciones relacionadas con el movimiento de los objetos y las fuerzas que actúan sobre ellos. Esto les permitirá comprender de manera más profunda los conceptos fundamentales de las Leyes de Newton y su aplicación en diferentes contextos. Para evaluar la influencia de las simulaciones PhET en el aprendizaje de las Leyes de Newton, se utilizarán diferentes instrumentos de recolección de datos, como cuestionarios, observación de clases y análisis de productos realizados por los estudiantes. Estos datos se analizarán cualitativa y cuantitativamente para determinar el impacto de las simulaciones en el proceso de aprendizaje. En suma, esta investigación pretende analizar la influencia de las simulaciones PhET como recurso didáctico en el aprendizaje de las Leyes de Newton en estudiantes de segundo año de bachillerato. Se espera que los resultados de este estudio contribuyan a enriquecer las prácticas educativas y promover el uso de tecnologías digitales en el aula de clase. El uso de simuladores virtuales como el PhET puede ser una estrategia efectiva para mejorar la comprensión de conceptos científicos y promover un aprendizaje significativo en los estudiantes. Definición del problema En la actualidad, los procesos de enseñanza-aprendizaje requieren diversas estrategias y procedimientos por parte del docente, puesto que se han diversificado las necesidades de los estudiantes. Según Gallegos et al. (2018) en Ecuador se han producido cambios significativos en el ámbito administrativo y curricular de la educación a finales del siglo pasado, con el objetivo de mejorar los procesos de enseñanza-aprendizaje con el fin de lograr una enseñanza de calidad y calidez. Es por ello que, se pasó de un modelo de Supervisión Educativa, implementado alrededor de 1994, a un Modelo Nacional de apoyo, seguimiento y regulación de la Gestión Educativa. En cuanto al aspecto curricular y pedagógico, se han realizado diferentes modificaciones, siendo las _____________________________________________________________________________________________ Trabajo de Integración Curricular Emerson Santiago Guanga Reino Edwin Javier Inga Zambrano 4 más destacadas la Reforma Curricular de la Educación Básica del año 2016 (Carrera et al., 2016). Es decir, se estableció oficialmente un nuevo currículo que se basaba en el desarrollo de habilidades y la aplicación de ejes transversales. Sin embargo, persisten las necesidades de los estudiantes debido a las dificultades en el aprendizaje. Puesto que, no se ha logrado un modelo educativo constructivista basado en al desarrollo crítico de los educandos. Debido a estos cambios, la asignatura de Física, que forma parte del área de Ciencias Naturales, se incluye en el currículo común para estudiantes desde el primer hasta el tercer año de bachillerato, independientemente de la carrera que elijan para continuar sus estudios universitarios (Gallegos et al., 2018). En otro estudio realizado por Elizondo (2013) se analizaron diversos factores, tanto cuantitativos como cualitativos, que afectan el aprendizaje de la Física. En el cual se evidenció que los estudiantes tienen dificultades para comprender los conceptos de la física y problemas para resolver operaciones mediante la aplicación de fórmulas. Además, los educandos demuestran desinterés y desmotivación por la asignatura, lo que produce bajo rendimiento académico y vacíos en la adquisición de los conocimientos. Estas dificultades se ven agravadas por la escasa cantidad de tiempo que los estudiantes dedican de forma autónoma a la asignatura de Física. Solo uno de cada diez estudiantes afirma dedicar cinco o más horas al estudio de la asignatura (Carrera et al., 2016; Aguilar, 2019). Todo esto contribuye a que el aprendizaje de la Física presente varios desafíos académicos para los estudiantes y no se logre dominar las habilidades con criterio de desempeño, especialmente debido a su estrecha relación con las matemáticas. Por otra parte, la enseñanza de la física ha seguido tradicionalmente un enfoque basado en conferencias y experimentos en laboratorio. No obstante, estos métodos pueden tener limitaciones en términos de tiempo, recursos y acceso a equipos especializados, ya que muchas de las instituciones del Ecuador, no suelen contar con estos recursos (Yépez, 2018). Con el avance de la tecnología, se han creado nuevos espacios, herramientas y recursos interactivos para la enseñanza de la física. En este sentido, contar con Tecnologías de la Información y Comunicación (TIC) es esencial tanto para los docentes como para el proceso de aprendizaje de los estudiantes. _____________________________________________________________________________________________ Trabajo de Integración Curricular Emerson Santiago Guanga Reino Edwin Javier Inga Zambrano 5 En el caso de la Unidad Educativa Luis Cordero ubicado en la calle Ingapirca y Víctor Rojas de la cuidad de Azogues, ofrece una educación de calidad en cualquier nivel educativo, desde Educación Inicial hasta Bachillerato, preservando los valores de honestidad y responsabilidad en cada individuo de esta comunidad. Además, se resguarda el trabajo colaborativo, la fraternidad, la empatía con los estudiantes y docentes, el pensamiento crítico y el cuidado al medio ambiente, que son aspiraciones significativas para llevar a cabo un proceso de aprendizaje legítimo. Sin embargo, de acuerdo a los procesos empíricos en las prácticas preprofesionales realizadas en el Segundo de Bachillerato paralelos D y F, se pudo observar una problemática dentro del tema de las Leyes de Newton, específicamente en el proceso de aprendizaje por parte de los estudiantes, los cuales demuestran tener dificultades para la resolución de ejercicios debido a la escasa comprensión de los conceptos (Fuerza de rozamiento, Fuerza normal, Peso, Fuerza de acción, etc.). En este sentido, de acuerdo a una encuesta realizada y con las observaciones anotadas en el diario de campo, se evidenció que, en mayor parte, los estudiantes no prestan atención debido al constante uso del teléfono dentro de clases. Existen varias causas por las cuales los estudiantes pueden distraerse con sus teléfonos celulares durante las clases de física, por ejemplo, la falta de interés, necesidad de gratificación instantánea, falta de participación activa, clases magistrales y teóricas y hábitos arraigados de uso excesivo de teléfonos celulares. En relación a lo mencionado, se planteó la siguiente pregunta de investigación ¿Qué estrategia se pueden implementar para convertir las causas de distracción con los teléfonos celulares en oportunidades de aprendizaje de las Leyes de Newton en estudiantes de Segundo de Bachillerato? En este contexto surge la investigación sobre las simulaciones PhET que resulta ser un recurso didáctico poco implementado por el profesorado, ya que las clases se realizan como una mera transmisión de conocimientos, desde diversos textos elaborados por otros autores, razón por la cual, los estudiantes tienden a memorizar en vez de razonar. En este sentido, ante estos problemas se planteó los siguientes objetivos para la presente investigación. _____________________________________________________________________________________________ Trabajo de Integración Curricular Emerson Santiago Guanga Reino Edwin Javier Inga Zambrano 6 Objetivos Objetivo general Analizar la influencia de las simulaciones PhET como recurso didáctico para el aprendizaje de Leyes de Newton, en estudiantes de segundo año de bachillerato de la Unidad Educativa Luis Cordero. Objetivos específicos • Sistematizar los referentes teóricos sobre la importancia de la implementación de las simulaciones PhET como recurso didáctico para el aprendizaje de las Leyes de Newton. • Diagnosticar el proceso de aprendizaje de la física, en estudiantes de segundo BGU de la Unidad Educativa Luis Cordero. • Aplicar las simulaciones PhET como recurso didáctico para el aprendizaje de las Leyes de Newton, en el segundo BGU de la Unidad Educativa Luis Cordero. • Evaluar las simulaciones PhET como recurso didáctico para el aprendizaje de las Leyes de Newton, en el segundo BGU de la Unidad Educativa Luis Cordero. Justificación El análisis de la influencia de las simulaciones PhET como recurso didáctico para el aprendizaje de las Leyes de Newton en estudiantes de Segundo año de Bachillerato de la Unidad Educativa Luis Cordero se justifica de la siguiente manera. Por un lado, las Leyes de