Historia
Historia de los laboratorios virtuales
Estos laboratorios comenzaron a desarrollarse en 1997 en el Centro de Investigación Académica de la Universidad Estatal a Distancia de Costa Rica. Si se juzga con base en la información disponible en Internet, fueron de los primeros laboratorios virtuales para enseñanza a distancia a nivel mundial.
Cuatro años después, había un proyecto comercial similar, el Virtual Frog Dissection Kit 1.0 (http://www.cs.ubc.ca/nest/magic/projects/hands/home, febrero 2000) y tres académicos:
Laboratorios virtuales
Los laboratorios virtuales son un espacio virtual interactivo hecho a través de programas computacionales simples hasta software basado en modelos matemáticos complejos que incorporan todos los aspectos tecnológicos, pedagógicos y humanos recursos con el fin de realizar actividades prácticas, adaptadas al estudiante y a las necesidades del maestro en un entorno virtual de aprendizaje.
El laboratorio virtual está compuesta por un mundo virtual que se basa en la pedagogía requerida por el área de la ciencia donde se aplica y el desarrollo de un medio ambiente virtual que sea cómodo y real para el estudiante.
Además, el laboratorio debe tener las siguientes características:
· Accesibilidad.
· Observabilidad.
· Posibilidad de simular escenarios realistas.
· Separabilidad de la red virtual.
· Capacidad para compartir recursos de manera eficiente. (Con accesibilidad se entiende que un estudiante puede acceder fácilmente al laboratorio virtual y sus elementos).
En la era de la información y el conocimiento la educación debe proporcionar a los estudiantes del nivel medio superior los conocimientos, habilidades, destrezas, actitudes adecuadas para su realización y desarrollo personal, así como para llegar a ser profesionistas con las competencias necesarias que les permitan integrarse a la sociedad de este siglo. Es necesario ofrecer contenidos actualizados y una enseñanza basada en métodos modernos.
En este contexto, valora el uso de laboratorios virtuales para distintas disciplinas, como la Física y la Química, que ofrecen nuevos entornos de aprendizaje con amplias posibilidades didácticas.
El uso de laboratorios virtuales permitirá realizar los experimentos que necesitamos para mostrar conceptos y corroborar hipótesis, usando una amplia gama de datos para obtener los resultados que pueden visualizarse mediante gráficos de distintos tipos y también imprimirse. Particularmente interesantes son los laboratorios 3D que hacen posible ver los objetos en tercera dimensión y visualizar fenómenos desde diferentes perspectivas.
Es posible disponer de más de 150 experimentos y ejercicios para cada disciplina, con gráficos en 3D, basados en el currículo de la OCDE, con variables sólo limitadas por la imaginación del profesor, quien puede usar elementos y materiales disponibles para desarrollar su propia hipótesis o experimento. (9)
Simulación que mejora el aprendizaje.
Investigadores en aprendizaje muestran que los estudiantes aprenden mejor cuando ellos construyen su propio entendimiento de ideas científicas dentro de un marco de trabajo de su conocimiento existente. Para lograr este proceso, estudiantes deben estar motivados en comprometerse activamente con los contenidos y estar habilitados a aprender desde ese compromiso. La simulación computacional interactiva puede reunir ambos de estas necesidades. (8)(13)
Dificultades conceptuales en la enseñanza de la química.
Investigadores en educación han podido clasificar las malas concepciones que tienen los estudiantes en química mediante variados estudios. En ellos se revela que en la mayoría de los casos, el entendimiento de contenidos por parte de los estudiantes difiere con los correctos conceptos de la química, generando un desgano por parte de los alumnos.
Se ha podido concluir que en la enseñanza tradicional de la química hay una sobre entrega de información a través de textos, ejemplos y ejercicios son insuficientes en proveer al estudiante de un entendimiento conceptual solido de las teorías y expresiones encontradas en química (Johnstone, 1993; kozma et al., 1990; Thomas and Schwarz, 1998). Desgraciadamente a pesar de décadas de investigación y desarrollo de curriculum, estudiantes modernos aun no aprenden adecuadamente los conceptos necesarios para tener éxito en química (Nakhleh, 1992; Tyson and Treagust, 1999).
