Vol.
8, Núm. 2 / octubre 2016 – marzo 2017 / ISSN 2007-1094
Experimentación virtual con el
simulador dosis-respuesta como herramienta docente en biología
Virtual experimentation with Dose-Response simulator as a teaching tool in biology
Benemérita
Universidad Autónoma de Puebla, México
RESUMEN
Presentamos
una estrategia de innovación educativa consistente en la implementación de un
proyecto de investigación virtual en biología. En la educación universitaria presencial,
algunas prácticas de laboratorio son prohibitivas por sus altos costos. En la
educación a distancia existen pocos materiales virtuales que las sustituyan. En
este trabajo compartimos la experiencia del uso del simulador dosis-respuesta 1.0
desarrollado en nuestro laboratorio con el objetivo de explorar su usabilidad y niveles de
aprendizajes alcanzados. La investigación fue exploratoria con un grupo de
alumnos del curso Métodos de investigación I de la carrera de Biología. El
trabajo corresponde a una investigación virtual, estructurada, de tipo
semicerrado y guiada por supervisión docente especializada, y evaluó dos
niveles de conocimiento: el manejo del programa y la comprensión de los
conocimientos teóricos. El 69.2% de los alumnos indicaron que el uso del
simulador fue fácil. De acuerdo con la taxonomía de Bloom, de 100 a 92.3%
realizaron bien actividades en los niveles aplicar y analizar, y de 76.9 a 61.5,
en el nivel sintetizar; 7.7% no se adaptó. Los resultados señalan que los
alumnos alcanzan altos niveles de aprendizaje. Los simuladores son una
alternativa para la enseñanza cuando las prácticas de laboratorio son costosas.
Palabras clave:
Laboratorio
virtual, método de aprendizaje, aprendizaje virtual, simuladores.
ABSTRACT
We present an educational innovation strategy that consists on the implementation of a virtual investigation project in biology. In university education, some lab practices are prohibitive due to high costs. For distance university education, there are few virtual educational resources that can be used instead. In this paper we share the experience of using the dose-response simulator 1.0. The simulator has been developed in our lab to explore the usability and the learning levels achieved by the students. An exploratory study was conducted with a group of students from the Research Methods I course of the Bachelor’s degree biology program. The work corresponds to a virtual, structured, semi-closed type, guided by specialized teaching supervision. Two levels of knowledge were evaluated: the management of the program and the understanding of theoretical knowledge. 69.2% of the students stated that using the simulator was easy. According with Bloom's taxonomy, from 100 to 92.3% performed well in activities at the apply and analyze levels, and 76.9 to 61.5% at the synthesize level. 7.7% did not adapt at all. The results indicate a high level of student learning. Simulators are an alternative for teaching when lab practices are expensive.
Keywords:
Virtual laboratory, learning method,
virtual learning, simulators.
INTRODUCCIÓN
La enseñanza de las ciencias por medio de prácticas de laboratorio o
proyectos de investigación resulta muy costosa, sobre todo cuando se requieren
equipos de laboratorio, animales de experimentación y reactivos. Las preguntas
que surgen de esta situación son: ¿existen otras alternativas de enseñanza? ¿Los
simuladores son una alternativa? ¿El aprendizaje que se logra con prácticas
virtuales es equivalente al alcanzado con prácticas de laboratorio
tradicionales? ¿Es posible que cada estudiante realice la práctica de
laboratorio de manera individual? ¿El aprendizaje que se logra durante una
práctica por equipo es el esperado? ¿Una práctica de laboratorio demostrativa
produce un aprendizaje superior a las prácticas virtuales? Los altos costos de
algunos proyectos y prácticas de laboratorio ¿justifican que se pase por alto
los temas a tratar? o incentivan a buscar alternativas. La información
publicada sobre estos aspectos es aún escasa. Algunos resultados indican una
respuesta favorable, sobre todo en la enseñanza-aprendizaje de la ingeniería (Cooper, 2005). En México, desarrollos y estudios llevados
a cabo al respecto son prácticamente nulos.
En este artículo, exploramos en un grupo piloto la usabilidad del simulador
dosis-respuesta 1.0, desarrollado por nuestro grupo de trabajo y su impacto en
el aprendizaje sobre el tema: el efecto de los agonistas a receptores
glutamatérgicos. La estrategia fue situar al alumno en un entorno de
investigación virtual. Los alumnos fueron guiados durante la investigación. Con
los resultados generados por el simulador, analizamos los datos y cada alumno redactó
un artículo de investigación. Este trabajo se llevó a cabo en el contexto del
curso de Métodos de investigación I, del tercer cuatrimestre de la carrera de Biología.
