Entendiendo las ciencias con mapas conceptuales

REVISTA Universidad EAFIT. Vol. 40. No. 134 | abril, mayo, junio 200410

REVISTA Universidad EAFITVol. 40. No. 134. 2004. pp. 10-24

R e c e p c i ó n : 1 5 d e m a y o d e 2 0 0 3 I A c e p t a c i ó n : 2 1 d e o c t u b r e d e 2 0 0 3

Claudia María Zea RestrepoIngeniera de Sistemas de la Universidad EAFIT.

Magíster en Educación de la Universidad de Antioquia.Directora de la Línea de Investigación y Desarrollo en Informática Educativa,

Departamento de Ingeniería de Sistemas, Universidad [email protected]

María del Rosario Atuesta VenegasIngeniera de Sistemas de la Universidad EAFIT. Especialista en Informática

Educativa de la Universidad de La Frontera, Chile.Candidata a Magíster en Ingeniería Informática de la Universidad EAFIT.

Codirectora de la Línea de Investigación y Desarrollo en InformáticaEducativa, Departamento de Ingeniería de Sistemas, Universidad EAFIT.

[email protected]

Mónica Henao CaladIngeniera de Sistemas de la Universidad EAFIT.

Magíster en Gestión de Tecnologías de la Universidad Pontificia Bolivariana.Doctora en Ingeniería de la Programación e Inteligencia Artificial de la

Universidad Politécnica, Valencia España. Profesora del Departamento deIngeniería de Sistemas de la Universidad EAFIT.

[email protected]

Myriam del Pilar Hernández CardonaMaestra en Artes Plásticas de la Universidad de Antioquia. Magíster en

Educación de la Universidad de Antioquia. Asistente de Investigación de laLínea de Investigación y Desarrollo en Informática Educativa, Departamento

de Ingeniería de Sistemas, Universidad [email protected]

Entendiendolas ciencias con mapas conceptuales

Resumen“Entendiendo las Ciencias con Mapas Conceptuales” es un proyectoque buscó desarrollar un esquema metodológico que permitierarepresentar el saber de expertos en el área de ciencias, utilizando lametodología para representación del conocimiento CommomKADS yla herramienta computacional CMapTools para soportar la construccióndigital de mapas conceptuales, con el fin de construir un sistema deconocimiento como apoyo a los procesos de aprendizaje de las cien-cias, en los niveles de la educación básica, media y superior.

Ra

la

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El desarrollo de este proyecto de investigación, se enmarca en unconvenio de cooperación establecido entre la Universidad EAFIT – LíneaI+D en Informática Educativa y el Institute for Human and MachineCognition (IHMC) de la Universidad de West Florida, a través del cualfue posible la vinculación de expertos como Joseph Novak, AlbertoCañas y Carmen Collado al desarrollo del proyecto y de algunos mapasconceptuales en temas específicos.

Como resultado de la interacción entre los grupos de investigación deEAFIT y del IHMC, y el proceso conjunto de indagación, se desarrollóun Sistema de Conocimiento en Ciencias, el cual contiene una primeracolección de mapas conceptuales y una propuesta de atlas para laindexación de contenidos, los cuales se encuentran almacenados enun servidor Web, residente en la Universidad EAFIT y partir del cualse establecen unas primeras respuestas a las preguntas de inves-tigación planteadas para el proyecto.

Understanding Science with Concept Maps

Abstract“Entendiendo las Ciencias con Mapas Conceptuales” (UnderstandingScience with Concept Maps) is a project that tried to develop amethodology outline to represent the knowledge that experts have in thesciences field, using CommonKADS knowledge representationmethodology and CmapTools, a software tool that supports digitalconstruction of conceptual maps, with the purpose of constructing aknowledge system as support for science learning processes, in the basic,medium, and higher education levels.

The development of this research project is framed in a Cooperationagreement between Universidad EAFIT – Línea I+D en InformáticaEducativa (Education Informatics) and the University of West Florida -Institute for Human and Machine Cognition (IHMC), which allows theentailment of experts, such as Joseph Novak, Alberto Cañas, and CarmenCollado to the development of the project and some concept maps forspecific topics.

As a result of the interaction between the research groups at EAFIT andIHMC, and the combined research process, a Science Knowledge Systemwas developed, which contains the first collection of concept maps anda proposal for an atlas for contents indexing, these will be stored in aweb server at Universidad EAFIT, and based on this the first answers tothe research questions of the projects will be settled down.

ZEA R.,C.M.; ATUESTA V.,M.R.; HENAO C.,M.; HERNÁNDEZ C., M.P. | Entendiendo las ciencias con mapas conceptuales

Palabras ClavesRepresentación del conocimientoSistemas basados en cienciasMapas conceptualesEnseñanza de las cienciasModelos de gestión delconocimientoCommonKADSCMapTools

Key WordsKnowledge representationScience-based systemsConcept mapsScience teachingStructured knowledge engineeringCommonKADSCmapTools


LPresentación

a educación durante sus diferentesfases de evolución, concibe el tema delas ciencias como una de las áreasbásicas del currículo, tanto a nivel

escolar, como superior, implicando una necesidadapremiante de buscar alternativas para el acerca-miento de los aprendices a los conceptos funda-mentales de las ciencias.

