Área de estudio

Con base en información de Orientación Educativa y Control Escolar del plantel, la EPT, está ubicada en la cabecera municipal de Tonalá en el estado de Jalisco, México. Los miembros de su comunidad estudiantil son de nivel socioeconómico medio-bajo. Los estudiantes de la preparatoria tienen a su disposición cinco laboratorios de cómputo con un promedio de 24 máquinas cada uno, todos con conexión a internet. El material bibliográfico disponible en la biblioteca es suficiente para la consulta de los temas abordados. Además, se cuenta con acceso a internet en las seis computadoras disponibles en ese espacio. Para la realización de prácticas de la población estudiantil, se dispone de dos laboratorios de ciencias. En el almacén de dichos laboratorios se cuenta con los materiales necesarios.

Métodos

Se hizo una investigación bajo el paradigma cuantitativo, con un muestreo intencional, debido a que los grupos objetivo son formados mediante mecanismos de ingreso fuera del control del personal docente. Para medir la ganancia en el aprendizaje del concepto de fuerza, fue aplicada la prueba Inventario sobre el Concepto de Fuerza (FCI, por sus siglas en inglés: Force Concept Inventory) en su versión en español traducido por ^{Macia-Barber y col. (1995)}, en dos momentos, previo y posterior a la instrucción (pre-prueba y post-prueba) al total de grupos de Física I del BGC y Mecánica de materiales cerámicos del BTC. Dicha prueba consta de 30 ítems con 5 opciones de respuesta (https://goo.gl/forms/f5ASybMNrnYg2kKh2, http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.679.5414&rep=rep1&type=pdf), cuyos temas se distribuyen como sigue (^{Hestenes, y col., 1992}; ^{Castillo y col., 2013}): Cinemática: ítems 20 y 21; Inercia; 4, 8, 10, 26 y 27; Fuerza y aceleración; 6, 7, 24 y 25; Acción y reacción; 2, 11, 13 y 14; Principio de superposición; 19, 28 y 30; Tipos de fuerza; 1, 3, 5, 9, 12, 15, 16, 17, 18, 22, 23 y 29 (Hestenes, y col., 1992; Castillo y col., 2013). Este instrumento fue utilizado porque “mide” (en cierto sentido) la habilidad del “pensamiento Newtoniano” (^{Morris y col., 2012: 825}).

Para conocer las actitudes hacia la física, fue utilizada una versión traducida de la encuesta sobre expectativas hacia la física (MPEX, por sus siglas en inglés: Maryland Physics Expectations Survey), que consta de 34 ítems con 5 opciones de respuesta (Tabla 3) (https://docs.google.com/forms/d/e/1FAIpQLSdhRPyV2yKKse6IYwxt_xaCv_BiOKfua2YOQIbZzPHK0_qRg/viewformhttps://d32ogoqmya1dw8.cloudfront.net/files/NAGTWorkshops/assess05/activities/MPEX.pdf), cuyas respuestas utilizan una escala Likert. La escala fue aplicada también en dos momentos (previo y posterior a la instrucción). Las respuestas emitidas por los estudiantes se compararon con las respuestas emitidas por los expertos en el tema, las cuales son incluidas en el cuestionario para dar certeza del conocimiento que se debe alcanzar (^{Redish y col., 1997}).

La aplicación de las pruebas se hizo en línea, durante el horario asignado para cada grupo. Fueron tomados en cuenta sólo aquellos alumnos que completaron ambos cuestionarios en los dos momentos (pre y post-prueba). En consecuencia, de los 450 alumnos registrados en los 11 grupos, 260 completaron la MPEX (20 del BTC y 240 del BGC) y 245 la FCI (19 del BTC y 226 del BGC). El análisis de datos requirió del uso del factor de ^{Hake (Hake, 1998}; ^{Santana, 2015)} para medir la ganancia en el aprendizaje de conceptos de física, y el factor de concentración (^{Bao y Redish, 2001}; ^{Santana, 2015}) para conocer la tendencia por elegir una o varias opciones de respuesta.

Actitudes hacia la física

Para el análisis de la MPEX, el instrumento propone una tabla que permite comparar las respuestas dadas por los alumnos contra las proporcionadas por expertos en el tema. Por medio de la aplicación de la MPEX, la comparación, antes y después de la instrucción, de las respuestas obtenidas en este estudio, contra las proporcionadas por expertos en el tema, da cuenta de las creencias personales de los estudiantes acerca de la física (^{Madsen y col., 2015}). Las respuestas que concuerdan con las de los expertos son llamadas respuestas favorables. La diferencia en el porcentaje de respuestas favorables es indicadora de la actitud hacia la física, favorable o desfavorable, por parte de los estudiantes. El MPEX cuestiona acerca de cómo se aprende física, cómo se relaciona esta con la vida cotidiana y acerca del curso.

