Logro de la Habilidad Procedimental Mediante Simulación Multimedia Interactiva de Microscopía

El aprendizaje a partir de la observación de fenómenos reales en laboratorio, con el fin de desarrollar conocimientos y destrezas, es uno de los grandes retos para el diseño instruccional en la educación a distancia. En la Universidad Nacional Abierta y a Distancia-UNAD-, Colombia, la población estudiantil se encuentra distribuida en lugares geográficamente remotos, donde es difícil o imposible, conseguir la disponibilidad de infraestructura de laboratorios que permita a los estudiantes realizar sus prácticas académicas. Una solución de diseño instruccional ante este problema, es el uso de la simulación, como estrategia de aprendizaje a distancia para la adquisición de habilidades procedimentales.

Este documento hace referencia al simulador de microscopía óptica desarrollado en la UNAD, con destino a los estudiantes del curso de biología como asignatura básica en los programas de pregrado, con el fin lograr la habilidad procedimental en el manejo del microscopio óptico

El desafío de diseño se abordó por una parte desde las características del aprendizaje multimedia, en el cual según Mayer (2010):

Por otra parte se aplicaron las tres metas instruccionales importantes durante el aprendizaje: (a) reducir el procesamiento extraño o sea evitar al estudiante la pérdida de energía procesando información que no sirve para el logro del objetivo instruccional; (b) manejar el procesamiento esencial o sea dirigir el procesamiento cognitivo a lograr que la memoria de trabajo aprehenda lo esencial del material; y (c) estimular el procesamiento generativo o sea la construcción de sentido a partir del material (Mayer, 2010)

Desde esta perspectiva, las características del simulador que se relacionan directamente con su aplicabilidad para el aprendizaje se verificaron en los siguientes aspectos:

1. Microscopio virtual con apariencia y características de funcionamiento idénticas a un microscopio óptico real.

2. Manipulación interactiva de cada parte del simulador de microscopio por parte del estudiante para dar una experiencia equivalente a la manipulación de un microscopio real.

3. Explicaciones multimedia que se despliegan durante la interacción con cada componente del simulador.

4. Posibilidad de manipulaciones iterativas por parte del estudiante para que se ejercite hasta adquirir la competencia buscada en el manejo del microscopio óptico.

5. Aplicación interactiva del conocimiento de los principios y capacidades del microscopio óptico para resolver problemas, por ejemplo, calcular el diámetro del campo de visión, simular la preparación de montajes húmedos, observar muestras microscópicas reales mediante láminas virtuales y videoclips.

6. Despliegue de un menú organizado para que la sumatoria de las interacciones flexiblemente libres del estudiante, produzcan el aprendizaje integral esperado.

La Figura 1 presenta una de las pantallas del simulador donde se aprecia el menú y una actividad de manipulación virtual del microscopio.

Se realizó una validación del simulador por pares expertos y asesores de tecnología para la educación a distancia. Como resultado de estos procesos evaluativos el simulador tuvo tres eventos de ajuste de contenidos y mejoramiento de la experiencia interactiva de manipulación.

Para determinar el grado de satisfacción de los estudiantes con la calidad de las estrategias didáctico-pedagógicas del simulador virtual interactivo de microscopía, se aplicó una encuesta de satisfacción a 58 estudiantes.

La encuesta indagó la satisfacción sobre cinco dimensiones: (a) satisfacción con los recursos didácticos utilizados en el simulador; (b) satisfacción con las orientaciones de apoyo incorporadas en los procesos de simulación; (c) satisfacción con el entorno tecnológico y su interactividad; (d) satisfacción con la calidad del aprendizaje alcanzado; y (e) satisfacción general con el simulador. Los participantes evaluaron los ítems usando respuestas de 4 puntos en la escala de likert para las quatro primeras categorías con los siguientes valores:

• 4 = Siempre: Cuando la condición preguntada se cumple sin excepciones

• 3 = Generalmente: Cuando la condición preguntada se cumple la mayoría de veces

• 2 = A veces: Cuando la condición preguntada se cumple en pocas ocasiones

• 1 = Nunca: Cuando la condición preguntada no se cumple en ningún caso.