Por su parte la población estudiantil en Colombia,reportó durante las últimas décadas un gran déficiten los logros académicos en este tema, lo cual estágenerando inquietud en los entes gubernamentalesy en las mismas instituciones educativas. Comomuestra de la preocupación por el tema a nivel esta-tal, el Ministerio de Educación Nacional ha puestoal alcance de los colombianos, los primeros están-dares para el logro de competencias en los temasfundamentales, entre los cuales encuentran los“Estándares Curriculares para Ciencias Naturales yEducación Ambiental”, donde se enmarca la presenteproblemática. Desde esta perspectiva se hace nece-sario pensar en el reto de encontrar nuevas alterna-tivas para presentar y acceder al conocimiento delas ciencias (http://www.mineducacion.gov.co,lineamientos curriculares Ciencias Naturales yEducación Ambiental).

Por otra parte, el crecimiento de la red Internet, comomedio para proveer información, se ha convertido enuna de las herramientas de consulta más utilizadapor los aprendices, para dar respuesta a susinquietudes y tareas. Sin embargo, y dado que lainformación en Internet no posee una estructuraformal ni un control sobre su validez, el deambularpor la red de redes se convierte en un sistema pocoágil y confiable, que requiere además, de un ele-mento fundamental en la labor de búsqueda, y es“criterio” para seleccionar la información, establecerniveles de prioridad y determinar la validez de lamisma.

Un tercer elemento que no se ha tenido en cuentadurante el proceso de aprendizaje, es el acceso ainformación de expertos y científicos, no sólo por la

Lfalta de acceso a su representación, sino por lalejanía que hay entre el conocimiento de un temaespecífico producido por un experto y el contenidosobre dicho tema presentado a un novato.

Comúnmente la relación entre estos tres elementosproduce un resultado lamentable en términos deaprendizaje, pues generalmente ante la falta deconocimiento previo sobre un tema específico, serealiza una búsqueda en Internet con criterios pobresde selección para dar respuesta a la pregunta queorientó la consulta, y se accede a un conjunto deinformación no necesariamente desarrollada porexpertos, obteniendo como resultado un acerca-miento al conocimiento poco significativo para elaprendiz.

Por otra parte, la experiencia de aplicación delModelo Conexiones en los centros educativos denivel básico y medio, tanto de carácter público comoprivado a nivel nacional, ha registrado esta mismasituación ante la falta de contenidos digitalesorganizados, que les permita a docentes y alumnoscentrar sus búsquedas sobre los temas de susproyectos colaborativos de aula y tener certeza desu validez científica (Zea et al, 2000).

Como una alternativa para aportar solucionesconcretas a la problemática de la organización delconocimiento, su representación desarrollada porexpertos y la construcción de nuevos conceptos porparte del estudiante, se presenta la herramienta demapas conceptuales. Desde el punto de vista de larepresentación del saber experto, se prevé como unaposibilidad de acercar dicho conocimiento ya vali-dado al aprendiz, de forma que no sólo se represen-ten conceptos, sino sus posibles relaciones.

Como herramienta que posibilita la adquisición denuevos conceptos, se vaticina que mediante el usode mapas conceptuales como organizadores deconocimiento previo y como estrategia de acer-camiento a nuevos conceptos, se puede potenciarel aprendizaje significativo, ayudando al aprendiz aencontrar relaciones entre nuevos conceptos y losya preexistentes en su estructura cognitivaorientándolo de manera intencional al campo de laciencias.

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Cálculos preliminares de investigadores del IHMC (http://www. coginst.uwf.edu) y de la universidad EAFIT a través de la Línea de Investigacióny Desarrollo en Informática Educativa (http://www.eafit. edu.co/infoedu),consideran que con alrededor de unos cuatrocientos mapas concep-tuales se cubriría la gran mayoría de los conceptos básicos de ciencias,necesarios para vivir en nuestra era del conocimiento, los cuales segúnlas nuevas teorías cognitivas tienen grandes aplicaciones en educación(Ausubel et al, 1983) y en memorias corporativas. Este conjunto demapas permitirá que cualquier persona con interés en un temaespecífico de las ciencias, encuentre su punto de entrada y comiencea navegar sobre el conocimiento de expertos en cada uno de loscontenidos, navegando tan profundo y tan al detalle como lo desee.

Es importante aclarar que el aporte a la problemática, no consiste enla generación de un currículo de ciencias, sino en la creación de “puntosde entrada” para la navegación sobre unidades temáticas de ciencias,

donde las uniones entre los mapas conceptuales estarándefinidas por relaciones de contenido y no por

la secuencia de un libro o un curso.