Factor de Hake

Toma en cuenta el porcentaje de respuestas correctas en la pre-prueba (S _i ) y en la postprueba (S _f ), y sirve para conocer la ganancia en el aprendizaje de conceptos. Para cal cularlo se utiliza la ecuación (^{Caballero y col., 2012}; ^{Benegas y Zavala, 2013}):

El valor obtenido da idea del nivel de la ganancia en el aprendizaje de conceptos, según ^{Hake (1998)}, dichos niveles son agrupados en tres categorías, que se llaman zonas de ganancia:

Baja, con 0 ≤ G ≤ 0.3

Media, con 0.3 < G ≤ 0.7

Alta, con G > 0.7

Así, "cualquier ganancia superior a 0.3 sugiere un panorama alentador en relación con el aprendizaje de los conceptos de física y la eficacia de la metodología empleada" (^{Ramírez y Santana, 2014: 73}). Su interpretación requiere únicamente de ubicar el resultado obtenido de G en la zona de ganancia correspondiente para conocer la efectividad de las estrategias empleadas para la enseñanza/aprendizaje, de la física en este caso. Es necesario aclarar que, aunque la clasificación implica zonas baja, media y alta, el cálculo de la ganancia es un análisis diferente al factor de concentración, mismo que se comenta a continuación.

Factor de concentración

El factor de concentración (C) toma valores entre 0 y 1 y se utiliza para conocer tendencia por elegir una o varias opciones de respuesta, en pruebas de opción múltiple. Cuando el análisis incluye la fracción de aciertos hechos por los estudiantes o puntuación (P), se puede advertir la forma en que evoluciona la comprensión de conceptos. Los valores que arrojan el factor de concentración y la fracción de aciertos (puntuación), se pueden clasificar (Tabla 4) como bajo (B), medio (M) y alto (A). Respecto a la elección de los niveles del factor de concentración ^{Bao y Redish (2001: 47)}, parten de las posibles distribuciones de las respuestas, en una prueba con cinco opciones de respuesta. Ellos identifican tres tipos de distribución: uno con el mismo porcentaje de respuestas, 20 cada uno (0.2), una situación aleatoria, correspondiente con una concentración baja; un segundo tipo con la mitad de las respuestas concentrada en una opción (50 % o 0.5), correspondiente con una concentración media y un tercero con el 100 % de las respuestas en una sola opción, considerando como una concentración alta. Las distintas combinaciones entre los valores obtenidos de las fracciones de respuesta correcta y el factor de concentración, a su vez, pueden ser clasificados en patrones de respuesta, con los cuales se puede identificar la preferencia por uno, dos o ningún modelo de respuesta (Tabla 5). Así, por ejemplo, un patrón BB indica que se tienen puntuaciones bajas con una concentración de respuestas bajas; es decir, que las opciones de respuesta que tienen frecuencias muy similares, fueron elegidas en igual número por los estudiantes que respondieron a la prueba. Dicho de otra manera, un comportamiento aleatorio. Ello, puede ser, debido a causas como: 1) que los estudiantes en realidad no conocen la respuesta (lo que implica una deficiente formación, ya sea por responsabilidad del docente, del estudiante o ambos); 2) que responden sin razonar (lo que implica, falta de interés del estudiante al momento de responder la prueba, un indicador de ello puede ser el tiempo que tardan en responder los 30 ítems). Así mismo, un patrón BM indica que la puntuación es baja con una concentración media; es decir, las respuestas se concentran en dos opciones principalmente, pero esas dos opciones son incorrectas (de ahí la puntuación baja).

La distribución de las respuestas, están limitadas por las curvas P-C de la gráfica, en la que la variable dependiente es la concentración. En la Figura 1 se puede apreciar cómo se distribuyen las regiones, correspondientes a las combinaciones que se dan entre los aciertos y la concentración (bajo-bajo; alto-alto, medio-alto, por ejemplo). La organización y el análisis de los datos se obtuvo con la ayuda de software Excel. Cabe recordar que la concurrencia de uno o más puntos en la zona BB (bajo-bajo) indica aleatoriedad en las respuestas correspondientes al ítem en cuestión (Tabla 5). Es preciso aclarar que lo anterior no se refiere a la dispersión de los puntos, sino a la zona en la que están los puntos. En la Figura 1, para el puntaje de aciertos en la prueba, se usa una escala centesimal, cuyo equivalente decimal sería, por ejemplo, 0.1 = 10; .4 = 40; 1.0 = 100. Ello debido a que dicha escala es necesaria para que el software presente completamente los límites. En la Figura 2 se mantiene esta equivalencia y ya no es necesario usar la escala centesimal.