El trabajo de laboratorio en la enseñanza
de las ciencias
En general, la inclusión del trabajo de laboratorio en los planes de
estudio data de 1960. Los enfoques planteados han pasado por varias etapas:
desde el aprendizaje por descubrimiento, un enfoque en procesos, hasta enfoques
constructivistas contemporáneos (Barolli, Laburú y Guridi, 2010; Hodson, 1996). La idea inicial y central consiste en
replicar las formas y métodos de cómo los científicos consiguen nuevos
descubrimientos. En consecuencia, los estudiantes, al realizar las prácticas de
laboratorio, aprendían a “hacer ciencia” de alguna manera.
Nedelsky (1958) explora la relación entre física y realidad; sustenta que “una
visión empirista fundamenta la educación científica”. El trabajo de laboratorio
es visto como un proceso de investigación. En el caso de las ciencias
biológicas, este enfoque implica una estrategia didáctica que va más allá del
montaje de una simple práctica. Durante las prácticas disciplinares y los
trabajos en el laboratorio, se pone hincapié en la guía del proceso de
aprendizaje del estudiante (Cronbach &
Snow, 1977); esta idea es contraria a la hipótesis de que el estudiante aprende
mejor cuando no es guiado o se tiene una guía mínima, de modo que pueda
descubrir o construir información esencial por ellos mismos (Bruner, 1961).
Un análisis de estas dos formas contrarias de
buscar un mejor aprendizaje demostró que el aprendizaje con una guía
especializada es más efectivo que el obtenido por descubrimiento con una guía
mínima (Kirschner, Sweller & Clark, 2006; García, 2005). De
acuerdo con Hacking (1983), “los experimentos juegan un papel
central en la educación de la ciencia, siempre y cuando se realice una
intervención planeada”. López-Trujillo, Nava-Monroy y Moreno-Colin (2013) señalan que “los alumnos de
Biología muestran diferentes estilos de aprendizaje, con una mayor preferencia
al visual, táctil, kinestésico y grupal”. Estas características enfrentan a los
docentes al diseño de estrategias específicas para conseguir un aprendizaje
significativo. El mayor problema se presenta cuando las prácticas de
laboratorio ligadas a un enfoque científico son tan costosas que es imposible ejecutarlas.
Una alternativa viable es utilizar simuladores computacionales para ese
propósito.
Los laboratorios virtuales y su eficiencia
Con las nuevas tecnologías se
puede pasar a la simulación computacional para realizar una serie de
experimentos, obtener datos, analizarlos y comprender el significado de la
investigación cuantitativa. Los laboratorios virtuales son herramientas muy
útiles en la didáctica de la biología para trabajar temas que, por razones
diversas, no admiten la experimentación en un laboratorio escolar. Consisten en
simulaciones de actividades prácticas, es decir, imitaciones digitales de
prácticas de laboratorio o de campo reducidas a la pantalla de la computadora.
Resultan de gran interés para abordar procesos biológicos en los que la
experimentación se ve restringida por seguridad, tiempo, disponibilidad de material,
ética, equipo especializado, etcétera. Esta forma de abordar los procesos
biológicos da lugar a experimentos virtuales.
En este trabajo, utilizamos
la definición de Cooper, Vik y Waltemath (2014): “Definimos un experimento
virtual como el análogo ‘in sílico’
de un experimento de laboratorio o de campo, realizado sobre un modelo
computacional en lugar del sistema real o un modelo físico”. La simulación
permite reproducir estos procesos planteando actividades investigativas a los
alumnos, quienes pueden interactuar con el programa. Los experimentos virtuales
son un apoyo esencial para la enseñanza de las ciencias en la modalidad
presencial y en línea. Por esto, el desarrollo de simuladores computacionales
se visualiza como una herramienta muy importante para los procesos de enseñanza
y aprendizaje en este siglo (García y Gil, 2006).
La tecnología computacional y el internet tienen un potencial para
propiciar el aprendizaje de la ingeniería en un entorno altamente interactivo.
