Los laboratorios virtuales en el contexto educativo actual.

Hernández, José Silvano
Docente e Investigador del Centro Universitario CIFE

"Los Laboratorios Virtuales son una estrategia didáctica que favorecen el perfil de egreso de la EMS, siempre y cuando estén liderados por una figura docente competente en el área de las TIC, que lleve a los estudiantes por un camino de aprendizaje de las ciencias o de cualquier otra área disciplinar con metas claras y definidas, así como con una metodología de implementación pertinentes y estructurada de forma sistemática."

Resumen

Los laboratorios virtuales (LV) constituyen una gran oportunidad para mejorar los procesos de enseñanza aprendizaje en los distintos niveles educativos a partir de los procesos de investigación y diseño de materiales online de acceso abierto que pueden ser implementados como simuladores de forma sincrónica o asincrónica en la educación virtual. Sin embargo, estos LV en la enseñanza de las ciencias en el nivel medio superior, ofrecen beneficios como estrategia de aprendizaje empleando las TIC, ya que promueven el desarrollo de competencias acordes con el perfil de egreso, así como de las competencias disciplinares que se encuentran en los programas de estudio actuales. El presente estudio surge de la necesidad de establecer los requerimientos pedagógicos necesarios para fortalecer los procesos de aplicación de los LV como alternativa formativa, así como la metodología que se sugiere a los docentes aplicar a partir de las necesidades educativas del nivel.

Palabras clave: estrategia didáctica, simulación, TIC, virtual, laboratorio.

Introducción
El presente documento tiene como finalidad argumentar la pertinencia, funcionalidad y confiabilidad de los laboratorios virtuales en el contexto educativo actual, así como aquellos aspectos que se requieren cuidar para lograr que se consoliden en un escenario fértil para las prácticas de aprendizaje en el nivel medio superior. En primer lugar, es necesario considerar la trascendencia que tienen las TIC en un contexto educativo que actualmente reta a las instituciones y docentes hacia un cambio y manejo adecuado de las mismas. Sin embargo, la deficiente actualización docente en esta área, así como la inversión que implica un equipamiento tecnológico, convierte al manejo de las TIC en una de las principales necesidades para que los estudiantes logren desarrollar sus competencias en niveles óptimos que les permitan alcanzar los resultados de aprendizaje esperados en distintas áreas del conocimiento.

Concretamente en el área de las ciencias experimentales, la tecnología online ha desarrollado un sinnúmero de oportunidades que favorecen el desarrollo de las competencias profesionales en los estudiantes de nivel medio superior y superior: los laboratorios virtuales o también denominados e-laboratorios.

Ciertamente los laboratorios tradicionales (LT), han sido los únicos lugares de experimentación durante mucho tiempo, tanto para docentes como estudiantes, ya que en el los LT se garantiza la experimentación directa del alumno y el profesor puede plantear problemas que permitan al estudiante aplicar sus conocimientos sobre la naturaleza, entrenándose en la aplicación de método científico (Rosado & Herreros, 2005); sin embargo, el material de instrumentación es excepcionalmente caro, lo que hace difícil que cada alumno pueda realizar todos los experimentos que necesite; los recursos en personas y espacios son restringidos, así como el contacto con dispositivos y técnicas que difícilmente son comprendidos por los estudiantes.

Estos inconvenientes de los LT, han dado paso a la creación de los e-laboratorios, ya que éstos siguen un procedimiento similar al de un LT: se visualizan instrumentos y fenómenos mediante objetos dinámicos (applets de java o Flash, cgi-bin, javascripts…), imágenes o animaciones. Se obtienen resultados numéricos y gráficos, tratándose éstos matemáticamente para la obtención de los objetivos perseguidos en la planificación docente de las asignaturas.

¿Qué son los e-laboratorios o también llamados laboratorios virtuales?

Los laboratorios virtuales (LV) son sistemas computacionales que pretenden aproximar el ambiente de un LT. Los experimentos se realizan paso a paso, siguiendo un procedimiento similar al de un LT: se visualizan instrumentos y fenómenos mediante objetos dinámicos (applets de java o Flash, cgi-bin, javscripts, etc.), imágenes o animaciones.

Algunas de las ventajas de los LV aparecen en la tabla 1.

Tabla 1. Ventajas de los LV.

Ventajas

Descripción

1.     Flexibilidad

-Facilita a un mayor número de alumnos la realización de experiencias, aunque alumno y laboratorio no coincidan en el espacio.

-El estudiante accede a los equipos del laboratorio a través de un navegador, pudiendo experimentar sin riesgo alguno, y se flexibiliza el horario de prácticas y evita la saturación por el solapamiento con otras asignaturas.

2.     Economía

-Reduce el coste del montaje y mantenimiento de los LT, siendo una alternativa eficiente, donde el estudiante simula los fenómenos a estudiar como los observase en el LT.