Existen distintos niveles en los que los se pueden representar fenómenos y tópicos complejos; microscópicos, macroscópicos y simbólicos (Johnstone, 1993). Interacciones entre moléculas y átomos ocurren en un nivel microscópico, los químicos deben hacer referencia a los objetos y procesos dentro de su dominio, que no son observables directamente como en un nivel simbólico. Así, la adición de moléculas resulta en un fenómeno en un nivel macroscópico que puede ser directamente observable por los estudiantes. En un nivel simbólico, es en donde ocurre la enseñanza y aprendizaje en la química tradicional, los profesores pueden utilizar múltiples representaciones para describir un mismo fenómeno (Kozma and Russell, 1997).
Una aproximación a un diseño curricular que ha sido exitoso en abordar directamente las dificultades de química utiliza animaciones computacionales de reacciones químicas para esclarecer la relación entre las múltiples representaciones y niveles (Kozma et al., 1996).
Para revertir la idea de que la química es difícil, una buena opción consiste en presentar vinculaciones de la química con la vida cotidiana a través procesos ambientales a fin de captar la motivación. Desde un enfoque cognitivo, la enseñanza de las ciencias debe implicar, en la medida de lo posible al estudiante en su entorno familiar, conocido. Esto señala la necesidad en todos los campos del saber de aportar problemas de la vida real tal como se presentan, y no como en los libros con un enunciado completo.
El conocimiento será más significativo en la medida que los estudiantes puedan relacionar los conocimientos científicos con las situaciones cotidianas a su medio más familiar. Las situaciones contextualizadas en ambientes familiares, planteadas de modo directo, sin elementos que actúen como distractores serán mas propicias para que los estudiantes puedan elaborar en forma creativa una solución a cualquier tipo de problemas.
Así, los estudiantes expuestos a experiencias de simulaciones interactivas de laboratorios a través de multimedia se ha visto que mejoran el dominio del material de laboratorio y de los procedimientos que deberán aplicar en las prácticas reales.
El equipo de desarrollo de un laboratorio virtual orientado a la educación debe contar con profesionales de distintas áreas, tales como ingenieros de sistemas, ingenieros eléctricos, diseñadores, educadores y expertos en el campo que permite la construcción del laboratorio a partir de diferentes perspectivas.
Estos laboratorios comenzaron a desarrollarse en 1997 en el Centro de Investigación Académica de la Universidad Estatal a Distancia de Costa Rica. Si se juzga con base en la información disponible en Internet, fueron de los primeros laboratorios virtuales para enseñanza a distancia a nivel mundial.
Cuatro años después, había un proyecto comercial similar, el Virtual Frog Dissection Kit 1.0 (http://www.cs.ubc.ca/nest/magic/projects/hands/home, febrero 2000) y tres académicos:
- Diffusion Processes Virtual Laboratory (Johns Hopkins University, http://www.jhu.edu/~virtlab/virtlab.html)
- The Virtual Microscope (University of Winnipeg, http://www.uwinnipeg.ca/~simmons/index.htm). Había también dos proyectos con nivel de realidad virtual, nivel que requiere cascos tipo VR, en Estados Unidos y Canadá (NASA Virtual reality Virtual Object Manipulation , www.nasa.gov y Virtual Hand.
- Laboratory, University of British Columbia, http://www.cs.ubc.ca/nest/magic/projects/hands/home).
Laboratorios virtuales
Los laboratorios virtuales son un espacio virtual interactivo hecho a través de programas computacionales simples hasta software basado en modelos matemáticos complejos que incorporan todos los aspectos tecnológicos, pedagógicos y humanos recursos con el fin de realizar actividades prácticas, adaptadas al estudiante y a las necesidades del maestro en un entorno virtual de aprendizaje.
El laboratorio virtual está compuesta por un mundo virtual que se basa en la pedagogía requerida por el área de la ciencia donde se aplica y el desarrollo de un medio ambiente virtual que sea cómodo y real para el estudiante.
Además, el laboratorio debe tener las siguientes características:
· Accesibilidad.
· Observabilidad.
· Posibilidad de simular escenarios realistas.
· Separabilidad de la red virtual.
· Capacidad para compartir recursos de manera eficiente. (Con accesibilidad se entiende que un estudiante puede acceder fácilmente al laboratorio virtual y sus elementos).
En la era de la información y el conocimiento la educación debe proporcionar a los estudiantes del nivel medio superior los conocimientos, habilidades, destrezas, actitudes adecuadas para su realización y desarrollo personal, así como para llegar a ser profesionistas con las competencias necesarias que les permitan integrarse a la sociedad de este siglo. Es necesario ofrecer contenidos actualizados y una enseñanza basada en métodos modernos.