Estos mapas, deben estar agrupadospor temas bajo el esquema de atlasde ciencias para efectos de búsque-das, cobertura de temas y entradasposibles para la navegación através de los conceptos tratados.

Actualmente el IHMC, fundado en1990 como una unidad de investi-gación interdisciplinaria para el

estudio de la cognición en el serhumano y en la máquina, ha puesto

a disposición del mundo la herramientade CMapTools, la cual, propone el uso

de modelos de conocimiento, basados enmapas conceptuales, como infraestructura para

la creación de ambientes de multimedia, tanto porestudiantes como por profesores, científicos y expertos. Esta herra-mienta de software, basada en un enfoque constructivista delaprendizaje, permite al usuario construir mapas conceptuales,conectarlos entre sí mediante enlaces, y complementar las proposicio-nes con otros medios como imágenes, vídeo, fotos, gráficos, texto,páginas de WWW, etc.

La herramienta CMapTools es sumamente flexible, y entre sus usuariosse encuentran desde niños de educación primaria en Latinoamérica,hasta científicos de la NASA debatiendo el lugar más apropiado para



el descenso de naves espaciales en Marte. Loscientíficos usan las herramientas para representar ypublicar modelos de sus investigaciones, permitiendola crítica constructiva y promoviendo la colaboraciónentre ellos.

Adicionalmente, como un proyecto de conocimientodebe ser gestionado como un proyecto de apren-dizaje basado en la experiencia, en forma creciente,es necesario contar con una metodología quepropicie dicha labor y que además, haya sidopensada y creada para permitir la gestión del cono-cimiento. Es así como se ha encontrado quela metodología CommonKADS favorece el enfoquede administración de proyectos de este tipo ycumple con los requisitos que se han presentadopreviamente.

Aunque esta metodología no fue propuesta inicial-mente para proyectos educativos de conocimientosino para sistemas expertos, se ha generalizado suaplicación para sistemas de conocimiento o siste-mas basados en el conocimiento, lo que da ciertosindicios de que puede ser una buena metodologíapara aplicar en este proyecto.

En este marco de reflexión se inscriben laspreguntas de esta investigación: ¿Es adecuadoutilizar la metodología CommonKADS para gestionary modelar sistemas de conocimientos aplicados ala educación?, ¿Cualés modelos de CommomKADSse pueden desarrollar para la implementación de unSistema de conocimiento de Ciencias?, ¿Puede elconocimiento de los científicos ser representado enuna colección de mapas conceptuales?, ¿Cómocompartir el conocimiento de los científicos con losestudiantes en formación?, ¿Pueden los estudiantesuniversitarios entender las ciencias a través demapas conceptuales?.

Como esquema de trabajo se establece un marcode referencia que contextualiza los aspectos relacio-nados con la sociedad del conocimiento, las meto-dologías que soportan la construcción del modelode conocimiento propuesto y la herramientaCMapTools.

El siguiente mapa construido con CMapTools,representa los conceptos y relaciones establecidaspara el proyecto.

Figura 1. Mapa conceptual del Proyecto

15ZEA R.,C.M.; ATUESTA V.,M.R.; HENAO C.,M.; HERNÁNDEZ C., M.P. | Entendiendo las ciencias con mapas conceptuales

Figura 2. Modelos de CommonKADS que se aplicaron en el proyecto

En el siguiente apartado se presentan los resultadosde la investigación representados en un Sistema deConocimiento en Ciencias (SCC) desarrollado bajola orientación metodológica CommomKADS yaplicando para la representación del conocimientolos mapas conceptuales.

Sistema de Conocimientoen Ciencias (SCC)

Aunque el objetivo inicial de los creadores de lametodología CommonKADS era que sirviera de guíapara la construcción de sistemas basados en elconocimiento (SBC), desde hace algunos años seempezó a utilizar como guía para el desarrollo y laimplantación de procesos asociados con la Gestión

del Conocimiento en diferentes organizaciones. Esasí, como en este proyecto se ha aplicado, permi-tiendo seguir en forma estructurada el desarrollo delmismo.

En cuanto a los modelos propuestos en Common-KADS, en esta fase de la investigación se haconcluido que algunos de ellos no se aplican por eltipo de proyecto y del sistema solución. El propósitode CommonKADS es desarrollar SBC sin embargo,en este proyecto esa no es la solución, pero sí unsistema de conocimiento, por tal motivo sólo seaplicaron algunos modelos. Concretamente sedesarrollaron el Modelo de la Organización, el Modelode Conocimiento y el Modelo de Diseño. Los recua-dros sombreados de la Figura 2, corresponden a losmodelos desarrollados.

