1 BANCO DE PRUEBAS PARA LA EXPERIMENTACIÓN DE MICROSISTEMAS CON ESTUDIANTES DE GRADO SÉPTIMO Y OCTAVO DE EDUCACIÓN BÁSICA VINCULANDO EL ENFOQUE STEM. Presentado por: PAULA ANDREA DUCUARA HERREÑO Trabajo de maestría para optar el título de: Magister en Ingeniería Electrónica y de Computadores Director: JOHANN FACCELO OSMA CRUZ, PhD. UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA. BOGOTÁ D.C. DICIEMBRE 2018
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BANCO DE PRUEBAS PARA LA EXPERIMENTACIÓN DE MICROSISTEMAS CON
ESTUDIANTES DE GRADO SÉPTIMO Y OCTAVO DE EDUCACIÓN BÁSICA
VINCULANDO EL ENFOQUE STEM.
Presentado por:
PAULA ANDREA DUCUARA HERREÑO
Trabajo de maestría para optar el título de:
Magister en Ingeniería Electrónica y de Computadores
Director:
JOHANN FACCELO OSMA CRUZ, PhD.
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA.
BOGOTÁ D.C.
DICIEMBRE 2018
2
A todo aquel que con una palabra, consejo o acción, me alentó a llevar a cabo el desarrollo de
este proyecto.
AGRADECIMIENTOS
Consciente de que este proyecto no es únicamente producto del trabajo que he
desarrollado, creo que lo más sensato es comenzar estas líneas recordando a todos aquellos que
lo han hecho posible.
A mi familia y amigos que me han apoyado, a mi asesor Johann F. Osma por su apoyo
incondicional, el cual a través de sus enseñanzas, consejos y conocimientos ha contribuido en
el desarrollo de esta tesis, a los directivos de la institución educativa distrital por permitirme
realizar la implementación del proyecto y a las docentes de aula Norma Moreno y Sonia
González, por permitirme trabajar en conjunto con los estudiantes.
3
RESUMEN
El presente documento, recopila el diseño, implementación y resultados de un banco de pruebas
orientado a un trabajo experimental de microsistemas y biotecnología, con 75 estudiantes de
los grados séptimo y octavo de bachillerato de una Institución Educativa Distrital. A su vez,
muestra la metodología empleada, la cual vincula el contexto, las experiencias vividas en el
aula de clase, los estándares de educación, las competencias de ciencia, tecnología y
matemáticas (STEM) y las reflexiones tanto de estudiantes como maestros, para cada uno de
los grados. Igualmente se resalta la aplicación de una prueba piloto (pre-test) que brindó la
posibilidad de comparar los resultados con una prueba final (post-tets), posterior al trabajo en
aula para observar la apropiación de las temáticas abordadas. Los instrumentos y laboratorios
brindaron la posibilidad de relacionar elementos de la escuela, la comunidad y el trabajo. La
ejecución del proyecto tuvo una duración de seis meses, donde se pudo evidenciar el progreso
de habilidades lógico-matemáticas empleando el enfoque STEM y el uso del método científico.
Este estudio demostró, que abordar las temáticas de STEM de forma experimental facilita no
sólo la participación y motivación de los estudiantes, sino también brindó una gran oportunidad
de aprendizaje interdisciplinar, aunque el desarrollo de habilidades de comprensión y redacción
científica, requieren de más tiempo.
4
ABSTRACT
This document, compiles the design, implementation and results of a test bench oriented to an
experimental work of microsystems and biotechnology, with 75 students who belong to seventh
and eighth grades of the secondary of a district educational institution. At the same time, it
shows the methodology used, linking the context, the education standards and the competences
of science, technology and mathematics (STEM), for each grade. Therefore, a pilot test (pre-
test) was applied, which allowed to compare with a final test (post-test), after the classroom
work to observe the appropriation of the topics addressed. The instruments and laboratories
offered the possibility of relating elements of the school, the community and the work. The
execution of the project lasted six months, where it was possible to demonstrate the progress of
logical-mathematical skills using the STEM approach and the use of the scientific method. This
study showed that by addressing these issues through student experimentation, it facilitates not
only their participation and motivation, but also provides a great opportunity for
interdisciplinary learning, although the development of scientific comprehension and writing
skills, require more time.
5
CONTENIDO
pág.