“Las funciones de los profesores y estudiantes están cambiando, y sin duda hay
formas de aprender aún no descubiertas” (Ertugrul, 2000). Antes de iniciar una
práctica de laboratorio con simuladores, es preciso planear la estrategia
pedagógica; tener presente un cronograma con la secuencia de temas previos al
uso del simulador, y establecer objetivos, habilidades, destrezas y capacidades
que se quieran desarrollar en el alumno. Estas recomendaciones han sido
propuestas por varios autores (Lefèvre, 1988).
El apoyo de los simuladores en la
enseñanza
Según Waldrop (2013), “es el momento de empezar a
pensar en la educación de una manera completamente nueva”. La educación masiva
en línea (MOOC, massive open online courses)
está iniciando y está disponible para decenas de cientos de estudiantes. Las
universidades en los países desarrollados se empiezan asociar a empresas MOOC y
se espera que en los próximos años se estén ofreciendo cursos relacionados con
ciencias. Para este tipo de cursos de ciencias en línea, es necesario el diseño
y construcción de laboratorios virtuales, donde el estudiante pueda aprender con
descubrimientos científicos (García y
Gil, 2006). No se refiere a simuladores hardware, como por ejemplo un simulador
de avión; se trata de simuladores de procesos mediante los cuales los usuarios
asimilan de forma natural los protocolos de actuación, metodología y pasos
lógicos. Existen ya varios laboratorios virtuales cuyo objetivo es la enseñanza
por medio de este tipo de simuladores. Los resultados en el aprendizaje
muestran que son favorables (Ray, Koshy, Diwakar, Nair & Srivastava, 2012; Bernhard,
2010; Dantas & Kemm, 2008; Ravert, 2002).
En la enseñanza-aprendizaje de las disciplinas médicas, Zhang, Thompson
y Miller (2011) hicieron una revisión de la educación interprofesional (IPE)
basada en simulaciones. Estos autores emprendieron una búsqueda en varias bases
(CINAHL,
MEDLINE, PsycINFO) para los años de 1999 a 2009. Se enfocaron en el diseño del
estudio y las estrategias de investigación. Revisaron 356 trabajos, de los
cuales 138 artículos usaban simuladores y, además, colaboraban dos o más
profesiones (IPE). De estos artículos, 45 llevaron a cabo una investigación
educativa; 19, un estudio cualitativo; 25, un estudio cuantitativo, y en uno de
ellos no se reportó el impacto en los alumnos. Los autores encontraron que la
instrucción educativa fue muy diversa; sin embargo, la mayoría de autores
reportan una combinación de estrategias de aprendizaje activo, además de una
combinación de materiales didácticos disponibles en módulos basados en la Web o
lecturas seguidas de una actividad con el simulador.
En la mayoría de estos casos se revela la satisfacción
de los participantes, la percepción del aprendizaje y el accionar de los
estudiantes durante el proceso de simulación. En todos, los resultados fueron
positivos. El comportamiento de los estudiantes fue de entusiasmo. Los niveles
que se evaluaron fueron: la asistencia, la satisfacción con el programa, la
adquisición de conocimiento, y las competencias. En temas de carácter médico se
agrega: la atención al paciente y la atención a la comunidad. Los demás
trabajos revisados se concretan a abordar el diseño y desarrollo de los
simuladores.
Así, en este tipo de trabajos existen dos líneas
directrices: el diseño de los simuladores, en el cual se analiza que los
resultados generados por el simulador sean semejantes a los encontrados en los
experimentos reales, y la puesta a prueba de su usabilidad y su empleo como
herramientas didácticas. En la primera directriz se pone a prueba el modelo
matemático que le da origen; se observan las relaciones entre las variables y,
en su caso, se descubren nuevas relaciones entre variables o se calculan
variables que en los experimentos reales no se pueden medir. En México, es poco
el desarrollo de simuladores propios; por ejemplo, se han reportado simuladores
por Govea-Valladares, Medellín-Castillo, Lim, Khambay, Rodríguez-Florido y
Ballesteros (2012). Los reportes del impacto educativo son aún más escasos.
