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Aula virtual para la enseñanza del diseño de experimentos.

Experiencias y Avances.

Armando Cervantes Sandoval, arpacer@unam.mx; Patricia Rivera García, patyriv@unam.mx; Ilse Pérez

Castañeda, ilse_j.hp@hotmail.com.

FES Zaragoza, UNAM

Temática: Experiencias en la enseñanza de la probabilidad, estadística y áreas afines a nivel universitario

RESUMEN

Se muestra un aula virtual para la impartición de un curso b-Learning sobre

diseños de experimentos. Éste se desarrolló en la plataforma Moodle y consta de

un material escrito que es la base del diseño instruccional, el curso consta de

cinco grandes temas: Análisis de Varianza, Modelo, Fundamentos, Supuestos,

Pruebas de comparación de medias e interpretación; Diseños con variables de

bloqueo, Diseños de bloques al azar completos, Cuadrados latinos y Cuadrados

grecolatinos; Diseños factoriales completos, Análisis de factores principales y de

interacciones, Enfoque gráfico como herramienta de interpretación; Diseños 2k y

3k; Diseño anidados. Lo conforman tres grandes componentes: el profesor-

apuntes; la interface Moodle-Estudiante y la Retroalimentación actividades-

seguimiento del aprendizaje por parte de los dos actores principales del proceso

enseñanza-aprendizaje, el docente y el estudiante. El aula ha mostrado su utilidad

como reservorio de información, como material de consulta del alumno sin

barreras espacio-temporales y como un apoyo de retroalimentación para mejorar

el aprendizaje del alumno, promoviendo y facilitando el trabajo colaborativo, pero

sobre todo proporcionando los elementos para la correcta aplicación de las

técnicas del Diseño de Experimentos.

Palabras claves: diseño de experimentos, aulas virtuales, b-Learning, Moodle.

INTRODUCCIÓN

La educación, al igual que todas las actividades de los seres humanos, están cada

día más inmersas en el uso de la tecnología para la organización, gestión y toma

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de decisión en todos los ámbitos, al intervenir en el estudio, desarrollo,

implementación, almacenamiento y distribución de la información mediante los

recursos tecnológicos adecuados. Al grado que actualmente las universidades

tienen la exigencia de formar estudiantes competentes en una sociedad que gira

en torno a la información y se nutre de herramientas que facilitan el proceso de

comunicación de manera cada vez más efectiva, pero sobre todo al alcance

económico de más gente.

Los alumnos cada vez usan más herramientas informáticas basadas en el uso de

Internet, sin que esa actividad se vincule a la escuela. Por ejemplo, es común la

comunicación por correo electrónico o el Facebook aún con amigos a los que ven

a diario, además de las posibilidades de participar en chat’s o blogs con personas

de otra parte del mundo, involucrándose en verdaderas comunidades virtuales que

tienen acceso fácil y rápidamente a información de todo tipo, sobre casi cualquier

tema y en diferentes formatos, como texto, imagen, vídeo o voz.

El profesor ya no es el dueño de lo información, pues los estudiantes pueden

acceder o ella fácilmente, y por tanto hoy más que nunca se requiere que el

docente sea el formador de pensamiento de los estudiantes, aquel que le ayudará

a enfrentar de mejor manera el mundo de la información y le inducirá a sacar

provecho de ello para su crecimiento personal y profesional (Castiblanco y

Vizcaino, 2006).

Esta tendencia se aprecia en la enseñanza de la estadística y en especial de los

modelos de diseño de experimentos, los cuales son modelos clásicos cuyo

objetivo es averiguar si unos determinados factores influyen en una variable de

interés y, si existe influencia de algún factor, cuantificar dicha influencia. Un diseño

experimental es una regla que determina la asignación de las unidades

experimentales a los tratamientos (Montgomery, 2004). Aunque los experimentos

difieren unos de otros en muchos aspectos, existen diseños estándar que se

utilizan con mucha frecuencia. Algunos de los más aplicados son: Diseño

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Completamente Aleatorizado (DCA), Diseño de Bloques al Azar Completos

(DBAC), Diseños Factoriales. A partir de estos se pueden derivar algunos otros

como diseños a dos niveles y los Diseños Factoriales Anidados.