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ......................................................................... 10
Figura 1 Gráfico del modelo conceptual del enfoque STEM [15]
La figura 1. Muestra el modelo conceptual propuesto para la educación en STEM, en el
cual se observa un sistema de poleas el cual permite levantar la carga, en este caso el “Enfoque
en STEM”. Este tipo de sistema permite generar una ventaja mecánica que facilita el
levantamiento de la carga conectando el diseño de ingeniería, la investigación científica, la
alfabetización tecnológica y el pensamiento matemático como un sistema integrado. Teniendo
en cuenta esta analogía, cada una de las poleas se comporta como practicas comunes dentro de
17
la ciencia, la tecnología, la matemática y la ingeniería, que a su vez están vinculadas a la
comunidad (estudiantes y maestros). Es una relación compleja que deberá trabajar en armonía
para asegurar la integridad de todo el sistema.
2.2.2 Importancia de la investigación
Es importante reconocer que el desarrollo profesional de los maestros es un proceso
continuo en el cual se busca transformar algunas concepciones o prácticas en torno a la
educación, las metodologías, las didácticas y el proceso evaluativo, con el fin de encontrar
nuevos caminos que faciliten satisfacer necesidades e intereses en sus propios contextos, es por
ello que al hablar del enfoque STEM basado en la investigación empleando el uso de tecnología
permite promover la participación activa de los estudiantes y el descubrimiento autorregulado
del conocimiento [19] , por lo cual el estudiante participa en las siguientes 5 fases:
Figura 2 Importancia de la investigación dividido en 5 fases
18
2.2.3 Articulación con el contexto Educativo
Al hacer referencia al enfoque STEM, se busca realizar una articulación de las áreas de
ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas al contexto educativo, y a su vez, se sugiere incluir
los resultados obtenidos del aprendizaje. Al mismo tiempo, al emplear un enfoque instruccional
se realiza un primer acercamiento al diseño ingenieril, se investiga y se obtienen experiencias
significativas. [20] Donde se puede resaltar cinco características principales que se deben tener
en cuanta al realizar una articulación efectiva con el enfoque STEM. Lo primero, es tener
presente el contexto ya que dentro del currículo debe de ser motivador, significativo y atractivo
para los estudiantes. En segundo lugar, debe tener unos objetivos de aprendizaje claros para
cada una de las actividades planeadas. La tercera, las pedagogías centradas en el estudiante
deben usarse en las actividades, incluido al docente como facilitador y el aprendizaje
cooperativo. En cuarto lugar, se debe permitir a los estudiantes adquirir más conocimientos de
tecnología mediante el uso o el diseño de este, o mediante la comprensión de como se ha
desarrollado la tecnología a lo largo del tiempo. Finalmente, la actividad debe hacer que los
estudiantes participen en el proceso de diseño de ingeniería que les permita desarrollar el trabajo
en equipo y las habilidades de comunicación. [16]
19
3. METODOLOGÍA Y DESARROLLO
En este apartado se explica la ruta metodológica empleada para el desarrollo del proyecto
haciendo uso de cuatro fases, que incorporaron contexto particular de la institución, desde su
plan de área y su plan de asignatura, para incentivar el desarrollo de aptitudes hacías áreas de
STEM. A su vez también presenta los diferentes materiales y el desarrollo e implementación
del trabajo de aula en la institución.
A continuación, se va a explicar la ruta metodológica que se construyó en conjunto con las
docentes de aula y las experiencias de los estudiantes en relación a las temáticas que estaban
trabajando en el segundo semestre del año 2018.
• Se realizó una investigación de campo, empleando instrumentos de recolección
de datos con el objetivo de observar los conocimientos previos de los estudiantes antes
de aplicar los laboratorios y los insumos necesarios para el desarrollo de estos.
• Elaboración y planeación de la ruta experimental (los laboratorios diseñados
para cada grado, teniendo en cuenta los estándares básicos de educación y las temáticas
propuestas por parte de la institución)
• Paralelo a la segunda fase, se realizaron pruebas que permitieron el desarrollo
de prototipos de bajo costo para el diseño de los microsistemas.
• Diseño y aplicación de la prueba piloto (pre-test/ post-test), que permitió
observar el funcionamiento del banco de pruebas de experimentación, teniendo en
cuenta a los cursos a los que iba dirigido.
Figura 3 Ruta metodológica
20
Materiales y métodos
3.1 Contexto y participantes
Los instrumentos diseñados para la recolección de la información se llevaron a cabo en la
clase de ciencias naturales y biotecnología de grado séptimo y Octavo, como unidad de muestra
para incentivar el desarrollo de aptitudes hacia las ciencias, la tecnología y las matemáticas,
como capacidades en los profesores y estudiantes para implementar talleres construidos y
consolidados en y para el contexto particular del establecimiento educativo, desde la lectura de
su estructura institucional, su plan de área, su plan de asignatura y su puesta en escena desde el
aula con los profesores que de forma voluntaria abrieron las puertas para emprender este
proceso.