1. Modelo de la Organización

El modelo de la organización de CommonKADS se construye con el fin de estudiar el ambiente de laorganización para determinar lo que está sucediendo en ella y así poder definir cuándo y en dónde se puedeconstruir un sistema de conocimiento para solucionar un problema específico o mejorar un proceso real. Eneste caso, el modelo no se aplicó pensando en que se iba a desarrollar un sistema informático de conocimientossino en que se estaba trabajando con conocimiento y que el proyecto mismo tenía las características de unproyecto de conocimiento.


De los constituyentes del modelo original deCommonKADS se aplicaron los siguientes:

• El Contexto organizacional. La organizaciónentonces, es el sector educativo, específicamenteen la educación superior. Como esto es muygeneral y es una organización conceptual, enton-ces se limitará su análisis para efectos del proyectoen el proceso de formación.

En los esquemas tradicionales del entorno escolarexiste una interpretación intermediaria entre laproducción científica y el documento a que accedeel aprendiz. Esta distribución de roles expresarelaciones de aproximación a la construcción delsaber que se da desde el objeto de conocimientoa ser aprendido con la ayuda de escenarios deaprendizaje. Escenarios que se orientan y poten-cian desde las demandas de los contextosculturales.

El experto en su rol productor de conocimientocientífico construye relaciones coherentes a lasestructuras demandadas por el contexto socio-cultural y divulga el resultado de su producción conel apoyo del mediador tecnológico CMapTools. Eldocente en su rol de diseñador de estrategias deaprendizaje genera instancias didácticas parafacilitar al aprendiz la apropiación de los mismossin manipular el conocimiento presente en el mapagenerado por el experto. El estudiante en su rolde aprendiz asume a través de “actividades” el usode los conceptos mediante acciones que permitenasimilar y comprender su uso, como también reuti-lizar los conceptos que ha apropiado anteriormente.

• Problema actual. Identificado como el problemaen la apropiación de conocimientos de cienciaspor parte de los estudiantes de secundaria. Expre-sado en forma de un tópico generativo1 sería:“¿Por qué si el conocimiento de ciencias esdivulgado y conocido, los estudiantes no seapropian de él?”.

• Solución. A partir de las soluciones planteadas,se determina que la construcción de un sistemade conocimiento de ciencias que haga uso demapas conceptuales para representar el conoci-miento científico de expertos, es un escenarioposible como estrategia de enseñanza de esosconceptos a los estudiantes.

• Función. Las funciones identificadas en estecontexto organizacional son las siguientes:

- Identificación del conocimiento declarativo deciencias para que sea reflejado en el mapa.

- Desarrollo de los mapas.

- Integración de éstos, a través de conceptos.

- Aplicación de los mapas y evaluación de losobjetivos de aprendizaje alcanzados con lautilización de los mapas conceptuales. Esto últimono está enmarcado dentro del alcance de esteproyecto.

• Proceso. Se refiere al flujo de trabajo o de controlde los procedimientos básicos.

El anterior flujo se lleva a cabo en el experto deun dominio. En el maestro se realiza en generaldesde la difusión hasta la transferencia y losestudiantes generalmente están involucrados desdela apropiación. Se hace transferencia cuando elestudiante comprende realmente el conocimiento

• Personas o roles: Los roles que se han identi-ficado son:

- El experto. “Es la persona o grupo de personas quetiene(n) el conocimiento teórico y práctico del áreaproblema es decir, el(los) perito(s). “Este expertodebe ser reconocido en su área de especialización,lo que implica que sus colegas lo consideran unapersona valiosa por sus conocimientos sobre eldominio” (Henao, 2001). En este caso los expertosson los que dominan las ciencias.

- Maestros-Profesores. Son estudiosos de lasciencias, algunas veces son expertos que inves-tigan y proponen novedades dentro de la ciencia,

1 Término utilizado en Enseñanza para la Comprensión y quedefine el tema central del trabajo.

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donde el conocimiento del dominio es separado delde control para que pueda ser utilizado por diferentestareas y en diferentes dominios.

El conocimiento del dominio describe la principalinformación estática y los objetos de conocimientoen un dominio de aplicación.

Los mapas conceptuales están formados por con-ceptos y relaciones de un dominio, representandoentonces el conocimiento declarativo. Entendidoeste como «los hechos, reglas, conceptos y teorías,que aluden a la información necesaria para conoceruna realidad y moverse en ella». También se puedellamar conceptual. (Casarini citado por Poggioli,1999). De acuerdo con Anderson (citado por Poggioli,1999) el conocimiento declarativo también incluye elsaber acerca de nosotros mismos como aprendicesy de los factores que influyen en nuestra ejecucióncuando realizamos tareas, sean éstas académicaso no.

En términos de CommonKADS, el Conocimiento delDominio es el que se representa en el mapa concep-tual, dejando de lado el de control, pues los mapasno permiten representar el conocimiento de lasinferencias, ni de las tareas. De esta forma se esta-blece la relación que existe entre la metodologíaCommonKADS y la estrategia de representación demapas conceptuales.