Para la quinta categoría relacionada con la satisfacción general, los estudiantes evaluaron en una escala de likert de 4 puntos con los siguientes valores: 1. Ninguna, 2. Baja, 3. Media, 4. Alta.

La Tabla 1, muestra entre los resultados estadísticos de la encuesta de satisfacción, el comportamiento general de la dimensión satisfacción general, a través de los cuatro aspectos de la indagación.

Los datos de la media y de la desviación estándar indican que la dimensión de satisfacción general con el uso del simulador de microscopía se mantuvo con una media cercana al máximo de satisfacción, desde una media mínima de 3.64 para los casos de los recursos didácticos y de las orientaciones tutoriales incorporadas al simulador, hasta la media más elevada de satisfacción que correspondió al entorno tecnológico, el cual también presentó la menor desviación estándar, o sea 0.381. En segundo lugar de satisfacción general aparece el aspecto de la cualidad del autoaprendizaje logrado, con una media de 3.69 y una desviación estándar de 0.503.

Para la selección de la teoría de diseño instruccional a aplicar en el simulador se tuvo en cuenta el criterio de Reigeluth (1999) según el cual “las teorías de diseño instruccional describen métodos de instrucción y las situaciones en que dichos métodos podrían ser utilizados completos o fragmentados en componentes más sencillos” (Reigeluth, 1999, p. 7).

Desde esta óptica, en el diseño del simulador se aplicó la teoría transaccional de Merrill (2002), centrada contextualmente en el estudiante y denominada una Piedra en el Estanque, con sus pasos característicos: (a) identificación general del problema, que en este caso corresponde al desarrollo de la habilidad procedimental para manipular el microscopio; (b) identificación de la secuencia de subproblemas, de menor a mayor complejidad para realizar la totalidad de la meta de aprendizaje; (c) análisis de componentes de conocimiento y de habilidades requeridas para la solución progresiva de la secuencia de problemas; (d) determinación de la estrategia instruccional para comprometer a los estudiantes con las tareas de aprendizaje, considerando sus preferencias de estilo de aprendizaje. La estrategia utilizada en la simulación fue la opción de interacción autónoma del estudiante con el simulador; (e) diseño de la interfase, proceso en el cual el contenido de aprendizaje con la estrategia planteada se adaptan al sistema de entrega y a la arquitectura instruccional de la situación de aprendizaje.

La teoría de aprendizaje en la que se basó el simulador, corresponde al aprendizaje multimedia según Mayer (2010) y a la teoría de Merril (2002) sobre diseño instruccional.

A partir de estas premisas el proceso de aprendizaje con el simulador presenta una lógica interna de actividades destinadas a facilitar el aprendizaje como se muestra en la Figura 2.

Las actividades de aprendizaje que muestra la Figura 2 dan la oportunidad de realizar los eventos de aprendizaje dados por Gagné y que están inmersos en el diseño instruccional de Merrill. El simulador en sí constituye un ambiente práctico de aprendizaje.

En la simulación hay un aspecto particular de comprensión de la realidad, conocido como modelamiento. Desde esta perspectiva, Rieber (2005) definió la simulación educativa como un programa de computador que modela algún fenómeno o actividad para que los estudiantes aprendan sobre ellos mediante la interacción con el simulador. Generalmente los participantes actúan en la simulación aplicando un rol.

En relación con el tipo de actividades desarrolladas en la simulación, Gredler (2003), señaló que las simulaciones y los juegos educativos son ejercicios de experiencia que transportan a los aprendices a otro mundo, donde aplican sus conocimientos, habilidades y estrategias para ejecutar los roles asignados. Desde el punto de vista de la calidad educativa de la simulación, Squire (2003) planteó que el aprendizaje basado en simuladores tipo video-juegos, representa un paradigma emergente para la instrucción, que ha ganado reconocimiento intelectual por representar espacios de aprendizaje experiencial, donde los aprendices logran interacciones colaborativas, ricas e internalizadas, que desarrollan pensamiento mediante el uso de herramientas complejas y recursos útiles para resolver problemas complejos.