En este contexto, valora el uso de laboratorios virtuales para distintas disciplinas, como la Física y la Química, que ofrecen nuevos entornos de aprendizaje con amplias posibilidades didácticas.
El uso de laboratorios virtuales permitirá realizar los experimentos que necesitamos para mostrar conceptos y corroborar hipótesis, usando una amplia gama de datos para obtener los resultados que pueden visualizarse mediante gráficos de distintos tipos y también imprimirse. Particularmente interesantes son los laboratorios 3D que hacen posible ver los objetos en tercera dimensión y visualizar fenómenos desde diferentes perspectivas.
Es posible disponer de más de 150 experimentos y ejercicios para cada disciplina, con gráficos en 3D, basados en el currículo de la OCDE, con variables sólo limitadas por la imaginación del profesor, quien puede usar elementos y materiales disponibles para desarrollar su propia hipótesis o experimento. (9)
Simulación que mejora el aprendizaje.
Investigadores en aprendizaje muestran que los estudiantes aprenden mejor cuando ellos construyen su propio entendimiento de ideas científicas dentro de un marco de trabajo de su conocimiento existente. Para lograr este proceso, estudiantes deben estar motivados en comprometerse activamente con los contenidos y estar habilitados a aprender desde ese compromiso. La simulación computacional interactiva puede reunir ambos de estas necesidades. (8)(13)
Dificultades conceptuales en la enseñanza de la química.
Investigadores en educación han podido clasificar las malas concepciones que tienen los estudiantes en química mediante variados estudios. En ellos se revela que en la mayoría de los casos, el entendimiento de contenidos por parte de los estudiantes difiere con los correctos conceptos de la química, generando un desgano por parte de los alumnos.
Se ha podido concluir que en la enseñanza tradicional de la química hay una sobre entrega de información a través de textos, ejemplos y ejercicios son insuficientes en proveer al estudiante de un entendimiento conceptual solido de las teorías y expresiones encontradas en química (Johnstone, 1993; kozma et al., 1990; Thomas and Schwarz, 1998). Desgraciadamente a pesar de décadas de investigación y desarrollo de curriculum, estudiantes modernos aun no aprenden adecuadamente los conceptos necesarios para tener éxito en química (Nakhleh, 1992; Tyson and Treagust, 1999).
Existen distintos niveles en los que los se pueden representar fenómenos y tópicos complejos; microscópicos, macroscópicos y simbólicos (Johnstone, 1993). Interacciones entre moléculas y átomos ocurren en un nivel microscópico, los químicos deben hacer referencia a los objetos y procesos dentro de su dominio, que no son observables directamente como en un nivel simbólico. Así, la adición de moléculas resulta en un fenómeno en un nivel macroscópico que puede ser directamente observable por los estudiantes. En un nivel simbólico, es en donde ocurre la enseñanza y aprendizaje en la química tradicional, los profesores pueden utilizar múltiples representaciones para describir un mismo fenómeno (Kozma and Russell, 1997).
Una aproximación a un diseño curricular que ha sido exitoso en abordar directamente las dificultades de química utiliza animaciones computacionales de reacciones químicas para esclarecer la relación entre las múltiples representaciones y niveles (Kozma et al., 1996).
Para revertir la idea de que la química es difícil, una buena opción consiste en presentar vinculaciones de la química con la vida cotidiana a través procesos ambientales a fin de captar la motivación. Desde un enfoque cognitivo, la enseñanza de las ciencias debe implicar, en la medida de lo posible al estudiante en su entorno familiar, conocido. Esto señala la necesidad en todos los campos del saber de aportar problemas de la vida real tal como se presentan, y no como en los libros con un enunciado completo.
El conocimiento será más significativo en la medida que los estudiantes puedan relacionar los conocimientos científicos con las situaciones cotidianas a su medio más familiar. Las situaciones contextualizadas en ambientes familiares, planteadas de modo directo, sin elementos que actúen como distractores serán mas propicias para que los estudiantes puedan elaborar en forma creativa una solución a cualquier tipo de problemas.
Así, los estudiantes expuestos a experiencias de simulaciones interactivas de laboratorios a través de multimedia se ha visto que mejoran el dominio del material de laboratorio y de los procedimientos que deberán aplicar en las prácticas reales.
El equipo de desarrollo de un laboratorio virtual orientado a la educación debe contar con profesionales de distintas áreas, tales como ingenieros de sistemas, ingenieros eléctricos, diseñadores, educadores y expertos en el campo que permite la construcción del laboratorio a partir de diferentes perspectivas.