3. Modelación del conocimiento através de mapas conceptuales

El conjunto de mapas conceptuales desarrolladosen este proyecto, está conformado por tres gruposde mapas que obedecen a condiciones diferen-tes en el proceso de modelación del conocimiento(Ver tabla 1).

El primer grupo está conformado por un conjunto demapas sobre Marte previamente elaborado por JeffBrigs experto de la NASA, jefe del Centro Espacialde Marte. El Doctor Brigs creó estos mapas comoestrategia para representar el conocimiento obtenidoen las múltiples exploraciones que ha realizado laNASA en Marte y conservarlo para investigacionesfuturas. Para esta elaboración recibió capacitación

pero en otras ocasiones se han apropiado de unconocimiento y se encargan de transmitirlo aotros.

- Estudiantes. Son jóvenes que están en formacióny que en algunas ocasiones, están interesados porconocer y dominar un área de conocimientoespecífica.

Adicionalmente se tiene que los medios que seutilizan en cada uno de los procesos y especial-mente, para pasar de un proceso a otro, son funda-mentales. Por ejemplo, el medio en el que elexperto deja consignado su conocimiento, o elmedio a través del cual se difunde el conoci-miento, por ejemplo: un libro, entre otros.

• El Conocimiento. El conocimiento que se manejaen estos procesos tiene que ver con:

- Conceptos fundamentales de ciencias.

- Utilización de los medios más apropiados paracada uno de los procesos.

• Recursos: Para el análisis de la situación proble-ma no se requieren recursos computaciones, peropara plantear la solución, es necesario contar conrecursos computacionales que apoyen procesosdefinidos. Estos recursos se tratarán más adelante.

2. Modelo de Conocimiento

Como el propósito de este modelo es “explicar endetalle los tipos y estructuras del conocimientousado en la realización de una tarea” (Henao, 2001),y en este caso específico no se tiene una tareadefinida (pues el experto no está enfrentado a solu-cionar un problema sino a expresar el conocimientoque tiene de la ciencia), entonces sólo se aplicanalgunos de los elementos que se proponen en elmodelo.

Además, es importante resaltar el análisis que seha realizado para aplicar la representación de mapasconceptuales en dichos sistemas:

CommonKADS trata y presenta el conocimiento deuna manera completa, incluyendo sus diversos tipos



previa en el uso y manejo de mapas conceptualesy de la herramienta CMapTools por parte de losexpertos en el área del IHMC. El Doctor Brigs lospuso a disposición del público en general en la dirección:http://cmex.arc.nasa.gov/CMEX/Map%20of%20Maps.html

Los mapas de este grupo están elaborados en inglésy cuentan con un conjunto de recursos multimediales.El Doctor Brigs autorizó que fueran traducidos alespañol y utilizados como parte del cuerpo de mapasdel presente proyecto.

El segundo conjunto de mapas, diseñado específica-mente para el proyecto, está conformado por dosgrupos: uno elaborado por Joseph Novak, sobreconceptos básicos en ciencias y otro elaborado porCarmen Collado sobre biología. Los expertos sonautoridades en la construcción de mapas y por tantono tomaron ningún tipo de capacitación en elabo-ración de mapas para el presente proyecto, sinembargo, recibieron apoyo por parte del grupo deinvestigación para complementar los recursosmultimediales. De otra parte, los mapas de Novak

JEFF BRIGSExperto de la Nasa, Jefe delCentro Espacial del Marte

JOSEPH NOVAKExperto en la enseñanza delas ciencias

CARMEN COLLADOExperta en Biología

RICARDO LLANOJORGE ARANGOExpertos en transformacióny transporte de energíaeléctrica

Astronomía

Ciencias

Biología

Energía

Plantas Verdes

Densidad de la Materia

Circuito Eléctrico

Flotabilidad

Resistencia

Espejos

Lluvia ácida

Ozono

Arrecifes de Coral

Cladocera

Rotifera

Copepoda

Corales Hermatípicos

Manglares

La Energía

Diversas Fuentes

Los Ríos

El Viento

El Mar

La Tierra

El Sol

Fotosíntesis

Aprendizaje Significativo

Estaciones

Radiación Solar

El Universo

Plancton

Tipos de Arrecifes de Coral

Estuarios

Lagos

Limnología

Océanos

Zona entre Mareas

El Átomo

El Gas Natural

El Petróleo

El Carbón

La Biomasa

La Energía Eléctrica

Tabla 1. Conjunto de mapas elaborados

Mapas sobre diversos aspectos delplaneta Marte

Nombre del Experto Área del Nombre de los MapasConocimiento

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estaban elaborados en inglés y fue necesario haceruna traducción tanto de los mapas mismos como delos recursos multimediales enlazados a los diferentesconceptos. En el caso de Carmen Collado los mapasfueron entregados tanto en inglés como en español.Este grupo de mapas implicó la elaboración de untrabajo conjunto en la selección de medios y en elproceso de traducción, entre el grupo de expertos yel grupo de apoyo.