El simulador de microscopía óptica corresponde a las categorías de simulador experiencial y de de simulador simbólico. Corresponde a un simuador experiencial en las interacciones correspondientes a manipulación icónica del microscopio virtual, por la equivalencia de su apariencia física y de los procedimientos de manejo con un microscopio real. Por otro lado, dicho simulador corresponde a la categoría de simulador simbólico en las interacciones de resolución de problemas, que en este caso concreto exigieron la aplicación de los principios de la óptica. Esta clasificación de los simuladores fue reportada por Gredler (2003).

A partir de los conceptos dados se puede decir que la simulación es una versión manipulable de la realidad, que permite aprender sobre su funcionamiento, mediante la interacción virtual con sus variables o con sus componentes. Las simulaciones se basan en una observación y reconstrucción teórica previa de los eventos de un fenómeno, para convertirlos en un modelo de las relaciones, cuantitativas o cualitativas del mismo, para que el estudiante interactúe con ellas en un ambiente fielmente imitado de la realidad.

Gredler (2003) señaló como características de la simulación: (a) un modelo adecuado de la situación compleja del mundo real con el cual interactúa el estudiante, aspecto que se referencia como fidelidad o validez; (b) un rol definido para cada participante, con responsabilidades y limitaciones; (c) un ambiente rico en datos que permita al estudiante ejecutar un rango amplio de estrategias, a partir de una toma de decisiones sencillas o complejas; y (d) retroalimentación para las acciones de los participantes, en la forma de cambios en el problema o situación. Con base en esta relación de características se presenta en la Figura 3 los principales aspectos que se tuvieron en cuenta para el diseño del simulador de microscopio óptico.

Si se comparan las características presentadas en la Figura 3 con el simulador de microscopio óptico, se cumplen las siguientes condiciones: (a) hay un comportamiento modelado del manejo real de un microscopio óptico; (b) la habilidad procedimental de manejo del microscopio se desarrolla comprensivamente a medida que el estudiante utiliza autónomamente los recursos icónicos y simbólicos que brinda la interfaz mediante el menú del simulador; (c) el estudiante puede realizar manejos iterativos de procedimientos durante la manipulación del microscopio simulado, de manera flexiblemente adaptada a sus condiciones personales de aprendizaje, recibiendo realimentación inmediata y oportuna para avanzar exitosamente en la práctica de ejercitación.

En el proceso de diseño del simulador, se buscó que cada paso de la ejercitación pudiera ser accedido y repetido a voluntad por el estudiante y que su interacción con las opciones de aprendizaje respondieran flexiblemente a sus preferencias o a sus necesidades específicas. La importancia de este enfoque de diseño que propicia autocontrol e interacción queda explícita en las siguientes consideraciones teóricas.

Gunawardena y McIsaac (2004) señalaron la importancia del autocontrol y la interacción como elementos de comunicación no contigua donde la comunicación interactiva de dos vías evidencia una participación voluntaria o autocontrolada y organizada. La importancia del autocontrol del estudiante en su proceso de aprendizaje radica en la conexión del procesamiento autocontrolado de la información con el desarrollo de habilidades metacognitivas, sobre la cuales Driscoll (2005) concluyó que forman parte de las habilidades auto-regulatorias requeridas para ser un estudiante exitoso. En el caso del simulador de microscopía los estudiantes mantienen un control total sobre su avance en la navegación por el menú de esta herramienta.

Garrison y Shale (1990) plantearon que en la educación a distancia la característica más importante es la interacción o comunicación efectiva de dos vías, que logra superar la distancia entre profesor y estudiante. Gunawardena y McIsaac (2004) señalaron que en los casos de aprendizaje basado en formatos de Web multimedia, las interacciones aprendiz-contenido corresponden a la interactividad del sistema. Este es el caso específico de los simuladores, como estrategia y dinámica de la interactividad del sistema, cuando la arquitectura tecnológica permite la interacción a partir de entradas o interacciones del aprendiz, con respuestas que cambian el formato desplegado o despliegan nueva información.