La institución educativa, en el cual se implementó el proyecto en la jornada de la mañana
es de carácter distrital ubicado en la localidad cuarta de San Cristóbal, en la jornada de la
mañana, atendiendo los estratos socioeconómicos 1, 2, y 3. A su vez, cuenta con un énfasis en
biotecnología el cual se aborda de forma transversal en todos los ciclos de formación. Para esta
investigación, se seleccionó una muestra poblacional de 75 estudiantes (de 116 matriculados en
la institución para estos grados en dicha jornada), los cuales se dividen en: 43 estudiantes de
grado séptimo y 32 de grado octavo, con edades entre los 11 y los 16 años, además de las
características descritas en la Fig. [2] como son la distribución por estratos sociales y el acceso
a internet fuera de la institución educativa.
Figura 4 Caracterización de la población
a) Distribución de la población por grados b) Estratos socioeconómicos c) estudiantes que pueden acceder a internet desde sus casas.
21
3.2 Competencias
Se entiende como competencia, el desarrollo de una tarea concreta asociada a un campo de
saber [21, p. 11] como el lenguaje, las matemáticas y las ciencias, y es posible expresarla a
nivel educativo, haciendo uso de unos desempeños formulados en el plan de estudios.
Desde esta perspectiva, es conveniente reconocer el contexto de la institución, a través de
la malla curricular en las áreas de ciencias naturales, biotecnología y matemáticas, además de
realizar un contraste con los estándares básicos de educación del Ministerio de Educación
Nacional (MEN) y la guía 30 [9], [22], y definir los desempeños a abordar.
En consecuencia, Bogoya [21] define los niveles de competencia en:
• Reconocer a través de la exploración y apropiación básica del conocimiento
• Interpretar los conceptos ya apropiados y llevarlos al contexto inmediato
• Producir insumos (informes, esquemas, gráficos o tablas) donde se evidencia la
apropiación y la interpretación de los conceptos por medio de los estudiantes.
Según los niveles anteriormente mencionados la Fig. [5] presenta una relación con los ejes
articuladores en ciencia, tecnología y matemáticas. A su vez, en las Tablas [1][2] se establecen
los niveles de competencias y desempeños abordados en la prueba piloto, ruta experimental y
la prueba final para cada grado.
Figura 5 Niveles de competencia según los ejes articuladores en ciencia, tecnología y matemáticas
22
Tabla 1 : Niveles de competencia en las que se distribuyeron los desempeños evaluados para grado Séptimo.
Nivel de competencia Área / Ejes Articuladores Desempeño
Reconocer
Ciencias
Ciencia tecnología y sociedad Entorno físico Matemáticas Pensamiento variacional y sistemas algebraicos y analíticos Aleatorio
Identifica aplicaciones de diversos métodos de separación de mezclas en procesos industriales
Observa y relaciona patrones en los datos para evaluar las predicciones.
Describe y representa situaciones de variación relacionando diferentes representaciones (diagramas, expresiones verbales generalizadas y tablas)
Reconoce relaciones entre diferentes representaciones de un conjunto de datos y analizar la pertinencia de la representación.
Interpretar
Ciencias
Entorno Vivo
Aproximación al conocimiento científico natural
Matemáticas
Pensamiento variacional y sistemas algebraicos y analíticos
Tecnología
Solución de problemas con
tecnología
Comprende que a partir de la investigación científica se construyen explicaciones sobre el mundo natural
Formula preguntas específicas sobre una observación o experiencia y escojo una para indagar y encontrar posibles respuestas.
Resuelve y formula problemas sencillos de proporcionalidad directa e inversa.
Interpreta gráficos, bocetos y planos en diferentes actividades.
Proponer
Ciencias Aproximación al conocimiento científico natural Entorno vivo
Matemáticas
Pensamiento Numérico y sistemas numéricos
Tecnología
Apropiación y uso de la tecnología.
Utiliza las matemáticas como una herramienta para organizar, analizar y presentar datos. Utiliza algunas habilidades de pensamiento y de procedimiento para evaluar predicciones. Resuelve y formula problemas que involucren relaciones y propiedades de semejanza y congruencia usando representaciones visuales Propone estrategias para soluciones tecnológicas a problemas, en diferentes contextos
23
Tabla 2: Niveles de competencia en las que se distribuyeron los desempeños evaluados para grado Octavo.
Nivel de competencia Área / Ejes Articuladores Desempeño
Reconocer
Ciencias
Ciencia tecnología y sociedad Entorno físico Matemáticas Pensamiento variacional y sistemas algebraicos y analíticos
Identifica aplicaciones de diversos métodos de separación de mezclas en procesos industriales Relaciona propiedades físicas y separación de materiales
Describe y representa situaciones de variación relacionando diferentes representaciones (diagramas, expresiones verbales generalizadas y tablas)
Interpretar
Ciencias
Entorno Vivo
Aproximación al conocimiento científico natural
Matemáticas
Pensamiento variacional y sistemas algebraicos y analíticos
Tecnología
Solución de problemas con tecnología
Comprende que existe una gran diversidad de materiales que se pueden diferenciar a partir de sus propiedades.