Newton son fundamentales en el estudio de la física, pero su comprensión puede resultar abstracta para los estudiantes, además, sin habilidades para la comprensión y resolución de problemas en este ámbito, puede resultar en dificultades para acceder y continuar con los estudios superiores y la frustración académica (Varga, 2020). Por otro lado, las simulaciones PhET ofrecen una herramienta poderosa al permitirles experimentar y visualizar de manera interactiva los conceptos relacionados. Además, evitan mantener una forma de enseñanza tradicional mediante innovaciones tecnológicas, lo que permite alcanzar un aprendizaje basado en el dominio de las destrezas con criterio de desempeño, evitando la desmotivación y los fracasos escolares del estudiantado (Sanguano, _____________________________________________________________________________________________ Trabajo de Integración Curricular Emerson Santiago Guanga Reino Edwin Javier Inga Zambrano 7 2020). Es decir, este programa permite dinamizar el proceso de enseñanza-aprendizaje y adaptarse a las necesidades de los estudiantes del siglo XXI que tiene mayor vínculo con la utilización de los recursos tecnológicos. En este contexto Castro et al. (2020) señalan que la simulación permite realizar ilustraciones que enriquecen el aprendizaje, favoreciendo el desarrollo del pensamiento cognitivo a su vez, que el estudiante toma un rol más participativo y activo en las clases. Además, le permite que asimile y se apropie de los conceptos que son difíciles de entender teóricamente, puesto que, en el área de la Física existen temas en el que los estudiantes necesitan una gran capacidad de abstracción para poder visualizar y entender los hechos planteados y llegar a una solución. Es por ello que, al implementar estas herramientas se facilita la comprensión de los mismos de manera visual, práctica y contextual. Así también, en la Unidad Educativa Luis Cordero, se busca promover un aprendizaje significativo y el desarrollo de habilidades científicas. Razón por la cual, las simulaciones PhET brindan a los estudiantes la oportunidad de involucrarse activamente en su proceso de aprendizaje. Estas simulaciones han demostrado ser efectivas, ya que proporcionan un entorno virtual seguro donde los estudiantes pueden realizar experimentos, observar efectos en tiempo real y explorar escenarios difíciles de replicar en un laboratorio físico tradicional (Vargas, 2002). Asi también, al ser el celular uno de sus mayores distractores, hay que tomarlo como una oportunidad el uso de esas tecnologías que enfoque la concentración en la resolución de ejercicios. En consecuencia, las simulaciones PhET mejoran la comprensión, fortalecen la resolución de problemas y fomentan el razonamiento científico en los estudiantes. En la enseñanza de la Física, el simulador virtual PhET ha demostrado ser una herramienta educativa efectiva para mejorar el aprendizaje de los estudiantes. Según un estudio realizado por los investigadores Paredes et al. (2020) el uso del simulador PhET ayuda a mejorar significativamente el rendimiento de los estudiantes en la resolución de problemas de física en comparación con el uso de métodos tradicionales. De acuerdo con los mismos autores, el uso de espacios virtuales de aprendizaje ha proporcionado una mayor flexibilidad en los procesos educativos, facilitando el acceso a la información, fomentando la colaboración entre estudiantes _____________________________________________________________________________________________ Trabajo de Integración Curricular Emerson Santiago Guanga Reino Edwin Javier Inga Zambrano 8 y docentes para alcanzar la personalización del aprendizaje. Además, Islas (2017) argumenta que esta transición ha abierto nuevas oportunidades para la formación continua y el desarrollo profesional de los educadores. Es decir, el profesorado puede acceder a recursos y herramientas innovadoras para enriquecer su práctica pedagógica, fortaleciendo así la calidad de la educación en un entorno cada vez más digital y globalizado. Capítulo 1: Fundamentos teóricos relacionados con el uso de simulaciones PhET como recurso didáctico para el aprendizaje de las Leyes de newton Antecedentes 1. Experiencias previas relacionadas a la investigación (nacional e internacional). El uso de simulaciones en el ámbito educativo ha experimentado un notable crecimiento en las últimas décadas, especialmente en disciplinas como la física, donde la comprensión de conceptos abstractos puede resultar desafiante para los estudiantes. En este contexto, las simulaciones Physics Education Technology (PhET) han emergido como una herramienta poderosa y efectiva para facilitar el aprendizaje de fenómenos físicos complejos, como las Leyes de Newton. Según, Bizzio et al. (2022) plantea que las simulaciones constituyen representaciones dinámicas generadas por computadora que modelizan un proceso, componente o fenómeno del mundo real, a través de herramientas que median y facilitan la interacción entre los modelos del estudiantado y los modelos científicos. Es por ello que, mediante un diagnóstico empírico realizado durante las prácticas preprofesionales en diversas Unidades Educativas, con énfasis en la Unidad Educativa Luis Cordero se ha observado este fenómeno de manera destacada. En respuesta a esta observación, se ha llevado a cabo un análisis de investigaciones que respaldan el desarrollo del presente trabajo. Estas investigaciones y prácticas han explorado y fortalecido la integración de las TIC en el ámbito educativo, así como la implementación de métodos de enseñanza más dinámicos y adaptables a las necesidades de los estudiantes en la era digital. En este sentido, en un estudio realizado por Abdel y Garzón (2023) sobre el uso de los simuladores PhTE y Tracker para el estudio del movimiento oscilatorio se pudo evidenciar que _____________________________________________________________________________________________ Trabajo de Integración Curricular Emerson Santiago Guanga Reino Edwin Javier Inga Zambrano 9 estos dos softwares son muy compatibles, ya que se puede obtener con gran exactitud las ecuaciones que se encuentran en los textos de física tradicionales. Además, los simuladores tienen grandes bondades porque se usan para obtener valores de algunas variables y les permite comparar las ecuaciones experimentalmente con las dadas en los textos de física. De la misma manera, se debe considerar que las Leyes de Newton, formuladas por Isaac Newton en el siglo XVII, constituyen uno de los pilares fundamentales de la física clásica y son esenciales para comprender el comportamiento de los objetos en reposo y en movimiento. Sin embargo, la comprensión conceptual de estas leyes puede resultar difícil para muchos estudiantes debido a su carácter abstracto y a menudo se presenta como una barrera para el aprendizaje efectivo. Es por ello que, las simulaciones PhET ofrecen una solución innovadora al problema, al proporcionar un entorno interactivo y visualmente estimulante donde los estudiantes pueden explorar y experimentar con los principios físicos subyacentes a través de simulaciones basadas en ordenador. Estas simulaciones permiten a los estudiantes manipular variables, observar resultados y explorar relaciones causa-efecto en un entorno controlado y seguro. En palabras de Chávez (2023) el uso de los laboratorios virtuales PhET frente a los tradicionales en el aprendizaje de las ciencias los primero tiene mayores ventajas que los segundo porque dinamizan y mejoran el acercamiento práctico a la ciencia, además, revelaron que el uso del software de simulación PhET en la enseñanza de la materia de Física mejoraba significativamente el desarrollo de las competencias de física de estudiantes. A la par, en esta investigación realizada por Matute y Cárdenas (2022); Sanguano (2021); Rosero et al. (2022) y Díaz (2018) se expone la necesidad de implementar estrategias didácticas con la incorporación de las TIC en las clases, puesto que generan un aprendizaje significativo en los estudiantes, ya que permite que los mismos obtengan autonomía en su formación. Además, las distintas posibilidades que presentan estas herramientas hacen que las mismas sean importantes para favorecer el aprendizaje. Además, las observaciones de Sanguano (2021) en su proyecto de intervención llevado a cabo en la Unidad Educativa Los Ilinizas de la ciudad de Quito, titulado: Uso de los simuladores _____________________________________________________________________________________________ Trabajo de Integración Curricular Emerson Santiago Guanga Reino Edwin Javier Inga Zambrano 10 PHET para mejorar el aprendizaje de la Física, se identificaron problemáticas como el olvido de temas, dificultades en la comprensión de enunciados y la resolución de operaciones matemáticas. Este estudio se basa en una metodología mixta y pone especial énfasis en la revisión de referentes teóricos relacionados con el aprendizaje constructivista, conductivista y el aprendizaje cooperativo en el contexto del proceso de enseñanza-aprendizaje de la física. Cabe mencionar que, esta investigación considera la implementación de una secuencia didáctica con actividades diseñadas para satisfacer las necesidades específicas de la institución donde se llevó a cabo el proyecto. Este enfoque integral, que combina la revisión teórica con estrategias prácticas y adaptadas al entorno educativo, busca abordar las dificultades identificadas y mejorar la efectividad del aprendizaje de la Física en el contexto de la Unidad Educativa Los Ilinizas. Esta investigación desempeña un papel crucial y distintivo en el desarrollo de este trabajo, ya que emplea una metodología mixta que integra datos cualitativos y cuantitativos. Este enfoque metodológico aporta de manera sustancial a la presente investigación al permitir la aplicación de diversas herramientas de recolección de datos, lo cual resulta fundamental para comprender los factores que complican la problemática y, por ende, proponer soluciones adecuadas. En el diagnóstico, se emplearon métodos como encuestas y pruebas de conocimientos, utilizando cuestionarios como instrumentos que facilitaron la descripción detallada del problema identificado. Este aporte se refleja de manera significativa en el desarrollo del diagnóstico y en la correcta implementación de diversas herramientas para abordar la problemática de manera efectiva en la investigación. Este enfoque metodológico contribuye de manera significativa al desarrollo de la propuesta, ya que al diseñar actividades específicas utilizando simulaciones, se observa una mejora notable en las calificaciones de los estudiantes. Los resultados de la investigación muestran que los promedios del pretest y postest del grupo de estudio experimentaron una mejora óptima, aumentando de 7.18 a 9.39. Este logro representa una contribución valiosa a nuestro proyecto de intervención, destacando la efectividad de la propuesta en la mejora del rendimiento académico de los estudiantes. _____________________________________________________________________________________________ Trabajo de Integración Curricular Emerson Santiago Guanga Reino Edwin Javier Inga Zambrano 11 En esta misma línea investigativa, en un estudio implementado por Suarez y Patiño (2022) en la Institución Educativa Kenedy de la ciudad de Medellín sobre el uso de simuladores en el aula para la resolución de problemas un simulador es un escenario físico o digital se ha observado que estos son capaces de reproducir un fenómeno en un ambiente muy parecido al real, con parámetros modificables y variables controladas lo que logra estimular el aprendizaje del alumno de forma práctica y natural para resolver un problema puntual a través de la modelación. Es por ello que, uso del simulador PhET en el fortalecimiento de las competencias de los estudiantes permiten desarrollar el pensamiento lógico de los mismos. Al indagar la investigación de Rosero et al (2022) llevada a cabo en la Institución Educativa Francisco José de Caldas en Sierra Cauca, Colombia, con el título: Simulaciones en PhET como estrategia en tiempos de Covid-19 para generar aprendizaje significativo al potenciar la competencia de explicar fenómenos, destaca como una valiosa contribución al ámbito educativo. Este estudio propone una estrategia pedagógica que busca impulsar el aprendizaje significativo en el área de la química, especialmente dirigida a estudiantes de 15 a 20 años. Con un enfoque mixto que incorpora datos cualitativos y cuantitativos, la investigación valida la problemática identificada y proporciona un plan de intervención efectivo. Este trabajo aporta de manera significativa para el desarrollo del diagnóstico y la elaboración de la metodología. La elección de una metodología mixta facilita la obtención y análisis coherente de datos, promoviendo así una implementación más eficiente de la propuesta. La inclusión de un pretest y postest permite evaluar la eficacia de las simulaciones PhET en el proceso educativo. Además, la investigación enriquece la fundamentación teórica en torno al uso de simulaciones para generar aprendizaje significativo, un aspecto fundamental que se incorpora de manera relevante en nuestra propia propuesta de intervención. La sistematización teórica aporta valiosas perspectivas sobre la efectividad de las simulaciones PhET, consolidando así la base teórica de nuestro enfoque pedagógico. Al examinar la investigación de Díaz (2018) titulada: Optimización del Aprendizaje Matemático a través de la Utilización de PhET, se identifica un problema vinculado a la limitada interacción con la tecnología en el proceso de enseñanza de las matemáticas. El autor destaca la _____________________________________________________________________________________________ Trabajo de Integración Curricular Emerson Santiago Guanga Reino Edwin Javier Inga Zambrano 12 naturaleza cuantitativa y experimental de la investigación, empleando grupos de control y experimental, con una muestra compuesta por 40 estudiantes de octavo grado pertenecientes a la Institución Educativa General Santander en Soacha-Cundinamarca, Colombia. Enfatiza que la media del grupo experimental demostró ser estadísticamente superior a la del grupo de control, señalando un avance considerable en el aprendizaje al implementar la herramienta PhET para abordar el tema de las fracciones. Este estudio contribuye significativamente al resaltar la metodología utilizada, haciendo hincapié en su enfoque experimental cuantitativo que incorpora pretest y postest. Los cuales reflejaron resultados con una mejora sustancial, ya que los estudiantes, inicialmente con calificaciones bajas (entre 5-10) en la prueba inicial, lograron puntuaciones notables (entre 9 y 10) tras la aplicación de PhET estos resultados respaldan la implementación de las simulaciones PhET para mejorar el desempeño de los estudiantes. Durante la ejecución de encuestas y entrevistas dirigidas a estudiantes y docentes, se reveló de manera consistente que tanto los alumnos como los profesores prefieren incorporar simulaciones como herramientas pedagógicas en el proceso de aprendizaje de diversas materias. Estas valiosas percepciones y preferencias recopiladas durante la investigación constituyen aportes esenciales que enriquecen significativamente el desarrollo del presente proyecto de intervención. Las respuestas obtenidas a través de las encuestas y entrevistas no solo brindan una comprensión más profunda de las preferencias y perspectivas de los actores clave en el entorno educativo, sino que también respaldan la elección de estrategias pedagógicas que incorporan simulaciones. Este respaldo directo por parte de la comunidad estudiantil y docente refuerza la pertinencia y aplicabilidad de la propuesta de intervención, garantizando su alineación con las necesidades y expectativas del público objetivo. Este valioso feedback contribuye así a la formulación de un enfoque pedagógico más efectivo y adaptado a las realidades y preferencias de la comunidad educativa. En este contexto, es fundamental destacar la relevancia de los estudios revisados que abordan las simulaciones PhET y su contribución al aprendizaje, tanto en el ámbito de la física como en áreas relacionadas con las ciencias. Asimismo, es imperativo subrayar la importancia _____________________________________________________________________________________________ Trabajo de Integración Curricular Emerson Santiago Guanga Reino Edwin Javier Inga Zambrano 13 del uso de recursos y herramientas digitales en el entorno educativo actual, que se encuentra inmerso en la globalización. Este enfoque no solo permite cumplir con las nuevas competencias y objetivos establecidos por el Ministerio de Educación (MINEDUC), que enfatizan destrezas tecnológicas esenciales, sino que también facilita la conexión de estas habilidades con