Los cuales presentan una serie de interrogantes para su correcta aplicación,

como: ¿Cuál es el diseño más adecuado a una situación experimental?, inclusive,

¿es el diseño experimental la herramienta estadística a aplicar?, ¿Se cumplen los

supuestos del modelo estadístico? ¿qué hacer después de rechazar Ho, cual es la

mejor prueba de comparación múltiple de medias? ¿cómo interpretar los

resultados desde el punto de vista estadístico? ¿cómo aplicar los resultados al

contexto del problema real?

El aula desarrollada pretende dar respuesta a estas interrogantes más algunas

otras que surgen al impartir un curso de diseños.

OBJETIVO

Desarrollar un entorno virtual de aprendizaje para la enseñanza-aprendizaje de los

fundamentos y la correcta aplicación de las herramientas del diseño de

experimentos a datos reales a la investigación en el área Químico-Biológica.

JUSTIFICACIÓN

El diseño de experimentos consta de un conjunto de herramientas cuya aplicación

requiere de una serie de toma de decisiones que en algunos casos convierte la

aplicación de la estadística en un problema tan complejo como la investigación

misma. Por lo que se requiere de apoyos que le permitan al estudiante revisar los

conceptos todas las veces que sea necesario sin fronteras de tiempo o espacio.

Lo que se pretende lograr con el desarrollo de un aula virtual.

MATERIAL Y MÉTODO

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El desarrollo de un aula virtual consta de diferentes etapas que inicia en la

definición de la estructura del curso a impartir. Tomando esto como base se

elabora un material escrito que le dé sustento a todo el material de apoyo o de

consulta que se construya, después se selecciona la plataforma de desarrollo, en

este caso Moodle, por las enormes ventajas que describen algunos autores como

Granero-Gallegos y Baena-Extremera (2015). el cual se explora para conocer las

facilidades que proporciona para diseñar y desarrollar el aula virtual. Se

implementó un primer prototipo que funcionó como reservorio de información, en

el cual se puso a disposición de los estudiantes todo el material de consulta. En

una segunda etapa se le agregaron foros de discusión para promover la

interacción de todos los participantes. Y en una tercera versión se le están

agregando herramientas de evaluación que permiten al estudiante darle

seguimiento a su propio nivel de conocimientos, para que a partir de eso se

comprometa e incremente sus niveles de participación. En todo este proceso se

van involucrando profesores y alumnos que en un contexto de trabajo colaborativo

van construyendo, corrigiendo y mejorando el aula virtual, para que cumpla su

función de recurso didáctico.

RESULTADOS

Como primer paso se decidió trabajar con los diseños clásicos, estos son:

Diseño completamente aleatorizado (DCA), donde el experimentador asigna las

unidades experimentales a los tratamientos al azar. La única restricción es el

número de observaciones que se toman en cada tratamiento. De hecho, si ni es el

número de observaciones en el i-ésimo tratamiento, i =1,...,I, entonces, los valores

n1,n2,...,nI determinan por completo las propiedades estadísticas del diseño.

Naturalmente, este tipo de diseño se utiliza en experimentos que no incluyen

factores bloque.

El modelo matemático de este diseño tiene la forma:

Respuesta = Constante + Efecto Tratamiento + Error

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Diseño en bloques o con un factor bloque

En este diseño el experimentador agrupa las unidades experimentales en bloques,

para después determinar la distribución de los tratamientos en cada bloque y, por

último, se asignan al azar las unidades experimentales a los tratamientos dentro

de cada bloque.

En el análisis estadístico de un diseño en bloques, éstos se tratan como los

niveles de un único factor de bloqueo, aunque en realidad puedan venir definidos

por la combinación de niveles de más de un factor ruido.

El modelo matemático de este diseño es:

Respuesta = Constante + Efecto Bloque + Efecto Tratamiento + Error

El diseño en bloques más simple es el denominado diseño en bloques completos,

en el que en cada tratamiento se observa el mismo número de repeticiones en

cada bloque. El diseño en bloques completos con una única observación por cada

tratamiento se denomina diseño en bloques completamente aleatorizado o,

simplemente, diseño en bloques aleatorizado (DBCA). Cuando el tamaño del

bloque es inferior al número de tratamientos no es posible observar la totalidad de

tratamientos en cada bloque y se habla entonces de diseño en bloques

incompletos.