Planteamiento del problema
El impacto del trabajo de laboratorio en la enseñanza de la ciencia ha
sido suficientemente abordado. Existe gran cantidad de trabajos, sobre todo
relacionados con el aprendizaje de la física y las matemáticas. Sin embargo, el
estudio del impacto de prácticas virtuales en la biología es escaso. Los
conocimientos, habilidades y destrezas que se pueden alcanzar han sido poco
explorados. El desarrollo de simuladores para la enseñanza de la biología en
México es incipiente. En este trabajo, describimos la experiencia y las
estrategias del uso del simulador dosis-respuesta. Pretendemos valorar el
aprendizaje alcanzado en el tema y demostrar que la experimentación virtual
guiada sitúa al estudiante en una actividad que le permitirá obtener una idea
general de qué es un trabajo científico y cómo se realiza.
MATERIAL Y MÉTODO
Durante el
curso de Métodos de investigación I de la licenciatura en Biología se utilizó uno
de los simuladores diseñados y desarrollados en el Laboratorio de Biología
Interactiva por los autores de este trabajo. El simulador denominado dosis-respuesta
1.0 se ejecuta en un ambiente Windows®, desde XP a la versión 8, en una
computadora PC-compatible. Los requerimientos de cómputo son 2 MB de espacio
libre en el disco duro y un procesador Pentium o mayor con un monitor SVGA con
profundidad de color verdadero. Usamos la sala de cómputo con una computadora
para cada estudiante.
Los estudiantes que emplearon el simulador fueron trece y cada uno de
ellos tuvo acceso de manera individual al programa. Se siguió el método CREATE
(considerar, leer, plantear una hipótesis, analizar e interpretar datos y
pensar en el siguiente experimento) propuesto por Hoskins, Stevens y Nehm en 2007.
El trabajo fue frontal, es
decir, todos realizan la misma práctica. El simulador genera datos diferentes
dentro de un intervalo de valores reales, en cada corrida, de manera que se ejecuta
una práctica personalizada. Según Gómez (1999), “este tipo de trabajo frontal
es el que más aproxima a los alumnos a la investigación experimental científica”.
Se permitió en todo momento la interacción entre los alumnos. La práctica de
laboratorio virtual tuvo un carácter metodológico de tipo semicerrado de
acuerdo con la clasificación de Crespo y Álvarez (2001), esto es, se facilita a
los alumnos sólo algunos conocimientos elaborados. Con el empleo de la
situación problemática, se motiva a indagar, suponer y emitir alguna hipótesis
(Siso, Briceño, Álvarez y Arana, 2009; Crespo y Álvarez, 2001). De acuerdo con
Fraga (1996), recurrimos a un enfoque investigativo, experimental y de proyecto,
y no como receta de cocina. Los resultados arrojados por el simulador fueron
analizados mediante el programa Origin® versión 3.0.
Para la implementación de la práctica, los estudiantes siguen una
rúbrica, describen objetivos, sugieren una hipótesis, planean las etapas para
realizar el experimento (métodos y procedimientos), observaciones y mediciones
que se pueden registrar y la conclusión que se puede extraer de la experiencia.
Desarrollo
de la experiencia
La secuencia temática
planeada y las actividades programadas se resumen en la tabla 1.
Tabla
1. Estrategia para el uso docente del simulador
dosis-respuesta.
Tema |
Sesiones* |
Objetivo Que los alumnos sean capaces de |
Tipos de investigación |
3 |
Diferenciar entre investigación experimental y no experimental. |
Búsqueda de artículos científicos por medio de internet
|
5 |
Adquirir las habilidades para realizar búsquedas de
artículos científicos, diferenciarlos de artículos de divulgación y empezar a crear criterios para
seleccionar los más adecuados para su investigación. |
Modelos matemáticos |
5 |
Comprender intuitivamente las ecuaciones
diferenciales, el significado de su solución, su relación con la
identificación de variables y su relación entre ellas. |
Funciones matemáticas |
3 |
Comprender las funciones matemáticas como soluciones
de una ecuación diferencial y su uso en el ajuste de datos experimentales. |
Manejo del programa Origin® |
3 |
Adquirir las habilidades y destrezas en el uso del
programa Origin® para el análisis y ajuste de datos experimentales. |
Neuroanatomía y fisiología básica del sistema
vestibular |
2 |
Comprender el tema biológico básico y propio del
proyecto a desarrollar. |
Interacción ligando
receptor |
1 |
Comprender el significado de la curva dosis-respuesta y de la dosis cincuenta. Aplicar estos conocimientos para el
análisis de los datos recabados.