los contenidos impartidos en física. De esta manera, se fomenta el desarrollo del pensamiento crítico, promoviendo una educación más alineada con las demandas contemporáneas. Finalmente, en el contexto de la ciudad de Cuenca, al analizar el trabajo de intervención de Matute y Cárdenas (2022) con el título: Estrategia didáctica mediante la herramienta PhET para el proceso de enseñanza aprendizaje en Matemáticas del primero F bachillerato, UE Cesar Dávila Andrade con la problemática falta de la concepción de vectores, grafica de vectores, producto vectorial y aplicación geométrica de los vectores, debido a la falta de implementación de recursos digitales. Los autores afirman que su trabajo es de tipo preexperimental con un enfoque mixto con un grupo experimental que conforman 32 estudiantes de Primero de Bachillerato de la Unidad Educativa Cesar Dávila Andrade. Es así que mediante la aplicación de un pretest y un postest se pudo evidenciar que la media estadística del grupo sufrió una variación favorable después de la intervención con el uso de las simulaciones PhET. Este trabajo de intervención aporta de manera significativa en la definición del tipo y enfoque de investigación, ya que plantea que es una investigación de tipo preexperimental mixta que consta de un solo grupo experimental, se aplicó un pretest y postest en la cual, se pudo evidenciar de manera notable los resultados alcanzados con la intervención ya que, con la aplicación del pretest los estudiantes obtuvieron un rendimiento muy bajo puesto que la media era de 3.8 y luego de la intervención con el uso de las simulaciones PhET, al realizar el postest se obtuvieron resultados alcanzando una media de 9.4. 1.1.Efectividad de las intervenciones basadas en estrategias específicas: Un análisis de antecedentes para la mejora significativa en la intervención Los antecedentes revisados en el contexto de la presente propuesta de intervención revelan una convergencia notable en los resultados obtenidos. De manera consistente, cada estudio logró alcanzar resultados positivos tras la implementación de sus respectivas _____________________________________________________________________________________________ Trabajo de Integración Curricular Emerson Santiago Guanga Reino Edwin Javier Inga Zambrano 14 intervenciones, evidenciando así la efectividad de las estrategias aplicadas. En cada una de las instituciones intervenidas, se logró abordar y resolver de manera exitosa las problemáticas identificadas, lo que resalta la pertinencia y eficacia de las intervenciones propuestas. Este patrón de resultados positivos contribuye a fortalecer la fundamentación de la presente propuesta, respaldando la idea de que la implementación de estrategias específicas, en línea con las tendencias identificadas en los antecedentes, puede conducir a mejoras significativas en el aprendizaje y desarrollo educativo. Matute y Cárdenas (2022) resaltan la importancia de la flexibilidad y la personalización a través de espacios virtuales de aprendizaje, promoviendo así el desarrollo profesional de los educadores. Además, destacan la eficacia de las simulaciones PhET para generar aprendizaje significativo y autonomía en los estudiantes, abordando específicamente la problemática de la concepción de vectores en matemáticas. Sanguano (2021) se suma a esta perspectiva, proponiendo estrategias que integran tecnologías de la información y la comunicación (TIC) para mejorar el aprendizaje, especialmente en el área de la física. Utiliza una metodología mixta para validar la problemática y desarrollar un plan de intervención efectivo, abordando desafíos como el olvido de temas y dificultades en la comprensión. Destaca el respaldo de estudiantes y docentes hacia el uso de simulaciones PhET como herramienta pedagógica. Rosero et al (2022) contribuyen a la adaptación educativa en tiempos de Covid-19, proponiendo una estrategia pedagógica para potenciar el aprendizaje significativo, especialmente en química. Al igual que Matute y Cárdenas, emplean una metodología mixta para validar la problemática y proponer soluciones. Su enfoque destaca la importancia crucial de las simulaciones PhET en la generación de aprendizaje significativo, consolidando así la base teórica para intervenciones pedagógicas futuras. Este enfoque innovador se conecta con la necesidad general de adaptarse a entornos educativos cambiantes y aprovechar las herramientas digitales disponibles para mejorar la calidad de la educación. El trabajo de Díaz (2018) complementa la perspectiva global al abordar las limitaciones en la interacción con la tecnología en el aprendizaje de las matemáticas. Su enfoque experimental cuantitativo destaca la eficacia de las simulaciones PhET para mejorar el _____________________________________________________________________________________________ Trabajo de Integración Curricular Emerson Santiago Guanga Reino Edwin Javier Inga Zambrano 15 rendimiento en un tema específico, las fracciones. Este estudio refuerza la importancia de incorporar recursos digitales en la enseñanza, alineándose con la necesidad de adaptarse a entornos educativos cambiantes. Al analizar estos antecedentes, se observa una convergencia en la idea de que las simulaciones PhET ofrecen un enfoque efectivo para mejorar el aprendizaje en diversas áreas. Matute et al (2021), Rosero et al (2022), y Díaz (2018) resaltan la importancia de las metodologías mixtas para validar problemas, proponer soluciones y evaluar la eficacia de las intervenciones pedagógicas. Esta convergencia refuerza la relevancia de incorporar tecnologías educativas, como las simulaciones PhET, para enfrentar los desafíos actuales y garantizar un aprendizaje optimo y adaptado a las necesidades de los estudiantes pues esto genera resultados positivos en cuanto al rendimiento académico de los estudiantes. 1.2.Abordaje teórico El objetivo de este apartado es la revisión exhaustiva de diversas fuentes de información que respaldan y sustentan los fundamentos teóricos del mismo. En esta revisión, se han analizado y examinado detalladamente una variedad de fuentes para establecer una base sólida y fundamentada para el proyecto. En el mismo, se abordan a 1.3. Aprendizaje El aprendizaje se puede describir como una actividad cognitiva constructiva que implica establecer un propósito de aprender y llevar a cabo una secuencia de acciones orientadas a alcanzar ese propósito. Es similar a otras actividades cognitivas en términos de su organización temporal, que incluye una fase antes, durante y después de la actividad (Meza, 2013). En la misma línea, el Manual de Metodología Didáctica de la Unidad de Promoción y Desarrollo, el aprendizaje es un proceso que ocurre cuando una persona, a través de experiencias que involucran interacciones con el entorno, produce respuestas nuevas o modifica las existentes, estableciendo nuevas relaciones entre su actividad y el entorno (Delgado et al, 2019). En este sentido, el estudiante desempeña un papel crucial como agente educativo en la comunicación e interacción social, tanto dentro como fuera del aula. La creación de entornos _____________________________________________________________________________________________ Trabajo de Integración Curricular Emerson Santiago Guanga Reino Edwin Javier Inga Zambrano 16 propicios en el aula facilita la relación de los estudiantes con la tecnología, ya que el acceso a las redes informáticas se realiza a través de diversos dispositivos, lo que mejora la eficiencia y productividad en el aprendizaje (Aguilar, 2019; Pihuave y Montes, 2020). Además, la participación activa del estudiante y el uso de la web y software como recursos didácticos pueden propiciar situaciones de aprendizaje efectivas, siempre y cuando estén integrados en un contexto educativo estructurado que incluya facilitadores, compañeros de clase, contenidos y actividades adaptadas al currículo escolar, considerando los niveles de conocimiento de los estudiantes y los objetivos educativos claros (Jara y Cancino, 2018). 