Formula preguntas específicas sobre una observación o experiencia y escojo una para indagar y encontrar posibles respuestas.
Da significado a la información numérica y traducir a diferentes representaciones.
Interpreta gráficos, bocetos y planos en diferentes actividades.
Proponer
Ciencias Aproximación al conocimiento científico natural Entorno vivo
Matemáticas
Pensamiento Numérico y sistemas numéricos
Tecnología
Apropiación y uso de la tecnología.
Utiliza las matemáticas como una herramienta para organizar, analizar y presentar datos. Utiliza algunas habilidades de pensamiento y de procedimiento para evaluar predicciones. Resuelve y formulo problemas que involucren relaciones y propiedades de semejanza y congruencia usando representaciones visuales Justifica la elección de métodos e instrumentos de cálculo en la resolución de problemas. Propone estrategias para soluciones tecnológicas a problemas, en diferentes contextos
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3.3 Ética del estudio
A la hora de realizar este proyecto, se tuvo presente aspectos éticos relacionados con la
información de los participantes, el consentimiento informado por parte de los padres de familia
y de la institución educativa, con el objetivo de cuidar la ética del estudio, a continuación, se
describen en detalle:
• Consentimiento informado: En el desarrollo de la intervención se les informo a
los padres de familia sobre el proceso de investigación que se ha abordado con los
estudiantes y su propósito el cual es estrictamente académico, por lo cual se les solicitó
por escrito un consentimiento informado para tomar un registro fotográfico y
audiovisual del proceso. (Ver ejemplo formato de consentimiento informado Anexo 1-
b).
• Autorización por parte de la institución educativa: Antes de realizar el proceso
de investigación dentro de la institución educativa, se presentó la propuesta a las
directivas del colegio y a los docentes del área de ciencias naturales y biotecnología,
con el objetivo de contar con la autorización, el plan de estudios y el plan de aula, para
diseñar los instrumentos y coordinar las fechas de intervención para cada uno de los
cursos. (Ver Formato carta de autorización Anexo 1 – a).
3.4 Ruta Experimental
Se diseñaron siete laboratorios, estructurados a partir del contexto de los estudiantes y las
temáticas abordadas en las clases de ciencias naturales y biotecnología de la institución. Con el
objetivo de tener una integración curricular y acercamiento a la temática de microsistemas y
biotecnología, donde se muestre un proceso de indagación, conceptualización,
experimentación, recolección, análisis y discusión de los resultados obtenidos. Es así que las
Tablas [3] [4] resumen la ruta experimental de cada laboratorio.
En la Fig. [6], muestra los resultados obtenidos a partir de la valoración del laboratorio para
grado séptimo, octavo y evidencias de las intervenciones donde los estudiantes hacen uso de
los diferentes microscopios empleados.
En séptimo, al contar con 38 participantes, se observa un bajo rendimiento en formulación
de conclusiones y falencias en el registro de observaciones. Para grado Octavo, al contar con
23 estudiantes, se observa un rendimiento adecuado en cada uno de los indicadores empleados.
c) 1. 2. 3
Figura 6 Resultados del laboratorio de estructuras micro y macroscópicas, según rúbrica:
a) Grado Séptimo b) Grado Octavo. C) Evidencias de la intervención: 1. Exploración del microscopio bifocal 2. Uso del
microscopio digital 3. Reconocimiento del microscopio de papel.
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Tabla 5 : Rúbrica Holística: Estructuras micro y macroscópicas
Rúbrica Holística
Excelente
5.0-4.5
Sobresaliente
4.4-4
Adecuado
3.9-3.0
Insuficiente
2.9-1
Reconocimiento y
clasificación de
elementos según
sus propiedades.
Reconoce y clasifica
diferentes elementos
según sus propiedades
empleando las unidades
métricas.
Reconoce y clasifica
algunos elementos según
sus propiedades, aunque
no tiene claridad en las
unidades métricas.
Identifica algunos
elementos según sus
propiedades.
Presenta dificultad al
reconocer las diferencias
de macro y microescala.
Manejo de
Instrumentos.
Hace uso adecuado del
microscopio,
reconociendo sus partes y
describiendo posibles
usos y diferencias entre
su clasificación.
Utiliza el microscopio,
reconociendo sus partes
y su clasificación
Emplea el microscopio,
pero se le dificulta
identificar las partes que
lo conforma.