El tercer subgrupo conformado por mapas elaboradospor expertos en el área de transformación y transportede la energía de la empresa Interconexión EléctricaISA S.A. con la asesoría del grupo de apoyo, es elresultado de un proyecto particular en tema deEnergía, el cual buscó desarrollar material educativoen el tema de la energía, como apoyo a los proyectoscolaborativos (metodología propuesta por el ModeloConexiones), para generar una cultura alrededor delvalor y conservación de los recursos naturales comofuentes de energía en docentes y estudiantes deeducación básica y media. Los mapas en el tema dela energía, se eligieron ya que se consideró relevanteeste tema en el área de las ciencias y como expe-riencia piloto en la representación del conocimientopor parte de expertos que no dominaban la técnicade construcción de mapas.

Los expertos recibieron una capacitación inicial enla construcción de mapas y en el manejo de laherramienta CMapTools. Posteriormente, se dierona la tarea de construcción de mapas, constantementeasistida por el grupo de apoyo, también se recibióasesoría de los expertos del IHMC. Una vez deter-minado el grupo de mapas, se procedió a unaselección conjunta de recursos para adicionar a losdiferentes conceptos. Finalmente, se realizó el diseñográfico de los mapas. El conjunto de mapas estáinserto en un proyecto colaborativo alojado en lasiguiente dirección: http://www.infoedu.eafit.edu.co/energia/cocoma

El anterior conjunto de mapas, junto con un Atlas,que contiene los temas importantes en ciencias quese quieren abarcar, se encuentran ubicados en el sitioweb:http://conexred.eafit.edu.co/intranet/cmaps/index.htm El sitio está albergado en un servidor queadministra La Línea I+D en Informática Educativa.


4. Atlas de los mapas de ciencias deSCC

En el diccionario se puede encontrar la siguientedefinición de la palabra Atlas: m. (Del lat. Atlas yéste del griego Ατλασ nombre del gigante quesostenía sobre sus hombros la bóveda celeste).Colección de mapas, dibujos, cuadros o tablas,generalmente explicados y relativos a un temadeterminado. Habitualmente se presentan en formade libro. (Planeta, 1989; RAE, 2000).

Desde esta perspectiva, el atlas presentado en esteproyecto se propone como una relación ordenada deconceptos (términos), de diferentes dominios de lasciencias que nos remiten a un conjunto de mapas,en este caso conceptuales. Sus objetivos son servirde guía temática para que los expertos en cienciaselaboren los mapas y orientar a los estudiantes enel proceso de consulta de los mismos.

En la página principal del sitio Web, la búsqueda deconceptos se lleva a cabo a partir de los enlaces quetenga el mapa del cual se parte. Desde este puntode vista la búsqueda de información o navegación através de los mapas está determinada por lasrelaciones propuestas por el autor del mapa. El atlases una posibilidad que se abre para que en unmomento futuro el proceso de búsqueda se lleve acabo no sólo a través de los enlaces sugeridos por elexperto o los diseñadores en la página Web, sinoque se pueda acceder a los mapas a través delconcepto raíz que aparece en la parte superior deéstos y también a través de cualquiera de los otrosconceptos que aparecen en sus diferentes ramas.Sin desconocer que consultar la información a travésde los enlaces que aparecen al interior de los mapaspropuestos por los expertos es una navegaciónorientada hacia un proceso de comprensión, laposibilidad se seguir búsquedas orientadas desde elatlas según los intereses particulares del estudiantesugiere la hipótesis de que éste podría generar elrecorrido de nuevas rutas, enlaces y relaciones entreconceptos, probablemente imprevistas para losexpertos, pero probablemente, altamente enriquece-doras para sus necesidades específicas.


El espectro de cobertura del Atlas se definió a partirde varios elementos. Un primer elemento consistióen una selección inicial de temas propicios para incluiren el atlas asesorada por un grupo de expertos delIHMC. Al interior de este grupo se determinó que elAtlas se realizaría sobre el tema de ciencias ya queentre otros motivos planteados en el marco teórico,es en estas áreas en donde se genera una brechamayor entre el conocimiento producido por los exper-tos y el aprendido por los estudiantes.

Para consolidar y apoyar la elección, como segundoelemento, se llevó a cabo la revisión de bibliografíaespecializada que presentaba los principios esencia-les de la ciencia.

Como tercer elemento, se consultó un atlas de temasde ciencias “Atlas of Science Literacy” desarrolladopor la American Association for the Advancement ofScience y la National Science Teachers Association(AAAS & NSTA, 2001).

Después se estudiaron algunas propuestas de tablasde contenido realizadas por otros grupos de investi-

Figura 3. Página principal del sitio Web, vista del Atlas de ciencias y de varios mapas albergados en el lugar

gación que no se reseñan en el presente trabajo porel carácter aún confidencial de los documentos. Enellas se proponen contenidos curriculares en cienciasclasificados a partir de diferentes criterios como:Lenguaje de la ciencia, interdependencia, crecimientoy desarrollo, y fuerza y movimiento, entre otros.