|
Introducción a la redacción de artículos científicos |
5 |
Adquirir los conocimientos básicos para la redacción
de artículos científicos. |
Uso del simulador dosis- respuesta |
2 |
Generar datos experimentales del registro
extracelular del nervio vestibular simulado. |
Análisis de datos generados con el simulador |
Actividad extraclase en sala de cómputo. En
colaboración con sus compañeros. |
Desarrollar las habilidades aprendidas durante las
sesiones anteriores. |
Redactar un artículo científico a partir de los
resultados generados por el simulador |
Actividad extraclase. Durante una semana se permite la interacción entre
los alumnos. Se puede consultar al profesor. |
Iniciar la escritura de un artículo científico. |
Revisión entre pares |
1 |
Participar en la revisión de los escritos de sus
compañeros; emitir una crítica al trabajo y sugerencias de mejora. |
Corrección del trabajo |
Actividad extraclase |
Recibir críticas a su trabajo y ser capaz de
corregirlo. |
Evaluación y especificación de errores en el trabajo |
Una semana |
Reconocer y corregir los errores cometidos. |
Retroalimentación |
1 |
Entregar trabajo corregido para obtener una
calificación final. |
*Cada sesión
corresponde a una hora. Los alumnos pudieron usar el simulador todo el tiempo
del curso y libremente a distancia.
El simulador
se localizó en el servidor de la escuela y estuvo a su disposición en la página
web de Biología todo el curso.
Las temáticas están enfocadas específicamente a lo biológico, que en
este caso es la interacción ligando-receptor y la generación de curvas
dosis-respuesta. Esto significa, por ejemplo, que los temas relacionados con
matemáticas o estadística están orientados a la solución del problema planteado
y no se pretende formar a los alumnos en el sentido amplio de las matemáticas,
sino que el alumno logre integrar una serie de herramientas que le permitan
resolver un problema específico.
Manejo del programa Origin®
Antes de efectuar la práctica virtual, el grupo recibió tres sesiones de
una hora cada una para el manejo del programa Origin®. En la primera sesión se
les dio un recorrido por el programa y se les mostró la barra de menús, cómo
ejecutar el programa, cómo abrir un archivo nuevo y guardarlo. Se puso hincapié
en la entrada de datos y cómo seleccionarlos para realizar diversos tipos de
gráficas, así como modificar los títulos de los ejes, el tamaño de letra y de
la gráfica, y el diseño propio de la gráfica. Durante la segunda sesión, el
alumno aprendió a realizar análisis estadísticos básicos de columnas y renglones,
y gráficas con barras de errores y su significado. Durante la tercera sesión se
les enseñó el uso de la estadística y el análisis matemático de los datos que
permite el programa.
Niveles de aprendizaje
El uso del simulador fue acompañado de una serie de temas y actividades
que favorecen el aprendizaje del alumno y ayudan a alcanzar las habilidades,
destrezas y objetivos planteados. De acuerdo con la taxonomía de Bloom (1956) y
de Anderson y Krathwohl (2001),
se busca que el alumno tenga un aprendizaje reflexivo con los procesos de recordar,
comprender y aplicar. Con evaluar y síntesis se pretende la autogestión de los
propios contenidos, y con crear, con la escritura de su propio artículo, que
adquiera independencia (ver tabla 2).
Tabla 2. Actividades según
taxonomía de Bloom actualizada.
Información Recordar |
Comprender |
Aplicar |
Analizar |
Evaluar (síntesis) |
Crear |
Tipos de receptores, ¿qué es un agonista y qué es un
antagonista? ¿Qué es un potencial de acción? |
Clasificar, resumir y relacionar los artículos
científicos del tema. |
Utilizar el simulador para generar datos. |
Categorizar los artículos científicos que le
servirán en su proyecto. |
Evaluar sus resultados y comparar con los reportados. |
Redactar su propio artículo científico. |
Describir el sistema vestibular. Describir cómo se realiza un registro multiunitario
con electrodo de succión. |
Comprender el uso del simulador. |
Experimentar con dosis crecientes de agonistas y medir
la frecuencia de disparo en cada condición experimental y graficar. |
Analizar los resultados y explicar que el efecto de los agonistas sigue una
función sigmoidal. |
Evaluar si sus resultados prueban la hipótesis
formulada. Discutir sus resultados con sus compañeros. |
Proponer investigaciones futuras. |
Localizar artículos científicos del tema. |
|
Descubrir que la potencia de efecto de los ácidos de
prueba es diferente. |
Determinar la D50 en cada caso y comparar
los resultados. |
Formular conclusiones de los experimentos virtuales
realizados. |
|
Descripción breve del
simulador
El simulador está basado en experimentos que se efectuaron en el órgano
vestibular del Axolotl (Ambystoma
tigrinum). El material y método que se usa en el experimento real fue
presentado en PowerPoint y es explicado paso a paso al alumno. Se registran los
potenciales del nervio vestibular con un electrodo de succión. La presión
negativa en el electrodo se mantiene a lo largo del experimento, con lo que se asegura
que se mantenga el nervio dentro del electrodo (ver figura 1).