Presenta dificultad a la
hora de emplear y
reconocer el microscopio y
sus partes.
Seguimiento de
instrucciones.
Realiza adecuadamente
el seguimiento de
instrucciones presentadas
de forma escrita.
Hace seguimiento de
algunas instrucciones de
forma escrita.
Sigue indicaciones
escritas, pero no en su
totalidad.
Le cuesta dificulta leer y
seguir instrucciones
escritas.
Registro de
observaciones
Describe los fenómenos
observados en clase
empleando de forma
adecuada gráficos y
tablas.
Describe algunos
fenómenos observados
en clase empleando
gráficos y tablas.
Realiza una descripción
breve sin el uso de
gráficos y tablas.
Se le dificulta describir
textualmente fenómenos
observados en clase y
emplear gráficos y tablas.
Formulación de
Conclusiones
La afirmación es correcta
y pertinente además de
aportar evidencias
adecuadas.
La afirmación es muy
breve. Se aportan pocas
evidencias.
La afirmación es
correcta pero poco
coherente. Se aportan
evidencias, pero son
irrelevantes.
La afirmación es
incoherente, además de
presentar pocas o ninguna
evidencia
35
4.1.2 Características de los Estados de la Materia y los fluidos2
Para este laboratorio de grado séptimo, se contó con 41 estudiantes, que previamente
indagaron sobre los estados de la materia y las propiedades físicas de los fluidos.
Posteriormente, realizan un reconocimiento de los materiales para la medición de masa,
volumen, temperatura y a su vez, describen el procedimiento para determinar la temperatura
del agua en sus diferentes estados, la medición de la velocidad de los fluidos y los
comportamientos magnéticos de un ferrofluido en agua. Esta información es recolectada
empleando esquemas, gráficos y tablas.
A continuación, en la Fig. [7] se muestran evidencias de la intervención realizada donde el
estudiante hace de instrumentos de medición y explica como midió la velocidad del fluido.
a) b) c)
Figura 7 Evidencias de la intervención características de los estados de la materia a) Medición de la temperatura del agua (hielo). b) medición de la masa de un elemento (probeta) c) dibujo que explica el
procedimiento realizado para medir la velocidad de un fluido.
4.1.3 Comparación de Procesos Biotecnológicos: Proceso artesanal e industrial.
(Elaboración del pan)3
En la práctica de laboratorio, participaron 35 estudiantes de grado séptimo, los cuales
siguieron las indicaciones de preparación del pan tradicional e hicieron uso de los instrumentos
de medición ya abordados en sesiones anteriores. Donde, se tuvo presente el tiempo de
elaboración y las proporciones de los ingredientes. Este laboratorio, contó con una salida de
2 En el siguiente enlace se puede observar el video del experimento estados de la materia:
https://www.youtube.com/watch?v=dAf0P-_cLfs 3 En el siguiente enlace se puede observar el video del experimento de los procesos biotecnológicos:
campo, que permitió contrastar el proceso de producción abordado en el laboratorio y en la
industria. En los resultados obtenidos se pueden evidenciar, que esta práctica fue uno de los
más representativos por parte de los estudiantes, dado la aproximación del laboratorio a un
producto que ellos consumen cotidianamente.
4.1.4 Microfluídica4
Al haber desarrollado un primer laboratorio sobre las características de los fluidos, facilitó
abordar el concepto de microfluídica, a partir de tres métodos de fabricación.
• El microsistema de gelatina, los estudiantes lo elaboraron previamente para la
práctica.
• El microsistema de acetato, ellos tenían que describir cómo ensamblarlo y
observar si se podía ver el flujo laminar.
• El microsistema de acrílico, se explica el proceso de fabricación y ensamble de
las láminas cortadas, haciendo uso de la plancha de calentamiento, cronómetro y alcohol
etílico al 98%. Los diseños empleados, se observan en la Fig. [8].
Este laboratorio fue empleado, para ambos grados. En séptimo participaron 40 estudiantes
y en grado octavo 28.
Figura 8 Evidencias de la intervención Microsistemas a) Microsistema de gelatina b) Microsistema de acetato aplicación c) Microsistemas de acrílico: 1. Diseño 5 entradas 1
4.1.5 Características fisicoquímicas de la materia y el suelo.5
Se contó con la participación de 31 estudiantes de grado octavo, donde se realizó una
contextualización de la práctica de laboratorio, y por medio de un video se explicó la
elaboración del compostaje. Posteriormente, se realizó el procedimiento para observar la
permeabilidad de este mediante un proceso de filtración. Seguido de una descripción física del
suelo, medición del pH, identificación de materia orgánica, cloruros, carbonatos y sulfatos.