Figura 1 Regiones del gráfico P-C. 

Figure 1 Chart S-C regions. 

Figura 2 Gráfico P-C para la pre y la post-prueba, con extracto en el que se muestran los promedios para ambos momentos de aplicación. 

Figure 2  S-C chart for pre and post-test with an extract which shows the means for both stages of the administration. 

Actitudes hacia la física

Los datos obtenidos a partir de la aplicación de la MPEX se resumen en la Tabla 6. Como se puede observar, hay un incremento del 1.2 %, de manera general en las respuestas favorables hacia la física. Sin embargo, hubo una disminución de la pre-prueba a la post-prueba de la actitud favorable en los grupos 1°A, 1°B y 1°D turno vespertino (T/V), con - 4 %, - 2 % y - 3 % respectivamente, lo cual debe considerarse en la AF, debido a que representan un cambio de respuestas favorables a desfavorables. Los grupos que obtuvieron mayor diferencia en respuestas favorables fueron el 1°C T/V, 1°D turno matutino (T/M) y 2° BTC T/V, cuyos respectivos porcentajes corresponden al 6 %, 5 % y 6 %. Cabe resaltar que aunque era el mismo docente en el 1°A T/M con el 2° BTC T/V, no hubo ganancia en la actitud favorable hacia la física en el primer grupo, mientras que en el segundo, se registró una ganancia de 6 %; caso similar se reportó en el 1°A T/V y el 1 °C T/V, donde también compartían el docente, sin embargo, mientras que en el primer grupo disminuyó la actitud favorable hacia la física (- 4), en el segundo sí hubo ganancia (6 %). El grupo 1°E T/M no estaba disponible cuando se aplicaron las post-pruebas, por lo que, ellos y los demás estudiantes que no completaron ambas, no fueron considerados para el estudio.

Ganancia en el aprendizaje de conceptos y análisis de concentración

Con la aplicación del FCI como pre y post-prueba se contó con la información necesaria para realizar el análisis de concentración. La Tabla 7 muestra los datos obtenidos de la aplicación y las codificaciones correspondientes, para el total de los cuestionarios aplicados. Con base en ella, en la pre y post-prueba se tuvo una mayor incidencia del patrón BB, excepto por los ítems 4 (Acción y reacción), 12 (Cinemática), 13 (Diagrama de cuerpo libre) y 14 (Cinemática) de la pre-prueba con patrón BM; en la post-prueba se registró en el patrón BM en los ítems 13 y 14. Como se comentó anteriormente y con base en la Tabla 5, un patrón BB indica que hay aleatoriedad en las respuestas, BM indica la posibilidad de la existencia de dos modelos de respuesta incorrectos.

Como apoyo visual, se realizó un gráfico de dispersión (Figura 2), cuya variable dependiente es la concentración C y la variable independiente es la puntuación (o puntaje), P obtenidos en la pre y post-prueba. Los promedios de puntaje y concentración en la pre-prueba se ilustran por el círculo azul, ubicado en las coordenadas (0.196, 0.097); mientras que para la post-prueba se ilustran por el círculo rojo, ubicado en las coordenadas (0.202, 0.103), ambos en la zona BB. Ello muestra un pequeño recorrido hacia la zona BM, puesto que el ángulo entre los dos puntos es de 45° y la distancia entre los mismos es de 0.008 5 unidades, representado por el pequeño vector en negro, dentro del extracto, ubicado en la parte inferior derecha. Para ello, se tomaron las ecuaciones para calcular la pendiente m=(y₂-y₁)/(x₂-x₁) y la distancia entre dos puntos dAB= √ (x₂-x₁)²+(y₂-y₁)². El recuadro de la misma figura es un extracto de la zona en la que se encuentran dichos puntos, para facilitar un poco su ubicación por parte del lector. Lo que es indicativo del paso de un modelo de respuesta, a la posibilidad de dos modelos, aunque aún incorrectos, presumiblemente debido a la instrucción. Además, se calculó el factor de Hake promedio con los factores de cada grupo. El resultado de dicho cálculo cae en la zona baja con G=0.000 1, lo que indica una baja ganancia en el aprendizaje del concepto de fuerza.