1.3.1. Teorías del aprendizaje Según Sarmiento (2004), existen varias teorías que abordan el comportamiento humano, pero las teorías del aprendizaje se centran en explicar los procesos internos que ocurren durante el aprendizaje y cómo se adquieren habilidades intelectuales, como conceptos, información, habilidades motoras y actitudes. El aprendizaje no se limita únicamente a los contenidos enseñados en la escuela o en el hogar, también implica aprender a comportarnos adecuadamente en sociedad. Las teorías del aprendizaje tienen como objetivo comprender este proceso complejo (Arranz, 2017). Figueroa et al (2018) señalan que las teorías del aprendizaje en educación se consideran modelos sistemáticos, progresivos y dinámicos del proceso de aprendizaje. Estas teorías se basan en investigaciones bibliográficas y de campo, y cuentan con niveles de validez en su fundamentación. Las teorías del aprendizaje son conductistas, constructivistas, cognitivista, humanista, socioconstrutivismo y teorías sociales del aprendizaje. Para esta investigación es importante ahondar teóricamente sobre el constructivismo ya que se apega a las características pedagógicas con la que opera el PhET. 1.3.1.1. Constructivismo El aprendizaje durante mucho tiempo ha sido concebido como una transición de conocimientos en la cual participan dos actores importantes el profesor que es el dueño del conocimiento y el alumno que absorbe los conocimientos del mismo el éxito de este proceso _____________________________________________________________________________________________ Trabajo de Integración Curricular Emerson Santiago Guanga Reino Edwin Javier Inga Zambrano 17 depende de la habilidad del estudiante de memorizar y absorber los contenidos impartidos o era así como lo percibe la metodología tradicional de aprendizaje. Es así que desde diversas perspectivas se concuerdan que el aprendizaje no es algo transitorio y no depende de la memorización se ha podido evidenciar la necesidad de un cambio en la educación en concordancia con este tema Paz et al. (2022) mencionan que, el aprendizaje debe concebirse desde una visión constructivista pues el estudiante analiza desde sus experiencias y vivencias como construye su conocimiento dependiendo de sus necesidades. Se trata de dirigir el proceso hacia el sujeto desarrollando su conocimiento a partir de experiencias, más no en las vías con las que se generó el mismo es así que se puede obtener grandes resultados pues se emplea la idea de que no existen verdades absolutas y se beneficia del conocimiento empírico que posee el sujeto y desde la individualidad se pretende alcanzar el aprendizaje (Paz et al, 2022). Para ello, se tiene presente la existencia de las diversas realidades que cada persona asume afectando su habilidad física y su condición emocional, como también su situación económica y cultural, es así que gracias a una actividad del sistema nervioso que percibe la realidad, organiza y da sentido, se genera el conocimiento desde las teorías de Piaget en donde se plantea el aprendizaje como una evolución pues se menciona que es un proceso sucesivo y pausado que va de la mano con el crecimiento de la persona tanto física como psicológicamente (Ortiz, 2015). El aprendizaje es concebido como un proceso de asimilación y acomodación en la cual el individuo interactúa con objetos de la vida real los caracteriza, genera el conocimiento, se apropia del mismo y los integra de manera cognitiva, a su vez los mismo le ayudan en su desarrollo y adaptación al medio, cuando el sujeto ha logrado este proceso se inicia otro proceso en el cual el individuo utiliza lo aprendido para resolver los problemas. Ahora bien, tanto el aprendizaje significativo como el aprendizaje cooperativo son enfoques que se basan en los principios constructivistas. Ambos enfatizan la construcción activa del conocimiento por parte del estudiante y la importancia de la interacción social en el proceso de aprendizaje. Por tanto, se desarrollarán a continuación: _____________________________________________________________________________________________ Trabajo de Integración Curricular Emerson Santiago Guanga Reino Edwin Javier Inga Zambrano 18 1.3.1.2. Aprendizaje significativo El aprendizaje significativo tiene relación con la teoría constructivista de Piaget puesto que ambos postulados lo conciben como una construcción del conocimiento Moreira (2019), hace énfasis en el aprender de manera sustantiva, es decir, captando el significado y asociándolo de manera cognitiva a su vez, el mismo les ayude a desempeñarse de manera óptima en el medio, en el ámbito educativo se lograr obtener mejores resultados puesto que los estudiantes toman un rol protagonista siendo los responsables de su propio aprendizaje. Además, que les brinda flexibilidad y autonomía permitiendo el desarrollo óptimo del estudiante, pues el docente estimula y aprovecha las habilidades y potencialidades de cada individuo, por consiguiente, se obtienen mejores resultados en el aprendizaje. Por lo general se tiene una mala concepción del aprendizaje significativo pues comúnmente se considera que un aprendizaje es significativo cuando el estudiante es capaz de identificar el significado de los contenidos que son impartidos en clases, pero el mismo se da de manera memorística impidiendo el desarrollo cognitivo del alumno por ello Baque y Portilla (2021) definen al aprendizaje significativo como un proceso de selección, recolección y análisis de información a partir de los contenidos impartidos por el docente relacionando la información obtenida con los conocimientos existentes y con las experiencias en su diario vivir. 1.3.1.3. Aprendizaje cooperativo Es importante tener en cuenta que el aprendizaje no solo se basa en el conocimiento y los contenidos impartidos en el aula, también se debe hacer énfasis en las relaciones que tienen los estudiantes dentro de la misma, pues un estudiante excluido no podrá desarrollar de manera óptima sus capacidades, el sistema educativo actual no promueve una cultura cooperativa lo que prima es la competitividad y la exclusión de los individuos que tienen problemas ya sean académicos como emocionales (Azorín, 2018). El aprendizaje cooperativo es un método bastante utilizado por los docentes para atender a la diversidad que presentan las aulas en la actualidad, pues cada estudiante es un mundo diferente y lograr que los mimos mantengan un relación inclusiva es importante para que todos alcancen un desarrollo óptimo de sus capacidades, a partir de la pluralidad se pueden obtener grandes beneficios al disponer de distintas realidades los estudiantes tienen la posibilidad de _____________________________________________________________________________________________ Trabajo de Integración Curricular Emerson Santiago Guanga Reino Edwin Javier Inga Zambrano 19 generar un conocimiento a partir de las experiencias de cada individuo en su vida diaria y conectar con los contenidos impartidos. El trabajo colaborativo muchas veces no es suficiente para que se dé el aprendizaje optimo y el desarrollo personal, pues el hecho de realizar una tarea en grupos no necesariamente implica que cooperen con eficacia y se genere un conocimiento, esto debido a algunos factores como lo explica Martínez y Sánchez (2020) a continuación: - Falta de experiencia y de habilidades de cooperación del alumnado: es necesario desarrollar destrezas y actitudes de cooperación en los alumnos, pues los mismo están acostumbrados a actuar de manera individualista y competitiva. - Experiencias negativas: el realizar el trabajo en grupos no necesariamente implica que se desarrolle un trabajo optimo entre todos los estudiantes, pues muchas veces algunos alumnos no trabajan o no les interesa aprender, no están acostumbrados a interactuar con otros y existen problemas interpersonales, - Falta de organización y control del aula: al realizar trabajos en grupo se debe tener en cuenta que existen alumnos conflictivos, que no necesariamente aportan ose sienten motivados por aprender. Estos son algunos problemas que se aprecian al realizar trabajos colaborativos, al resolver los mismos se puede generar un aprendizaje óptimo de los estudiantes y tener un aula competitiva con criterios de igualdad, es así como se puede utilizar esta metodología para mejorar la educación. 