Como resultado, se obtuvo que el compostaje elaborado dentro de la Institución Educativa
Distrital (IED) es fuertemente alcalino, por lo cual tiene muy baja capacidad de permeabilidad
y es difícil de cultivar.
4.1.6 Elaboración de papel ecológico. (A partir de fibras vegetales)6
En este laboratorio, participaron 31 estudiantes de grado octavo, y se centró en la
elaboración de papel ecológico a partir del vástago del plátano. Los estudiantes para esta
práctica construyeron bastidores de diferentes tamaños de malla, cortaron el vástago para
observar la fibra por medio del uso de un microscopio, y la pesaron. Los resultados obtenidos,
son satisfactorios en la elaboración de los informes de laboratorio, aunque en la etapa de análisis
de datos y conclusiones es necesario trabajar más. A continuación, en la Fig. [9] se muestran
evidencias de la intervención realizada, donde los estudiantes dan forma al papel y obtienen el
producto final.
Figura 9 Evidencias de la intervención Papel ecológico
a) Estudiantes dan forma a la hoja papel b) producto final: papel ecológico a partir del vástago de plátano
5 En el siguiente enlace se puede observar el video del experimento de las características fisicoquímicas de la
materia y el suelo: https://www.youtube.com/watch?v=PgSAv-uEfyA 6 En el siguiente enlace se puede observar el video del experimento elaboración de papel ecológico:
4.1.7 Fitotoxicidad a partir del crecimiento de una semilla de pasto.7
Para este laboratorio se contó con 30 participantes de grado octavo. En la primera
sesión, ellos realizaron un proceso de indagación sobre la temática y una descripción de la
semilla de pasto seleccionada. Posteriormente, se hidratan al dejarlas humedecer durante 2 días
y se seleccionan las más hidratadas, esto con el objetivo de observar si son aptas para germinar.
Ya habiendo seleccionado las semillas, se dejan varias para que crecieran en condiciones
ambientales y otras se agregan en dos cajas de Petri con la misma cantidad de agua (2 ml), en
una de ellas se le añadió 2 gotas de tinte y se procedió a sellar ambas. De igual forma, este
procedimiento es replicado por medio de dos montajes hechos en acrílico el cual facilitó el
hacer seguimiento a una sola semilla. Los resultados obtenidos, demuestran que los estudiantes
realizaron una descripción y observación de las alteraciones que presenta la semilla, mediante
la medición de su tamaño de la raíz y color. En la Fig. [10] se muestra los montajes realizados
en la caja de Petri y el diseño del módulo en acrílico.
Figura 10 Evidencias de la intervención Fitotoxicidad a) ambiente controlado caja de Petri sin colorante b) ambiente controlado: caja de Petri con colorante c) Montaje
Elaborado en acrílico para observar el crecimiento de una semilla, canal:1.8mm.
4.2 Resultados de los laboratorios, por indicadores evaluados.
Teniendo en cuenta que, cada uno de los laboratorios presentó resultados a partir de la
rúbrica expuesta en la Tabla [6], se realiza un contraste de cada uno los indicadores por grado.
7 En el siguiente enlace se puede observar el video del experimento de Fitotoxicidad:
Posterior a la implementación del trabajo de Reconocimiento de estructuras micro y
macroscópicas, se llevó a cabo tres laboratorios, dando como resultado las gráficas presentes
en la Fig. [11]. Donde, se representan, los avances o la evolución en cada uno de los aspectos
evaluados de los laboratorios abordados en la ruta experimental Tabla [3].
Con lo anterior, es de resaltar lo siguiente:
• La formulación de hipótesis (a) y descripción procedimental (b) muestra un progreso
considerable en la población, posicionando la mayor parte de los estudiantes en
sobresaliente y adecuado.
• En la recopilación de datos (c), no se obtuvo una variación considerable.
• Se observa que una de las mayores falencias por parte de los estudiantes de grado
séptimo, radica en analizar (d) y concluir (e), debido a que el nivel de insuficiencia y
adecuado prevalece.
• El laboratorio que tuvo mejores resultados, a partir de la estructura del informe fue el
de procesos biotecnológicos de la elaboración del pan. Debido a que, en cada uno de los
indicadores, el nivel de insuficiencia fue baja a diferencia de las otras prácticas.
a) b)
41
c) d)
e)
Figura 11 Resultados obtenidos, a partir de la rúbrica de informes de laboratorio por contraste de indicadores grado
séptimo 43 participantes:
a) Formulación de hipótesis b) Descripción procedimental c) Recopilación de datos d) Análisis de datos e) Interpretación de
resultados y construcción de conclusiones.