Finalmente, se contrastaron los hallazgos con loslineamientos curriculares en el área de cienciaspropuestos por el Ministerio de Educación Nacionaly se presentó la propuesta de Atlas para esteproyecto. La cual, es un primer acercamiento que seafinará a partir del avance y los resultados parcialesde la investigación.

5. Modelo de Diseño

Como se expresó en la metodología CommonKADS,el modelo de diseño está en el dominio del softwaredel sistema, pues está relacionado el sistemasoftware de conocimiento y la organización que éstedebe tener.

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Este modelo permite llevar a un sistema informáticolo que se definió tanto en el Modelo de Conocimientos(requerimientos de solución del problema) como enel Modelo de la Organización (requerimientos nofuncionales). Por lo tanto, en este modelo se describela estructura del SCC.

En este proyecto se ha aplicado cada uno de lospasos que se definen en el proceso de construcciónde este modelo, dando como resultado lo siguiente:

Paso 1: Diseñar la arquitectura del sistema. Se hadecidido tener una arquitectura distribuida del sistema,lo que permite que los diversos medios y mapasconceptuales se almacenen en diferentes servidoresen una red, y que puedan accesarse desde cualquiernodo conectado a la misma. Aprovechando la exten-sión de Internet, se puede entonces construirsistemas multimediales accesibles desde cualquierlugar del mundo.

Paso 2: Identificar la plataforma de implementaciónobjetivo. Como ya se dijo, la herramienta que seutilizó para desarrollar el SCC es CMapTools, la cualprovee todas las facilidades para hacer la represen-tación del conocimiento a través de los mapasconceptuales y la definición de los recursos hiperme-dios más apropiados para cada uno de los conceptosde ciencias.

Paso 3: Especificar los componentes de la arqui-tectura. En la figura 4 se presenta el detalle de laarquitectura en donde está ubicado el SCC. Estaarquitectura está conformada por una serie deservidores localizados algunos en el IHMC y otros enla Universidad EAFIT.

Los mapas conceptuales, producto de este proyectoy que se conforman en los grupos atrás mencionados,se comparten mediante su almacenamiento enservidores CMapServers. Los servidores permiten alos usuarios organizar sus mapas y recursosmediante carpetas, en forma similar a como lo hacencon el programa cliente, y compartir esas carpetascon otros usuarios.

Los servidores de mapas se registran automáti-camente con un Directorio de Servidores (Directoryof Servers) que se encuentra localizado en el IHMC.

El programa CMapTools se comunica con el Directoriode Servidores para obtener una lista de servidoresdisponibles. De esta forma, cualquier cliente encualquier localización conectado a Internet puedelocalizar mapas almacenados en diferentes servi-dores (Cañas et al, 2000). Como los modelos deconocimiento pueden tener enlaces a otros modelosen otros servidores, es clave que los programas clientetengan acceso a todos los servidores. Mediante elDirectorio de Servidores, el usuario no tiene quepreocuparse por la localización o dirección de losservidores, ya que periódicamente el cliente obtieneuna lista actualizada de éstos.


Figura 4. Arquitectura del sistema

Adicionalmente, los servidores se indexan automá-ticamente y envían sus índices a un Servidor deBúsqueda. El cliente obtiene del Directorio deServidores la dirección del de Búsqueda, y de estaforma las consultas que se llevan a cabo desde elcliente incluyen todos los mapas y recursos de todoslos servidores asociados al directorio. Adicionalmente,el cliente puede hacer búsquedas en Internet víaun Servidor de Búsquedas en Internet, tambiénaccesible desde el directorio.


El Servidor de Mapas Conceptuales donde reside elSCC para que pueda ser accedido vía Web por losestudiantes y profesores que hacen parte del proyecto,se encuentra ubicado en las instalaciones de la LíneaI+D en Informática Educativa, en EAFIT y cumple conalgunas características básicas como sistema unesquema de particiones redundantes, que garantizaasí la integridad y consistencia de la información allíalmacenada.

Para poder tener acceso a los mapas conceptualespublicados en dichos servidores, es necesario quelos usuarios se conecten a través de un navegadorde Internet (browser) o de ser el caso disponer de laversión cliente de CMapTools (CMapTool Client) parainteractuar directamente con los mapas.

Internamente, se dispone de un servidor de directoriospara el trabajo y revisión de los mapas conceptualespor parte de los miembros del proyecto.

De acuerdo con las características de interconexiónantes mencionadas y con los recursos con los quese dispone para este proyecto, se garantiza un

tiempo de acceso y respuesta bastante alto,haciendo que el servicio y disponibilidad de los mapasconceptuales sea muy eficiente.