1.3.2. Enseñanza-aprendizaje de la asignatura de Física El proceso de enseñanza-aprendizaje en la asignatura de física se adapta a las necesidades del estudiante y a su comprensión de los fenómenos que ocurren en su entorno. El objetivo principal de este proceso es promover el desarrollo integral del estudiante, tanto en términos de su aprendizaje cognitivo, pensamiento crítico, conocimientos y habilidades, como en su desarrollo personal. En la enseñanza de la física, se busca proporcionar un entorno propicio para que los estudiantes adquieran un conjunto de conocimientos necesarios y puedan interpretar fenómenos físicos y resolver problemas basados en ellos. El nivel de comprensión y _____________________________________________________________________________________________ Trabajo de Integración Curricular Emerson Santiago Guanga Reino Edwin Javier Inga Zambrano 20 aplicabilidad de dichos conocimientos variará según la edad del estudiante y el tipo de educación proporcionada (Gallegos et al., 2018). Siguiendo un modelo de actividad definido, el proceso de enseñanza-aprendizaje de la física se refleja en las acciones tanto del docente como del estudiante. Estas acciones deben estar orientadas a lograr los objetivos establecidos y a identificar las dificultades que puedan surgir durante el proceso. Esto implica que tanto el estudiante como el docente deben evaluar si están alcanzando los objetivos planteados durante el desarrollo de las actividades (Hernández, 2020). Es importante destacar que el estudiante puede tomar un papel activo en la construcción de su propio conocimiento y que el proceso de formación educativa debe seguir un orden lógico en sus componentes, que incluyen la orientación, la ejecución y la retroalimentación. 1.3.3. Aprendizaje de las Leyes de Newton De acuerdo a los autores estudiados con anterioridad sobre las diferentes teorías del aprendizaje aplicadas en la educación se denota una concurrencia en que, los docentes deben desarrollar en los alumnos procesos cognitivos que los relacione con el medio, para poder llegar a un conocimiento y los mismo sean capaces de enfrentarse de manera correcta ante las diferentes situaciones que se enfrenten. El aprendizaje de la física al ser una materia dificultosa se han detectado diferentes problemas en su comprensión pues la misma intenta que los estudiantes comprendan los fenómenos existentes en la naturaleza y como los mismos interactúan, en este proceso el alumno se relaciona con el medio y el medio le proporciona los conocimientos que necesita “esta interacción produce modificaciones en la estructura cognitiva del alumno, dando lugar a un enriquecimiento de las operaciones intelectuales que es capaz de realizar”(Inzunza y Brincones, 2010, p. 52). De manera que el fin del aprendizaje en la educación es el desarrollo del estudiante de su conformación cognitiva para que comprenda los contenidos que el docente imparte, para aprender física se necesita que se generen operaciones intelectuales ya que al enfrentarse ante fenómenos el estudiante necesita interpretarlos y explicarlos y así lograr tener éxito, además que _____________________________________________________________________________________________ Trabajo de Integración Curricular Emerson Santiago Guanga Reino Edwin Javier Inga Zambrano 21 podrá entender de mejor manera como estos actúan en la naturaleza por ende genera un conocimiento más amplio y concreto. En el aprendizaje de las Leyes de Newton se intenta explicar los fenómenos de la naturaleza y como estos interactúan, a partir de proposiciones matemáticas ligadas al tema de la fuerza y el movimiento de los cuerpos para Cueva (2015) al enseñar las Leyes de Newton a los estudiantes es importante fomentar un enfoque práctico y experimental. En lugar de simplemente presentar las Leyes como hechos abstractos, los educadores pueden utilizar simulaciones interactivas, experimentos en el aula y demostraciones para involucrar a los estudiantes en el proceso de aprendizaje. Estas experiencias les permiten observar y analizar cómo actúan las fuerzas en diferentes situaciones y cómo se relacionan con el movimiento de los objetos. 1.4. Recursos didácticos en el proceso de enseñanza-aprendizaje En el campo de la pedagogía, es esencial que tanto los profesores en la enseñanza como los estudiantes en el aprendizaje hagan uso de recursos didácticos, ya que estos recursos promueven el desarrollo de habilidades cognitivas y contribuyen significativamente a la construcción del conocimiento. Según Vargas (2017) los recursos didácticos se refieren a un conjunto de medios materiales que forman parte del proceso de enseñanza y aprendizaje. Estas herramientas pueden ser físicas o virtuales y tienen como objetivo despertar el interés de los estudiantes, adaptándose a sus características físicas y mentales, y permitiendo al docente ser un líder en el proceso educativo. Además, estos recursos tienen la capacidad de adaptarse a cualquier temática en particular. Por otra parte, Delgado et al. (2019) expone que, los recursos didácticos desempeñan un papel fundamental al difundir información de manera interactiva y respaldar las actividades formativas. Estos materiales se utilizan para orientar el proceso didáctico de manera beneficiosa en el contexto educativo, ya que se consideran una guía en el aprendizaje y un motor esencial para la motivación en el aula. Más aún son atractivos para motivar al estudiante al aprendizaje de materias que son complejas, como lo es la asignatura de Física. Gallegos et al. (2018) añade que, su función principal radica en el logro del dominio de un contenido específico, y se les considera las bases de las acciones de enseñanza y aprendizaje en todos los niveles y modalidades _____________________________________________________________________________________________ Trabajo de Integración Curricular Emerson Santiago Guanga Reino Edwin Javier Inga Zambrano 22 educativas. Los recursos didácticos pueden variar desde materiales físicos hasta recursos digitales, y son productivos para los estudiantes, ya que pueden abordar dificultades educativas. Los recursos didácticos representan elementos importantes en el proceso de enseñanza- aprendizaje, ya que proporcionan apoyo al docente y facilitan el ejercicio de su función (Vargas, 2020). Suministran información al estudiante y contribuyen al desarrollo de habilidades, mejorando la calidad y eficiencia de las acciones pedagógicas. Además, los recursos didácticos, como las simulaciones, permiten la simulación de situaciones, fomentan la creatividad, fortalecen el dominio del contenido y facilitan la evaluación de los conocimientos. En este contexto, es importante recalcar que es crucial manejar adecuadamente estos recursos al impartir clases, ya que de ello depende en gran medida el éxito o fracaso del docente en cuanto a la asimilación del contenido por parte de los estudiantes y la adquisición de aprendizajes significativos. En suma, los recursos didácticos digitales ofrecen ventajas significativas en el proceso de enseñanza-aprendizaje de la física al proporcionar acceso a información actualizada, promover la interactividad, facilitar la visualización de fenómenos abstractos, permitir la personalización del aprendizaje y brindar retroalimentación inmediata. Estos recursos complementan al docente y empoderan al estudiante, enriqueciendo su experiencia educativa y contribuyendo a un mejor desarrollo de sus conocimientos, habilidades y competencias en física. 1.4.1. Recursos didácticos digitales: Las TIC en la Educación El uso de la tecnología en la educación es ampliamente reconocido como una necesidad fundamental en la actualidad. La UNESCO (2008) afirma que tanto estudiantes como docentes deben utilizar la tecnología digital de manera efectiva para lograr una vida, aprendizaje y trabajo exitosos en una sociedad cada vez más compleja, donde la información y el conocimiento son fundamentales. En el ámbito educativo, las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC) pueden ayudar a los estudiantes a adquirir las habilidades necesarias para diversas competencias: - Competencia en el uso de tecnologías de la información. _____________________________________________________________________________________________ Trabajo de Integración Curricular Emerson Santiago Guanga Reino Edwin Javier Inga Zambrano 23 - Eficiencia en la búsqueda, análisis y evaluación de información. - Habilidades para resolver problemas y tomar decisiones. - Creatividad y eficacia en el uso de herramientas de productividad. - Habilidades de comunicación, colaboración, publicación y producción. - Ciudadanía informada, responsable y capaz de contribuir a la sociedad. En relación con lo anterior, los recursos educativos digitales son herramientas que se utilizan para facilitar el desarrollo educativo. Según Zapata (2020), un material educativo es apropiado para el aprendizaje