El simulador de microscopía permite a los estudiantes decidir en qué momento están en condiciones de pasar de un menú a otro y realizar iteraciones de ejercitación hasta sentir satisfacción con su desempeño simulado. La importancia del control del estudiante sobre los pasos de su interacción con el simulador, está sustentada en resultados de investigación: Mayer et al (2003) citados por Tabbers (2010) encontraron que el control del estudiante sobre presentaciones instruccionales produjo puntajes más elevados en los test de transferencia, lo cual se atribuyó a reducciones en la carga cognitiva. Se concluyó que el control de los estudiantes sobre la instrucción multimedia animada fue una forma efectiva y de fácil implementación para reforzar el proceso de aprendizaje.

Tabbers (2010) señaló que es necesario considerar seriamente el incremento en la ejecución de la tarea causado por el autocontrol del estudiante sobre la instrucción multimedia. Por tal motivo aconsejó que en futuras investigaciones se tenga en cuenta como posibles variables, “las estrategias metacognitivas que aplican los estudiantes al interactuar con el material instruccional, así como las relaciones entre las características de los estudiantes y el uso del control por parte del estudiante” (Tabbers, 2010, p. 452).

Hillman, Willis, y Gunawardena (1994) encontraron necesario adicionar al concepto de interacción de Moore (1989) que soporta la transacción educativa a distancia, un cuarto componente denominado interacción interfase-aprendiz, generado por la incorporación de las tecnologías de la comunicación para mediar en los procesos comunicativos de la educación a distancia. Ellos plantearon que la comprensión del uso de la interfaz en todas las transacciones, es un nuevo paradigma en la educación a distancia. Los aprendices que no poseen las habilidades requeridas para usar la interfase de un medio de comunicación, gastan enormes cantidades de tiempo aprendiendo a interactuar con la tecnología para lograr comunicarse con otros o con los contenidos de la lección.

El uso incremental de la Web en la educación a distancia ha generado la necesidad y la importancia de diseñar interfaces amigables y entrenar a los aprendices para utilizarlas. Por esta razón en el diseño del simulador de microscopía se realizó una prueba piloto que verificó la capacidad de los estudiantes para usar apropiadamente esta herramienta sin complicaciones.

Desde otra perspectiva, Fulford y Zhang (1993) demostraron que la percepción de la interacción es tan importante como la interacción en sí. La satisfacción de los estudiantes depende más de su percepción sobre una interacción de alto nivel, que de la abundancia de las interacciones. La encuesta de satisfacción aplicada a los estudiantes en la prueba de uso del simulador de microscopía evidenció el logro de seguridad o capacidad para manipular adecuadamente el microscopio.

La estrategia de simulación de microscopía óptica se constituye en una alternativa de solución ante las dificultades para desarrollar actividades de laboratorio con estudiantes de educación a distancia ubicados en zonas remotas donde no hay infraestructura física adecuada. La capacidad del simulador de microscopía óptica para apoyar el proceso de aprendizaje de la habilidad procedimental radica en la teoría de aprendizaje subyacente y en el diseño instruccional funcional para los objetivos curriculares planteados. Se aprende por el tipo de actividades desarrolladas con el simulador que llevan exploratoriamente a la solución de los problemas de microscopía planteados.

Las actividades desarrolladas con el simulador, a pesar de la flexibilidad exploratoria que puede ejercer el estudiante sobre el menú disponible, suministra una lógica interna de aprendizaje explícita en la Figura 3. Con esto se confirma que los simuladores son un buen recurso en la educación a distancia cuando su uso es coherente con un diseño instruccional y una teoría de aprendizaje subyacentes, que permiten potenciar las posibilidades de aplicación didáctica de esta tecnología. La descripción del simulador ha permitido reflexionar sobre el concepto en sí de la simulación, la importancia del autocontrol y la interactividad en la educación a distancia y las implicaciones que se derivan para el diseño instruccional de simuladores.