El simulador dosis-respuesta
reproduce los resultados experimentales. La ventana de interfaz muestra: en la
mitad izquierda, la mesa de trabajo sobre la que se encuentra un microscopio,
los micromanipuladores, la jeringa para lograr la presión negativa descrita y
tres botones: <<Control>>, <<Q. A.>> y <<K. A.>>,
que permiten simular la frecuencia control y el efecto de la administración del
ácido quiscuálico y ácido kaínico, respectivamente.
En la mitad derecha se
muestra una ventana que hace las veces de osciloscopio, una casilla donde se
presenta la frecuencia de disparo correspondiente y abajo un botón para iniciar
el registro (ver figura 2). Para usar el
simulador, el primer paso es seleccionar el botón <<Control>> para
indicar al programa que envíe resultados en condiciones de control. Para hacer
los registros, simplemente hay que presionar el botón <<Iniciar registro>>.
Cada vez que se oprime éste, se genera una nueva simulación (ver figura 2).
Figura
1.
Simulación del registro extracelular con electrodo de succión. El esquema
izquierdo muestra la preparación vestibular del ajolote con el electrodo de
registro y el esquema derecho, la frecuencia de disparo. El intervalo
comprendido entre las dos líneas verticales corresponde a los registros que se
simularán.
Figura
2.
Simulación de la aplicación de ácido quiscuálico. En el módulo, en la parte
inferior, se encuentra una barra de deslizamiento horizontal.
Su desplazamiento hacia la
derecha aumenta la dosis a administrar. Una vez seleccionada la dosis, se
oprime el botón <<Aplicar>>.
En seguida se oprime el botón
<<Iniciar registro>> y se ejecuta la simulación.
Evaluación
del proceso
Nuestro estudio fue exploratorio,
descriptivo y no usó estadística inferencial. Seguimos una evaluación
semejante a la propuesta por Gaytán y Pásaro (2001), con algunas
modificaciones. Evaluamos dos niveles de conocimiento: el manejo del programa y
la comprensión de los conocimientos teóricos. Para el primer rubro, llevamos a
cabo una encuesta de usabilidad del programa y para el segundo, dos actividades
relacionadas: la escritura de los resultados de las simulaciones a manera de
artículo científico y un examen de conocimientos.
RESULTADOS
Ejemplos
de simulaciones
Con el programa dosis-respuesta
se simularon experimentos con el ácido quiscuálico (Q. A.) y con el ácido
kaínico (K. A.). La figura 2 muestra una simulación con el primer ácido; en
este caso se oprime el botón <<Q. A.>> y se presenta un módulo para
seleccionar la dosis a aplicar. En este ejemplo: 41.2 M. En el osciloscopio se registra la frecuencia de
disparo. En el recuadro de abajo se indica la frecuencia promedio: 409 Hz.
Para obtener la curva dosis-respuesta,
administramos concentraciones crecientes del fármaco. La figura 3 muestra la
respuesta registrada en cada dosis aplicada. Con el incremento de la dosis
aumenta la respuesta de una manera no lineal. Inicia un crecimiento rápido
hasta llegar a un máximo. El programa reproduce una respuesta diferente cada
vez que se inicia una nueva simulación.
Figura
3.
Ejemplos de administración de agonistas. Simulaciones que muestran la
frecuencia de disparo producidas al incrementar las dosis de ácido quiscuálico.
(A) Respuesta de 118.40 Hz a una concentración de 3.1 mM. (B) Respuesta de 212.17 Hz con una concentración de
10.1mM. (C) Respuesta de 353.34 Hz
con 20.2 mM. (D) Respuesta
de 449.18 Hz con 48.3 mM.