Es de aclarar que, dadas las dinámicas internas dentro de la institución, la cantidad de
participantes recurrentes en los laboratorios 2, 3 y 4 se modificó en cada intervención, por lo
cual dificultó realizar un seguimiento de la muestra poblacional inicial (43 estudiantes). Debido
a esto, se realizó un filtro de los estudiantes que entregaron los insumos en los tres experimentos
y se revisó los indicadores evaluados en la rúbrica holística expuesta en la Tabla [6]. Como
resultado, se contó con 28 participantes, la Fig. [12] muestra el promedio obtenido en cada una
42
de las categorías evaluadas en la escala de insuficiente, adecuado, sobresaliente y excelente en
relación al laboratorio de estados de la materia, proceso biotecnológico y microfluídica.
En la Fig. [12] se puede evidenciar que progresivamente los estudiantes recurrentes se ubican
en una posición de adecuado y sobresaliente.
Figura 12 Grafica promedio (Grado Séptimo)- Lab2, Lab3 y Lab 4 (28 estudiantes recurrentes) con barra de error
porcentaje del 5%.
4.2.2 Grado Octavo.
En la Fig. [12], se observa los resultados por indicadores para grado octavo. Donde, se
representan, los avances o la evolución en cada uno de los aspectos evaluados de los
laboratorios abordados en la ruta experimental Tabla [4].
Con lo anterior, es de resaltar lo siguiente:
• La formulación de hipótesis (a), aumentó el número de excelentes en consideración al
primer laboratorio.
• El aspecto que más se fortaleció para grado octavo, fue la recopilación de datos (c).
43
• Se observa que una de las mayores falencias por parte de los estudiantes de grado
octavo, radica en analizar (d) y concluir (e), debido a que el nivel de insuficiencia y
adecuado prevalece.
• El laboratorio que tuvo mejores resultados, a partir de la estructura del informe fue el
de Fitotoxicidad a partir del crecimiento de una semilla de pasto. Debido a que, el nivel
de insuficiencia y adecuado es el más bajo a diferencia de las otras prácticas.
• Progresivamente, los estudiantes mejoraron en cada uno de los indicadores evaluados,
en el desarrollo de la ruta experimental.
a) b)
c) d)
44
e)
Figura 13 Resultados obtenidos, a partir de la rúbrica de informes de laboratorio por contraste de indicadores grado octavo
a) Formulación de hipótesis b) Descripción procedimental c) Recopilación de datos d) Análisis de datos e) Interpretación de resultados y construcción de conclusiones.
Es de aclarar que, dadas las dinámicas internas dentro de la institución, la cantidad de
participantes recurrentes en los laboratorios 2, 3, 4 y 5 se modificó en cada intervención, por lo
cual dificultó realizar un seguimiento de la muestra poblacional inicial (32 estudiantes). Debido
a esto, se realizó un filtro de los estudiantes que entregaron los insumos en los cuatro
experimentos y se revisó los indicadores evaluados en la rúbrica holística expuesta en la Tabla
[6]. Como resultado, se contó con 26 participantes, en la Fig. [14] muestra el promedio obtenido
en cada una de las categorías evaluadas en la escala de insuficiente, adecuado, sobresaliente y
excelente en relación al laboratorio de estados de la materia, proceso biotecnológico y
microfluídica.
En la Fig. [14] se puede evidenciar que progresivamente los estudiantes recurrentes se ubican
en una posición de adecuado y sobresaliente en planteamiento e hipótesis, en diseño
experimental y recopilación de datos, en relación al análisis de resultados e interpretación de
conclusiones es necesario profundizar.
45
Figura 14 Grafica promedio (Grado Octavo)- Lab2, Lab3 y Lab 4 (26 estudiantes recurrentes) con barra de error
porcentaje del 5%.
4.3 Resultados de medición
En la Fig. [13] se muestran los resultados obtenidos en de la aplicación del pre-test y pos-
test, en término del porcentaje de aciertos para cada una de las áreas de STEM evaluadas
(Ciencia, Tecnología y Matemáticas). En estos resultados, se evidencia que los estudiantes
mejoraron después de haber realizado la ruta experimental, aunque para el grado séptimo
representado en la Fig. 10 a, el progreso no fue tan significativo, debido a la cantidad de horas
intervenidas (24 horas) y cantidad de experimentos, a diferencia del grado octavo (38 horas)
representado en la Fig. 10 b.
46
Para el área de ciencias naturales, donde se abordan competencias orientadas a la
formulación de preguntas, la identificación de métodos, la descripción de propiedades
fisicoquímicas de los elementos y el hacer uso de herramientas para organizar y presentar datos.
Se evidencia que ambos grados mejoraron, aunque más considerablemente el grado octavo al
aumentar un 16.37% en relación con los resultados obtenidos en el pretest.