si contribuye al estudio de contenidos conceptuales, permite adquirir habilidades procedimentales y desarrollar actitudes favorables. Estos recursos deben estar presentes en todas las áreas de la educación, ya que son elementos clave que han ganado popularidad debido a su fácil acceso. Sin embargo, es importante que los docentes estén capacitados para saber cuándo y cómo integrarlos de manera efectiva. Por su lado, García (2019), propone que los recursos digitales ofrecen nuevas oportunidades en los procesos de enseñanza y aprendizaje al incorporar elementos como imágenes, sonido e interactividad, los cuales refuerzan la comprensión y motivación de los estudiantes. De acuerdo al mismo autor, es importante destacar que la implementación de nuevas tecnologías ofrece oportunidades beneficiosas para el proceso de enseñanza-aprendizaje- evaluación, ya que permite diversificar las formas de ejecución y adaptarlas a la realidad, relacionándolas con los intereses de los estudiantes y docentes (García, 2019). En la misma línea, Suárez (2020), explica que la aplicación de los recursos didácticos en el ámbito educativo favorece el aprendizaje de los estudiantes, aumenta su motivación e interés, fomenta la creatividad, mejora las habilidades para resolver problemas, fortalece el trabajo en grupo, aumenta la autoestima y permite una mayor autonomía en el aprendizaje. Además, supera las barreras de tiempo y espacio. 1.4.2. Simuladores Dentro de la amplia gama de recursos didácticos disponibles en la actualidad, en esta investigación se destaca la importancia de los simuladores debido a su utilidad y su gran atractivo para los estudiantes. Para conceptualizarlo, la Real Academia de la Lengua Española (RAE, 2019) señala que, un simulador es un dispositivo o aparato que reproduce el _____________________________________________________________________________________________ Trabajo de Integración Curricular Emerson Santiago Guanga Reino Edwin Javier Inga Zambrano 24 funcionamiento de un sistema en determinadas condiciones, y que generalmente se utiliza para entrenar a quienes deben operar dicho sistema. También, Cabero-Almendara y Costas (2016), exponen que, la simulación es un proceso en el cual se crea y desarrolla un modelo computarizado de un sistema. Este proceso implica el uso de software y hardware para generar aplicaciones que se asemejen a la realidad, con el objetivo de realizar experimentos y comprender el comportamiento del sistema o evaluar estrategias de funcionamiento. Estos programas tienen características definitorias, como ser herramientas confiables para el análisis de modelos en diversas áreas de aplicación, permitir la experimentación y toma de decisiones, ofrecer un entorno seguro para realizar experiencias, utilizarse en diferentes campos para simular aspectos diversos y evaluar ventajas, desventajas y limitaciones. Además, permiten construir y manipular modelos simplificados de la realidad, acelerar el proceso de enseñanza-aprendizaje, presentar interfaces gráficas fáciles de usar, establecer conexiones con otros programas y proporcionar retroalimentación inmediata. Por otra parte, según Contreras et al (2020), una de las principales funciones de los simuladores en la educación es apoyar a los docentes en la transmisión y transferencia del conocimiento. Contreras y Carreño (2022) afirman que el uso de simuladores en diferentes áreas de estudio de una disciplina permite que los estudiantes realicen acciones de aprendizaje significativas. Estos simuladores generan dos mejoras en el aprendizaje: por un lado, aumentan el tiempo dedicado al aprendizaje al convertirse en actividades interesantes, y por otro lado, mejoran la calidad del aprendizaje al enfocarse en contenidos de mayor relevancia y captar la atención del usuario. 1.4.2.1. Simuladores PhET El sitio web de Simuladores PhET (2020), desarrollado por la Universidad de Colorado en Boulder, proporciona simulaciones gratuitas, interactivas y divertidas en el ámbito de las ciencias y las matemáticas. Estas simulaciones se basan en investigaciones y han sido evaluadas a través de entrevistas a estudiantes y su observación en entornos educativos. El proyecto fue creado en 2002 por el premio Nobel Carl Weiman y utiliza tecnologías como Java, Flash o HTML5. Los simuladores pueden ser utilizados en línea o descargados en computadoras y son _____________________________________________________________________________________________ Trabajo de Integración Curricular Emerson Santiago Guanga Reino Edwin Javier Inga Zambrano 25 de código abierto. Estas herramientas involucran a los estudiantes en un entorno intuitivo, similar a un juego, que les permite explorar y descubrir mientras aprenden. Para Díaz (2017), PhET es un valioso recurso didáctico que ofrece simulaciones gratuitas, entretenidas e interactivas respaldadas por investigaciones del Proyecto PHET de la Universidad de Colorado. Inicialmente centrado en simulaciones de física, el proyecto se llamaba Physics Education Technology Project o PHET en inglés. A pesar de que han añadido simulaciones en áreas como química, biología, ciencias de la Tierra, matemáticas y otras disciplinas, decidieron mantener el nombre original. Además, el Simulador PhET presenta una serie de características que incluyen varias herramientas de dibujo que permiten explorar diferentes panoramas y temas de estudio. Además, ofrece simulaciones en todos los laboratorios de trabajo, utiliza una amplia gama de colores y proporciona una tabla de variables y constantes. También permite capturar e imprimir lo que se realiza en la hoja gráfica. Cada laboratorio de trabajo cuenta con información detallada, como temas, objetivos de aprendizaje, descripciones y una guía para profesores (Vargas, 2020, p. 48). 1.5.Bases legales que sustentan la importancia de la investigación La presente investigación destaca documentos importantes que regulan la ley en el Ecuador como son: La constitución de la república (2008), Ley orgánica de educación intercultural (LOEI) y El currículo de niveles de Educación obligatoria (Mineduc) 1.6. La Constitución de la República (2008) Recurriendo a la base legal de la Constitución de la Republica del 2008 plantea en el Art 347 inciso 1 que será obligación del estado “Fortalecer la educación pública y la coeducación; asegurar el mejoramiento permanente de la calidad, la ampliación de la cobertura, la infraestructura física y el equipamiento necesario de las instituciones educativas públicas” (p.107). Es imperativo satisfacer esta exigencia en todas las instituciones educativas, dado que ello asegura una mejora continua en la calidad y en la disponibilidad de los recursos esenciales para promover una educación de excelencia. En este contexto, la presente investigación se _____________________________________________________________________________________________ Trabajo de Integración Curricular Emerson Santiago Guanga Reino Edwin Javier Inga Zambrano 26 enfoca en la implementación de recursos digitales destinados a fomentar la innovación y perfeccionar las prácticas educativas, con el objetivo de optimizar la eficiencia de los recursos digitales disponibles en las unidades educativas. Se busca maximizar el uso de herramientas avanzadas, como las simulaciones, con el propósito de enriquecer y potenciar la formación académica de los estudiantes, propiciando así un entorno educativo más efectivo y dinámico. Además, en el inciso 8 dice que será obligación del estado “Incorporar las tecnologías de la información y comunicación en el proceso educativo y propiciar el enlace de la enseñanza con las actividades productivas o sociales” (p. 107). La incorporación estratégica de estas tecnologías no solo contribuirá al desarrollo de habilidades críticas en los estudiantes, sino que también fortalecerá el compromiso y la participación activa en el proceso de aprendizaje. Este enfoque innovador no solo busca optimizar los recursos existentes, sino también sentar las bases para una educación más adaptativa, centrada en el estudiante y alineada con las demandas cambiantes del siglo XXI. 1.7. Ley Orgánica de Educación Intercultural (LOEI) Revisando la Ley Orgánica de Educación Intercultural (Ministerio de Educación, 2011, p. 16). Art. 6- Obligaciones Inciso “e. Asegurar el mejoramiento continuo de la calidad de la educación;” Esta situación conlleva una mejora constante no solo en la calidad de la