La curva dosis-respuesta se
construyó con varias simulaciones, en las cuales se registra la respuesta ante
el aumento de la concentración del fármaco. Es necesario presionar el botón
<<Q. A.>> cada vez que se quiera llevar a cabo una simulación. Para
cada concentración seleccionada se hicieron treinta registros. Se calcula la
media y desviación estándar de los datos. En consecuencia, los alumnos realizan
pruebas estadísticas de los datos generados por el simulador. La figura 4 presenta los
resultados.
Figura
4.
Curva-dosis respuesta del ácido quiscuálico. La dosis del fármaco
Resultados
de la evaluación del proceso
Se evaluaron dos niveles de
conocimiento: el manejo del programa y la comprensión de los conocimientos
teóricos (escritura de los resultados de las simulaciones a manera de un
artículo científico y un examen de conocimientos).
Usabilidad
del simulador
Se exploró qué tan fácil o
difícil resultó el uso del simulador. La figura 5 muestra los resultados: 69.2%
de los alumnos indicaron que fue fácil de usar; 23.1%, que fue regular; y 7.7%,
que fue difícil.
Figura
5.
Gráfica de usabilidad. Para la mayoría de
los alumnos fue fácil usar el
simulador.
Exploración
de actividades realizadas
Escritura de artículo
científico
En la parte final
del trabajo se realizó una intervención para analizar si el alumno alcanzó un
aprendizaje reflexivo que le posibilitara escribir su propio artículo
científico a partir de los datos recabados con el simulador. La intervención
combinó la revisión colaborativa entre pares y la del profesor.
La escritura se
realizó en dos etapas: escritura del primer borrador y su revisión por pares, y
escritura final del artículo con las correcciones. Los alumnos redactaron un
artículo siguiendo las instrucciones de autor proporcionadas. El 100% siguió de
manera adecuada el formato, apartados y reporte de la bibliografía. Ocho de los
alumnos (61.5%) describieron en el resumen y en la introducción la importancia
del trabajo realizado; 76.9% (diez) de los alumnos describieron implícitamente al
final de la introducción una hipótesis de trabajo; nueve de ellos comprobaron
su hipótesis con los resultados. Trece alumnos (100%) mostraron el efecto del
ácido kaínico y quiscuálico. El cálculo de la D50 fue reportado por diez
alumnos (76.9%). Todos ellos elaboraron
las gráficas de acuerdo con lo aprendido en las secciones correspondientes y
pudieron hacer búsquedas de bibliografía científica del tema; doce alumnos
encontraron bibliografía específica del efecto del ácido quiscuálico y kaínico
en el vestíbulo del ajolote (ver figura 6).
Figura
6.
Gráfica del desempeño de la escritura del artículo. Se muestran las capacidades
alcanzadas por los alumnos en los siguientes rubros analizados: 1. Seguir las
instrucciones de autor. 2. Describir explícitamente la importancia del trabajo.
3. Proponer implícitamente una hipótesis. 4. Demostrar la hipótesis mediante
sus resultados. 5. Reportar el efecto del ácido quiscuálico. 6. Reportar el
efecto del ácido kaínico. 7. Determinar la D50 para el ácido
quiscuálico. 8. Determinar la D50 para el ácido kaínico. 9. Realizar
adecuadamente las gráficas. 10. Reportar bibliografía relacionada con
receptores, agonistas y antagonistas del receptor a glutamato. 11. Reportar
bibliografía relacionada con la actividad de los agonistas utilizados en el
nervio vestibular del ajolote. La escala del 0 al 100 corresponde al
porcentaje.
De acuerdo con la taxonomía
de Bloom, los resultados muestran que las actividades: generar datos con el
simulador, experimentar con dosis crecientes de agonistas, graficar los
resultados (rubros 1 y 9), ubicadas en el nivel aplicar, y describir el efecto
de los agonistas, clasificar y reportar bibliografía especializada y específica
(rubros 5, 6, 10 y 11), en el nivel analizar, fueron logradas por 100-92.3% de
los alumnos. Los rubros 7 y 8, que también corresponden a analizar, los
alcanzaron 76.9%, y un nivel más alto como sintetizar (rubros 2, 3 y 4), de
76.9 a 61.5% de los alumnos.
Prueba
de conocimientos
Se exploró el aprendizaje
alcanzado por los estudiantes. Se formularon seis preguntas de selección
múltiple. La tabla 3 muestra las preguntas, las respuestas y el porcentaje de
alumnos que seleccionó cada respuesta.