Diseños con dos o más factores

En algunas ocasiones se está interesado en estudiar la influencia de dos (o más)

factores tratamiento, para ello se hace un diseño de filas por columnas. En este

modelo es importante estudiar la posible interacción entre los dos factores. Si en

cada casilla se tiene una única observación no es posible estudiar la interacción

entre los dos factores, para hacerlo hay que replicar el modelo, esto es, obtener k

observaciones en cada casilla, donde k es el número de repeticiones.

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El modelo matemático de este diseño es:

Respuesta = Constante + Efecto Factor Fila + Efecto Factor Columna + Efecto Interacción + Error

Generalizar los diseños completos a más de dos factores es relativamente sencillo

desde un punto de vista matemático, pero en su aspecto práctico tiene el

inconveniente de que al aumentar el número de factores aumenta muy

rápidamente el número de observaciones necesarias para estimar el modelo. En la

práctica es muy raro utilizar diseños factoriales completos con más de dos

factores.

Diseños factoriales a dos niveles

En diferentes áreas de estudio, pero sobre todo en la mejora de procesos

industriales (control de calidad) es usual trabajar en problemas en los que hay

muchos factores que pueden influir en la variable de interés.

La utilización de experimentos completos en estos problemas tiene el gran

inconveniente de necesitar un número elevado de observaciones, además puede

ser una estrategia ineficaz porque, por lo general, muchos de los factores en

estudio no influyen significativamente y mucha de la información colectada no es

relevante. En este caso una estrategia mejor es utilizar una técnica secuencial

donde se comienza por trabajar con unos pocos factores y según los resultados

que se obtienen se eligen los factores a estudiar en la segunda etapa. De aquí la

necesidad de estudiar los diseños factoriales con dos niveles de estudio.

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El aula generada consta de los siguientes elementos.

Figura 1. Aula virtual de Diseños Figura 2. Presentación del curso

Figura 3. Presentación DCA Figura 4. Presentación DBAC

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Figura 5. Actividades DCA Figura 6. Actividades DBAC

Figura 7. Presentación diseños 2k y 3k Figura 8. Actividades 2k y 3k Además, se tiene todo el sistema de seguimiento de los estudiantes, accesos,

tiempo de uso del aula, temas revisados y sobre todo las calificaciones.

DISCUSIÓN

Incluir la tecnología en el sistema educativo no obligatoriamente implica una

mejora en el proceso de enseñanza-aprendizaje (Baena-Extremera & Granero-

Gallegos, 2013. Aunque algunos autores creen que la introducción de las

tecnologías en los centros educativos no obedece a intereses educativos, sino

económicos, por lo que se estaría produciendo una separación del verdadero

sentido de la utilización didáctica de estos recursos en los centros educativos

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(Correa & de Pablos, 2009), sin embargo, es una realidad que estos recursos

tecnológicos llegaron para quedarse, por lo que debemos integrarlos a la actividad

docente buscando obtener el mayor provecho posible.

Hay autores como Rodríguez (2010) quien manifiesta que una mala integración de

las TIC en modelos formativos no solo no mejora el aprendizaje sino que lo

empeora, incrementando la carga a profesorado y estudiantes, por ejemplo aparte

del contenido del curso debe aprender a usar el recurso que se pone a su

disposición. A pesar de ello, diversos autores, como Ramos & Martínez (2011), se

manifiestan a favor de su inclusión, pues han podido constatar mejoras en los

alumnos. Entonces, se debe tener bien claro cuál o cuáles serían las mejoras que

se esperan y trabajar para lograrlas.

En el campo de la enseñanza de la Estadística, se requiere garantizar la formación

del pensamiento científico y reflexivo, para seleccionar el mejor análisis a una

situación concreta de estudio, tanto como el desarrollo de habilidades para la

asimilación de la información y la realización de cálculos numéricos, así como para

la construcción de conocimiento, a través de la interpretación de los resultados y la

formación de personas críticas.