3.     Herramienta de autoaprendizaje

-El alumno altera variables de entrada, configura nuevos experimentos, aprende el manejo de instrumentos, personaliza el experimento, etc.

4.     Aprendizaje mediante prueba y error.

-Los estudiantes pueden aprender sin avergonzarse de realizar varias veces la misma práctica, sin temor a dañar alguna herramienta o equipo.

5.     Política de acceso abierto en internet.

-Con los simuladores de procesos físicos, químicos, biológicos, etc. Los docentes pueden preparar actividades de aprendizaje que los alumnos han de ejecutar, contestando al mismo tiempo las cuestiones que se les plantean.

Fuente. Adaptación de Rosado, & Herreros (2005).

 Aunque los laboratorios virtuales presentan las ventajas descritas anteriormente para el aprendizaje, también se deben considerar algunos retos que deben ser asumidos por las instituciones que los implementan, ya que para lograr el éxito en los procesos de enseñanza, se requiere mejorar los siguientes aspectos (tabla 2).

Tabla 2. Retos que enfrentan los laboratorios virtuales.

Retos de los LV

Descripción

1.     Experiencia complementaria.

-El LV no puede sustituir la experiencia práctica altamente enriquecedora del LT. Ha de ser una experiencia complementaria para formar a la persona y obtener un mayor rendimiento.

2.     Generar una actitud de espectador.

-En el LV se corre el riesgo de que el alumno se comporte como un mero espectador. Es importante que las actividades en el LV, vengan acompañadas de un guión que explique el concepto a estudiar, así como las ecuaciones del modelo utilizado.

3.     El alumno no utiliza elementos reales en el LV.

-No siempre se dispone de la simulación adecuada para el tema que el profesor desea trabajar. Para que el LV sea útil en el procesos de enseñanza-aprendizaje, se han de seleccionar aquellos contenidos relevantes para los estudiantes.

¿Cómo están diseñadas las simulaciones que conforman las herramientas para los laboratorios virtuales?
Las simulaciones constan de dos partes: el modelo y la vista. El modelo está constituido por las variables de la simulación y por las ecuaciones matemáticas que rigen su evolución. La vista es la interfaz de usuario donde se muestra la representación gráfica de los diferentes estados del sistema. Cualquier cambio en el estado del modelo es visualizado en la vista, y si el usuario interacciona con ella modifica el valor de alguna variable del modelo (Jara, Candelas, Torres Medina, Dormido, & Esquembre, 2008).

Durante la ejecución de la simulación, crea las variables y ejecuta las ecuaciones del modelo cada cierto diferencial de tiempo. Esta última fase es conocida como paso de simulación o step. Posteriormente, actualiza la vista y vuelve a ejecutar las ecuaciones para continuar la evolución del sistema.

La interactividad se encarga de gestionar los eventos que se producen cada vez que el usuario interacciona con algún objeto de la vista (Luengas, Guevara, & Sánchez, 2009). El usuario es el encargado de darle funcionalidad a estos eventos. Para esta tarea, el simulador proporciona una serie de métodos predefinidos entre los que hay que destacar los siguientes:

  • Play (): ejecuta la simulación.
  • Pause (): detiene la evolución de la simulación.
  • Reset (): detiene la simulación y la reinicia.
  • Update (): actualiza las variables del modelo.

Metodología para la implementación de los laboratorios virtuales como estrategia para la enseñanza-aprendizaje.
Para que los laboratorios virtuales puedan ser implementados como una estrategia didáctica en el proceso enseñanza-aprendizaje se sugiere seguir los pasos que se describen a continuación, cuidando que tanto los docentes como estudiantes logren la colaboración a través de las actividades a desarrollar durante las sesiones didácticas o también denominadas clases (tablas 3 y 4).

Tabla 3. Actividades de planificación del LV (docentes)

Actividades de planificación

Descripción

1.     Identificación del área o campo disciplinar.

-Se establece el campo o área científica en donde se realizará la simulación o práctica virtual.

2.     Descripción del problema.

-Se especifica el problema detallada y claramente, se establecen los límites del problema.

3.     Establecimiento de las competencias a lograr.

-Se determinan qué competencias genéricas y/o disciplinares se tendrán en cuenta, así como los resultados esperados y el ámbito donde se situará el desarrollo.

4.     Justificación

-Se resaltan las motivaciones existentes que permiten el desarrollo y la ejecución del proyecto.

5.     Marco de referencia

-Se describe el marco teórico necesario para abordar el problema, los conocimientos previos y las experiencias existentes en la implementación de soluciones al mismo.

Fuente. Elaboración propia.

Tabla 4. Aplicación del LV con los estudiantes.

Metodología de aplicación del LV

Descripción

1.     Establecimiento de las metas de aprendizaje.

-Se socializan las competencias a lograr con los estudiantes, así como el problema a resolver y el proceso de evaluación de la práctica de simulación.