educación, sino también en el equipamiento de las instituciones, abarcando tanto los recursos materiales como la formación continua de los docentes en todo el país. En este contexto, es imperativo que los docentes se preparen de manera apropiada para adaptarse a las transformaciones continuas, siendo la tecnología un recurso inestimable en la actualidad. Herramientas como la simulación se destacan como instrumentos valiosos que no solo enriquecen la experiencia educativa, sino que también fomentan la participación de los estudiantes. En este sentido, la formación y la actualización de los docentes en el uso efectivo de estas tecnologías emergentes se convierten en elementos esenciales para _____________________________________________________________________________________________ Trabajo de Integración Curricular Emerson Santiago Guanga Reino Edwin Javier Inga Zambrano 27 mantenerse al día con los cambios educativos y aprovechar al máximo las oportunidades que ofrecen, contribuyendo así a un proceso educativo más dinámico y eficiente. Además de Inciso “j. Garantizar la alfabetización digital y el uso de las tecnologías de la información y comunicación en el proceso educativo, y propiciar el enlace de la enseñanza con las actividades productivas o sociales;” Es esencial que los actores involucrados en el ámbito educativo cuenten con una preparación adecuada y continua en relación con el manejo de dispositivos digitales. Esta capacitación constante busca asegurar que estos dispositivos se conviertan en recursos útiles y efectivos dentro de los establecimientos educativos. La formación continua no solo permite optimizar el aprovechamiento de las herramientas digitales, sino que también habilita a los participantes para integrar de manera significativa la tecnología en sus prácticas pedagógicas. De este modo, se promueve una cultura educativa en constante evolución, en la cual tanto educadores como estudiantes pueden aprovechar plenamente las ventajas que ofrecen las tecnologías digitales en la educación. En este contexto, las simulaciones digitales se erigen como un recurso sumamente efectivo para potenciar el aprendizaje. Estas herramientas no solo estimulan un mayor rendimiento por parte de los estudiantes, sino que también les proporcionan la oportunidad de participar en un proceso de aprendizaje continuo y autónomo, reforzando así los contenidos abordados en el aula. Las simulaciones digitales, al ofrecer experiencias interactivas y prácticas, desempeñan un papel fundamental en el desarrollo de habilidades conceptuales y aplicativas. Al fomentar la exploración y la experimentación, estas herramientas no solo enriquecen la comprensión de los estudiantes, sino que también promueven un enfoque proactivo hacia el conocimiento. De esta manera, las simulaciones digitales se posicionan como una valiosa contribución al proceso educativo, generando un ambiente de aprendizaje dinámico y participativo que favorece la internalización efectiva de los contenidos curriculares. 1.8. Currículo de niveles de Educación obligatoria (Mineduc) _____________________________________________________________________________________________ Trabajo de Integración Curricular Emerson Santiago Guanga Reino Edwin Javier Inga Zambrano 28 Recurriendo al currículo de niveles de educación obligatoria (Mineduc, 2016, p. 115), dentro de los objetivos generales del área de las ciencias se tiene que “OG.CN.6. Usar las tecnologías de la información y la comunicación (TIC) como herramientas para la búsqueda crítica de información, el análisis y la comunicación de sus experiencias y conclusiones sobre los fenómenos y hechos naturales y sociales.” En este entorno educativo, cobra vital importancia incorporar las Tecnologías de la Información y Comunicación (TIC) como herramientas de apoyo para los estudiantes. Estas tecnologías desempeñan un papel fundamental al fomentar una visión crítica del proceso de aprendizaje por parte de los estudiantes. El uso de simuladores y otras herramientas interactivas en las TIC se presenta como una estrategia clave, ya que no solo permiten a los estudiantes interactuar de manera práctica con los contenidos, sino que también promueven una reflexión crítica sobre su propio proceso educativo. Así, el uso estratégico de simuladores y tecnologías afines no solo enriquece la experiencia educativa, sino que también promueve un entorno propicio para el desarrollo de habilidades críticas, la autonomía del estudiante y un aprendizaje más profundo y significativo. 1.9. Reflexión sobre el objeto de estudio Después de analizar lo expuesto anteriormente, se puede observar una estrecha relación entre las variables dependientes e independientes y lo que ocurre con el aprendizaje de Leyes de Newton, en estudiantes de segundo año de bachillerato de la Unidad Educativa Luis Cordero. Esta relación se refiere al desarrollo del proceso de enseñanza-aprendizaje, especialmente en lo que respecta a las estrategias didácticas y el uso de herramientas digitales en el área de física, y cómo esto afecta el aprendizaje de los estudiantes. Resulta evidente que los estudiantes tienen dificultades para comprender los temas matemáticos, pierden el interés en la asignatura y la consideran compleja, lo que lleva al rechazo de la misma. Así mismo, en el marco teórico y legal presentado previamente, se destaca la importancia de todas las leyes y estatutos relacionados con las variables de este proyecto de investigación, que se encuentran estrechamente vinculados a las estrategias didácticas y respaldados por el uso _____________________________________________________________________________________________ Trabajo de Integración Curricular Emerson Santiago Guanga Reino Edwin Javier Inga Zambrano 29 de herramientas digitales para promover un proceso de enseñanza efectivo. Se hace mención de los derechos de los estudiantes de interactuar con las nuevas tecnologías, lo cual les permite desarrollarse tanto a nivel personal como profesional. También se enfatiza la responsabilidad del Estado de brindar una educación que utilice las tecnologías de la información y el conocimiento de manera adecuada. De esta manera, basándose en las bases teóricas citadas por varios autores, se logra establecer una relación entre la problemática identificada en el aula de clases y la teoría (variables). Esto da lugar a que los investigadores propongan e implementen una estrategia didáctica utilizando la herramienta PHET como recurso didáctico para el aprendizaje de Leyes de Newton, en estudiantes de segundo año de bachillerato de la Unidad Educativa Luis Cordero. _____________________________________________________________________________________________ Trabajo de Integración Curricular Emerson Santiago Guanga Reino Edwin Javier Inga Zambrano 30 Capítulo 2: Marco Metodológico En este capítulo se determinó distintos parámetros que fundamentan de manera significativa el siguiente trabajo de investigación, donde se delimitó las técnicas, métodos herramientas e instrumentos para una acertada recolección de información y datos que engloba todo este proyecto. De igual manera, la metodología presentada, especifica la resolución de la problemática expuesta en los estudiantes de la Unidad Educativa Luis Cordero, la cual será estudiada por medio de un objetivo que permita analizar la influencia de las simulaciones PhET como recurso didáctico para el aprendizaje de las Leyes de Newton. De esta forma, se representa el marco teórico relacionándolo con la problemática, teniendo en cuenta distintas bases teóricas sobre el aprendizaje de los estudiantes en la asignatura de Física. 2.1. Paradigma y enfoque En el presente trabajo de investigación, se ha adoptado como fundamento epistemológico un paradigma sociocrítico. Este paradigma se define como un enfoque que implica que el investigador se encuentre en constante reflexión y acción con el propósito de abordar y transformar no solo una situación social, sino también para brindar la oportunidad de conocer diferentes perspectivas de los sujetos de estudio en relación a la deliberación de sus problemas. Esto permite llegar a planteamientos con múltiples soluciones (Loza et al, 2020). Además, es importante destacar que, dentro del marco referencial de un paradigma sociocrítico, se busca la participación activa e imparcial del investigador junto a los individuos que forman parte de una asociación. Asimismo, se fome