En un entorno virtual de aprendizaje se requiere que docentes y estudiantes

desarrollen y fortalezcan habilidades para el trabajo colaborativo, en lo que se

refiere a la capacidad de filtrar información, la toma de decisiones en relación al

conocimiento que se quiere construir, el uso de lenguaje especializado, lo destreza

poro asimilar nuevos procesos de comunicación en donde se garantice el

aprendizaje con economía de tiempo, entre otros.

En concreto, los recursos didácticos que apoyen el proceso de eneseñza

aprendizaje en el aula de diseños de experimentos deben proporcionar los

elementos para decidir qué modelo aplicar, qué supuestos se deben cumplir y

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cómo verificarlos, así como establecer los criterios de interpretación, pero sobre

todo enfatizar en cómo plasmar toda esta información en un reporte escrito.

Los resultados obtenidos confirman lo dicho por otros autores como Agüera & de

la Haba (2009) quienes afirman que la utilización de las TIC, en especial en las

ciencias, puede ser una herramienta complementaria de apoyo a la formación

práctica de los alumnos. Según estos autores, el uso de las TIC, no sólo en las

clases teóricas sino en los trabajos de laboratorio, constituyen un recurso didáctico

fundamental en la enseñanza, ya que permite al alumno comprobar el grado de

asimilación de los contenidos teóricos, aspectos que se pueden extender al

desarrollo de habilidades de cálculos numéricos y la escritura de textos científicos.

CONCLUSION

El uso de las Tecnología de la Información y la Comunicación, para la enseñanza

de los métodos de Diseño de Experimentos y de la estadística en particular ofrece

grandes oportunidades de mejora sólo si se toma como una oportunidad para

encontrar nuevas ideas y aprovechar las habilidades y capacidades natas de

profesores y alumnos para el manejo de estos recursos.

El enfoque debe ser el de aprendizaje conjunto en el que el docente asuma a las

TICs como una herramienta de trabajo para su propio crecimiento profesional,

incorporando a sus alumnos al diseño didáctico, buscando la incorporación de

todo recurso tecnológico a las actividades en al aula en lugar de restringir su uso o

ignorarlo. Cuidando que no se conviertan en distractores del alumnado.

Esta aula proporciona los elementos para la correcta selección y aplicación de las

herramientas estadísticas del Diseño de Experimentos, generando un entorno

virtual de aprendizaje para la aplicación de la estadística a la investigación en el

área Químico-Biologica.

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REFERENCIAS

Agüera, B. E. & de la Haba, H. P. “Desarrollo de nuevas tecnologías de la

información y la comunicación (TIC) para la docencia práctica en el área de

conocimiento de fisiología vegetal”. Educar, 44:59-65, 2009.

Baena-Extremera, A. & Granero-Gallegos, A. “Using iBook in Teaching Anatomy

Content in Secundary Education”. Int. J. Morphol., 31(2):505-11, 2013.

Castiblanco, O., Vizcaíno, D. (2006). "Pensamiento crítico y reflexivo en la

enseñanza de la Física", En: Revista Colombiana de Física. Vol. 38. No. 2., 674-

677.

Correa, J. M. & de Pablos, J. “Nuevas tecnologías e innovación educativa”. Rev.

Psicodidáct., 14(1):133-45, 2009.

Granero-Gallegos, A. & Baena-Extremera, A. “Diseños de aprendizaje basados en

las TIC (Moodle 2.0 y Mahara) para contenidos de Anatomía, Fisiología y Salud en

las clases de Educación Física escolar”. Int. J. Morphol., 33(1):375-381, 2015.

Montgomery C. D., 2004, Diseño de Experimentos, Editorial Limusa, México, 686

pp.

Ramos, A. M. J. & Martínez, L. F. J. Estrategias y metodología frente al desarrollo

de una acción formativa virtual. Una propuesta práctica con alumnado en

educación secundaria. Espiral, 4(8):32-41, 2011.

Rodríguez, R. S. “2El impacto de las TIC en la transformación de la enseñanza

universitaria: repensar los modelos de enseñanza y aprendizaje”. Teor. Educ. Cult.

Soc. Inf., 11(1):32-68, 2010.