2.     Identificación de conocimientos previos.

-Se realiza una actividad para identificar los saberes previos en torno al problema, así como aquellas habilidades que es importante considerar en la resolución del mismo.

3.     Ejemplificación de una simulación o caso real.

-Se analiza un ejemplo real o una simulación previamente argumentada para mostrar el proceso a realizar de forma virtual en el LV.

-Se solicita la argumentación de los estudiantes para verificar la comprensión del ejemplo planteado.

4.     Gestión del conocimiento.

-Se analiza, investiga, comprende, argumenta y organiza la información necesaria para la resolución del problema a través del LV, es decir, se relacionan las variables que intervienen en la resolución del problema.

5.     Aplicación de la simulación.

-Se realiza el proceso de simulación a través de la plataforma virtual, empleando las variables necesarias y la visualización del modelo construido.

6.     Contextualización del experimento.

-Se describe el escenario, las características del experimento o simulación realizada, así como los distintos elementos que la conforman.

-Se obtienen conclusiones o resultados y se interpretan a la luz de la teoría establecida.

7.     Socialización y evaluación de la simulación.

-Se comparten los resultados obtenidos con el grupo y el docente, así como los aprendizajes alcanzados en el proceso. Se realiza la auto, co y heteroevaluación.

-Se retroalimenta el proceso de simulación mediante la identificación de logros y aspectos a mejorar.

Fuente. Elaboración propia.

 Algunas conclusiones
La interfaz de usuario de un laboratorio virtual incluye diferentes instrumentos utilizados en el laboratorio real. La interfaz del usuario general de un laboratorio virtual son interactivos y el usuario puede cambiar sus parámetros utilizando en mouse y el teclado. Para que el LV constituya una herramienta de autoaprendizaje, cada experimento debe tener una o más actividades o guías para el usuario; sin embargo, como herramienta para el aprendizaje mediado por el docente, representa una gran oportunidad para trascender la enseñanza tradicional que aún en los laboratorios tradicionales, no constituyen un proceso formativo de calidad e innovación, sino simplemente son un espacio de ejercitación y reproducción de prácticas previamente establecidas, sin un propósito claro y con resultados poco significativos en la experiencia de aprendizaje del estudiante (Benavides, & Morales, 2009; Ortega, & García, 2007).

Desde el punto de vista pedagógico, la utilización de la instrumentación virtual, al igual que los otros sistemas de aprendizaje asistidos por computador, se apoyan en las teorías contempóraneas del aprendizaje y en los múltiples métodos de enseñanza que de ellos se derivan. El reemplazar los instrumentos tradicionales por instrumentos virtuales que se ejecutan por computadora, permite que las funciones de los mismos vayan a la par del desarrollo de las nuevas tecnologías de las computadoras, cuyos costos siguen una tendencia decreciente (Viciedo, Valdés & Castañeda, 2002).

En el nivel medio superior, los laboratorios virtuales representan una gran oportunidad para integrar aspectos de estrategia e innovación educativa con aspectos de habilidades y conocimientos tecnológicos, ya que el perfil de egreso en este nivel pretende brindar al nivel superior, sujetos con las competencias necesarias para afrontar con éxito los distintos retos que la vida profesional les presenta en un escenario cada vez más tecnológico y cambiante (Franky, 2009). En este caso, los LV son una estrategia didáctica que favorecen el perfil de egreso de la EMS, siempre y cuando estén liderados por una figura docente competente en el área de las TIC, que lleve a los estudiantes por un camino de aprendizaje de las ciencias o de cualquier otra área disciplinar con metas claras y definidas, así como con una metodología de implementación pertinentes y estructurada de forma sistemática.

 Referencias bibliográficas

- Benavides, G. A. M., & Morales, C. E. O. (2009). Laboratorio virtual basado en la metodología de aprendizaje basado en problemas, ABP. Revista Educación en Ingeniería, 4(7), 62-73.
- Franky, G. A. (2009). Laboratorios reales versus laboratorios virtuales, en la enseñanza de la física. El hombre y la Máquina, (33), 82-95.
- Jara Bravo, C. A., Candelas Herías, F. A., Torres Medina, F., Dormido Bencomo, S., & Esquembre Martínez, F. (2008). Laboratorios virtuales colaborativos.
- Luengas, L., Guevara, J., & Sánchez, G. (2009). ¿Cómo desarrollar un laboratorio virtual? Metodología de diseño. Nuevas ideas en informática educativa5, 165-170.
- Ortega, J. G. M., & García, M. L. (2007). Las TIC en la enseñanza de la Biología en la educación secundaria: los laboratorios virtuales. REEC: Revista electrónica de enseñanza de las ciencias, 6(3), 562.
- Rosado, L., & Herreros, J. R. (2005). Nuevas aportaciones didácticas de los laboratorios virtuales y remotos en la enseñanza de la Física. Recent Research Developments in Learning Technologies, 1-5.