El área de matemáticas abordó la representación e interpretación de gráficos, el manejo de
proporciones y el uso adecuado de instrumentos para medir magnitudes físicas, a través de la
elaboración de los informes de laboratorio. Se obtuvo, que los estudiantes de grado séptimo
mejoraron un 5% en contraste con los resultados iniciales, mientras que en el grado octavo los
estudiantes aumentaron un 10.94 %.
En el área de tecnología, al abordar la interpretación de gráficos, el reconocimiento de
procesos y soluciones tecnológicas a problemas en diferentes contextos evidenció un progreso
en ambos grados, resaltando el grado octavo donde los estudiantes aumentaron un 27,87% en
contraste, con los resultados iniciales, esto es debido al número de experimentos abordados y
horas intervenidas.
a) b)
Figura 15 Resultados obtenidos, a partir del Pre-tets y Post-test en Tecnología, Matemáticas y Ciencias Naturales.
El banco de pruebas de experimentación con microsistemas, al ser una propuesta
metodológica, que dio un primer acercamiento a temáticas orientadas a microsistemas y
47
biotecnología, a partir de laboratorios y métodos de fabricación a bajo costo, fortaleció en los
estudiantes las competencias de las áreas de STEM, evidenciando la relación entre lo académico
(conocimiento), lo social (comunicación) y la realidad (solución de problemas). Tal es el caso,
de la práctica extra orientada al diseño en ingeniería, la cual buscó que los estudiantes de grado
octavo propusieran modificaciones al diseño de un módulo que permitió ubicar muestras para
ser visualizadas por medio del microscopio USB. Además, de incluir los microsistemas
empleados. En la Fig. [14] se muestra uno de los esquemas realizados por parte de los
estudiantes, para posteriormente realizar el diseño mediante una herramienta de software
(Solidworks) y por último, la verificación y uso por parte de los estudiantes.
a) b) c)
Figura 16 práctica extra orientada al diseño en ingeniería
a) se muestra uno de los esquemas realizados por parte de los estudiantes b) diseño digitalizado con los microsistemas elaborados en acrílico c) verificación y uso por parte de los estudiantes.
48
5. CONCLUSIONES
En el transcurso de esta investigación, se evidencio como la aplicación de la ruta
experimental, si bien, aunque solo contó con una duración de seis meses, presentó un progreso
en habilidades lógico-matemáticas, científicas y conceptos técnicos empleando el enfoque
STEM y el uso del método científico. Sin embargo, como se evidencio en el trabajo realizado
en el marco del proyecto de Smart Town en el 2015 en el municipio de Soacha (enfocado a la
enseñanza de nanotecnología y biotecnología, en estudiantes de diferentes grados
pertenecientes a grupos de investigación)[11], las habilidades de comprensión y redacción
científica requieren de un mayor tiempo para desarrollarse.
A su vez, los resultados obtenidos a partir del pre-test y la caracterización del contexto de
los participantes, fue posible realizar una ruta experimental, la cual diera un acercamiento a
conceptos orientados a microsistemas y biotecnología, adecuándose a las temáticas de la malla
curricular de la institución educativa, y ejemplificando algunos contenidos vistos en clase.
Asimismo, es importante reconocer, que el desarrollo profesional de los maestros es un
proceso continuo en el cual se busca transformar algunas concepciones o prácticas en torno a
la educación, las metodologías, las didácticas y el proceso evaluativo, con el fin de encontrar
nuevos caminos que faciliten satisfacer necesidades e intereses en sus propios contextos, es por
ello que al hablar del enfoque STEM basado en la investigación empleando el uso de tecnología,
permite promover la participación activa de los estudiantes y el descubrimiento autorregulado
del conocimiento [19], por lo que el estudiante indaga, conceptualiza, realiza un proceso de
experimentación, concluye y es capaz de comunicar sus hallazgos. Esto se vio reflejado en los
laboratorios de la elaboración del pan en grado séptimo y el de Fitotoxicidad a partir del
crecimiento de una semilla de pasto en grado octavo, esto debido a que se haya contado con
una salida de campo o un video preparado por los estudiantes donde explicaban el proceso
experimental y relacionaban las áreas trabajadas.
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6. TRABAJOS FUTUROS
Se espera para trabajos futuros, desarrollar una plataforma la cual permita trabajar conceptos
de microsistemas y biotecnología, por medio de la implementación de un laboratorio remoto.
7. BIBLIOGRAFÍA
[1] Ministerio de Educación Nacional, “Estándares Básicos de Competencias en
Matemáticas,” Estándares Básicos Competencias en Lneguaje, Matemáticas, Ciencias