Paso 4: Especificar la aplicación dentro de laarquitectura. El Servidor de Ciencias, resultado deeste proyecto, está registrado en el directorio deservidores y funciona como se muestra en la mismaFigura 4. De esta forma, cualquier estudiante o profe-sional en cualquier lugar del mundo que esté utili-zando CMapTools tiene acceso a la colección demapas conceptuales sobre ciencias, y en cualquierbúsqueda que realice con términos incluidos en losmapas o recursos, le llevará a los mapas o recursosapropiados.

Al almacenar los mapas en un servidor CMap-Server, automáticamente se generan versiones HTMLde los mismos. De manera que la navegación a travésde los mapas se puede realizar tanto a través deCMapTools, como desde cualquier programa nave-gador del Web.

Las conclusiones del proyecto responden a los interrogantes que guiaron esta investigación:

• ¿Es adecuado utilizar la metodología CommonKADS para gestionar y modelar sistemas deconocimientos aplicados a la educación?

Aunque la metodología CommonKADS surge en la Ingeniería del Conocimiento para construir de sistemasbasados en el conocimiento, se ha visto que ofrece instrumentos prácticos para apoyar algunos aspectosde la Gestión del mismo. Particularmente, las técnicas de análisis de las organizaciones de conocimientos,los métodos para compartirlo y su reutilización en los sistemas. Es así, como en este proyecto la metodologíaha servido para guiar su proceso de manejo y gestión, tanto en los investigadores como en los expertos.

• ¿Cualés modelos de CommomKADS se pueden desarrollar para la implementación de un Sistema deconocimiento en Ciencias?

La metodología CommonKADS es muy completa en cuanto a lo que propone de modelos, ciclo de vida ygestión de proyectos. Dentro de esto se encuentran las técnicas de adquisición y representación delconocimiento. En este proyecto en particular, se han aplicado algunas de éstas, pues no todas se requeríanpara los propósitos de la investigación. En el proyecto se aplicaron los modelos de organización, diseño yconocimiento.

Conclusiones y Recomendaciones

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El modelo de organización fomentó el trabajo en equipo permitiendo delinear una forma de interlocuciónpara la gestión del conocimiento y la generación de un lenguaje común, tanto para los expertos como paralos investigadores y grupos de apoyo; en el modelo de conocimiento se definió el conocimiento deldominio mediante la técnica de mapas conceptuales sin llegar a una representación del mismo en unlenguaje que permitiera su automatización ya que este tipo de sistema no lo requiere; por su parte elmodelo de diseño responde a la arquitectura y especificación de los componentes hardware y softwarepara ambientes requeridos para dar soporte al sistema de conocimiento de ciencias.

• ¿Puede el conocimiento de los científicos ser representado en una colección de mapas conceptuales?

Los mapas conceptuales son una forma apropiada para representar el conocimiento de un dominio deaplicación. El manejo de la técnica de los mapas conceptuales (saber hacer) y de la herramienta informáticaCMapTools permite a los expertos clarificar las ideas, ordenarlas de forma lógica e, incluso, detectarvacíos o dudas conceptuales sobre el tema. La construcción de un mapa es el ejemplo perfecto parailustrar lo que es el mejoramiento continuo, ya que un mapa siempre podrá ser mejorado.

• ¿Cómo compartir el conocimiento de los científicos con los estudiantes en formación?

El conjunto de estrategias propuestas por el Modelo Conexiones genera un entorno propicio para elacercamiento de los docentes a nuevas formas de acceso a contenidos para apoyar la actividad tecnológicaeducativa.

Es importante continuar en la labor de divulgación en el uso y manejo de mapas conceptuales con estudiantesy docentes, ya que actividades desarrolladas en este sentido evidenciaron el interés tanto por conocer,profundizar, aplicar la técnica y manejar la herramienta CMapTools.

Así, en la medida que la población docente y estudiantil de la comunidad universitaria conozca estatécnica de mapas conceptuales, podrá acceder a través de Internet al modelo de conocimiento de ciencias,posibilitando que la consulta y trabajo sean mucho más fructíferos.

Esto lleva a concluir que las estrategias de acercamiento del conocimiento de los expertos a los novatos,se deben plantear como una segunda etapa de este proyecto necesaria para validar la eficacia en elproceso de aprendizaje significativo, dinamizado por la estrategia de modelado de conocimiento a travésde mapas conceptuales.

• ¿Pueden los estudiantes universitarios entender las ciencias a través de mapas conceptuales?

El Sistema de Conocimiento en Ciencias elaborado hasta la fecha y su implementación en un servidorpúblico, se constituyen en el primer paso para generar una propuesta completa y coherente que permitalograr el propósito de acercar el conocimiento de los expertos a los novatos. Es por esto que se planteóuna segunda fase en la cual se evalúe y valide el sistema de Conocimiento en Ciencias en un entornoeducativo real.



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Entendiendo las ciencias con mapas conceptuales

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