Tabla
3. Prueba de conocimiento.
Preguntas |
Respuestas |
Alumnos (%) |
1. La administración del ácido quiscuálico muestra: |
(1) Que no tiene efecto. (2) Que disminuye la frecuencia de disparo. (3) Que se incrementa la frecuencia de disparo. |
0 7.7 92.3 |
2. La administración del ácido quiscuálico muestra: |
(1) Ambos ácidos son antagonistas. (2) Ambos ácidos no tienen efecto. (3)
Ambos ácidos son agonistas. |
0 0 100 |
3. De los resultados anteriores se corrobora la
hipótesis: |
(1) Los ácidos kaínico y quiscuálico no tienen
ningún efecto sobre el sistema vestibular. (2) Su efecto es sobre los receptores
beta-adrenérgicos. (3) La frecuencia de disparo en el sistema
vestibular está mediado por receptores glutamatérgicos. |
0 0 100 |
4. Qué diferencias observa en las respuestas que encontró
entre el ácido quiscuálico y el kaínico: |
(1) Ninguna diferencia. (2) El kaínico tiene mayor efecto que el quiscuálico. (3) El quiscuálico tiene mayor efecto que el kaínico. |
0 0 100 |
5. En una curva dosis-respuesta qué es la dosis
cincuenta (D50): |
(1) Es el valor mínimo de respuesta. (2) Es la dosis necesaria para alcanzar 50% del
efecto. (3) Es la frecuencia de disparo a 50%. |
0 92.3 7.7 |
6. Con los datos que genera el simulador: |
(1) No se puede hacer nada. (2) Resultan confusos. (3) Se puede comprobar una hipótesis. |
0 0 100 |
La
figura 7 resume los resultados. Cada vértice del hexágono corresponde
a una pregunta. Se sigue la
numeración de las preguntas de la tabla 3.
Figura
7.
Gráfica que muestra los resultados de la prueba de conocimientos. Los números
del 1 al 6 corresponden a las preguntas de la tabla 3. Los números del 0 al 100
son el porcentaje. La mayoría de los alumnos contestaron todas las preguntas
correctamente; 7.7% respondieron de manera incorrecta las preguntas 1 y 5.
DISCUSIÓN
Los equipos de laboratorio y
los reactivos que se emplean en los experimentos son muy costosos;
definitivamente, en nuestras condiciones son imposibles de realizar para la
enseñanza-aprendizaje. Debido a que el tema planteado en los experimentos
virtuales corresponde a una actividad propia de la formación disciplinaria,
tiene un significado para los alumnos. Se trata de efectuar un experimento
virtual guiado para que se logre la construcción de conocimiento
(López-Bonilla, 2003; Cronbach & Snow, 1977).
Comparar los resultados de
este trabajo con experimentos reales es imposible debido a los altos costos que
implica. Sin embargo, una experiencia semejante fue realizada en biología en la
Universidad de Sevilla (Gaytán y Pásaro, 2001). Estos autores llevaron a cabo un
estudio piloto del aprendizaje interactivo de la neurobiología. Para ello,
diseñaron una aplicación informática interactiva. Evaluaron dos niveles de
conocimiento: la comprensión de conceptos teóricos y la capacitación técnica,
que se refiere al manejo del programa (los aparatos de registro) y el análisis
de dicho registro. Los alumnos se evaluaron mediante tres actividades: un
trabajo de revisión, una sesión de discusión y una sesión de paneles. Los
autores indican que la mayor parte de los alumnos reconocieron haber mejorado
su comprensión de la fisiología neuronal.
Nuestro trabajo es
exploratorio; diseñamos y desarrollamos un programa de cómputo interactivo para
el registro extracelular multiunitario del nervio vestibular de ajolote. Estudiamos
los mismos niveles de conocimiento: comprensión de conceptos básicos, manejo
del programa y análisis de los datos. Para explorar estos rubros, los alumnos redactaron
un artículo científico e hicieron un examen de conocimientos. Nuestros
resultados concuerdan con los del trabajo de Gaytán y Pásaro (2001).
Existen varios estudios del
uso de simuladores en otras disciplinas. La tabla 4 resume los resultados de percepción sobre el
aprendizaje alcanzado con los simuladores en tres trabajos diferentes: instrumentos
virtuales, simulador de reacciones químicas y simulador de hemodinamia. En el
primero, 146 profesores emitieron su percepción sobre el aprendizaje de los
alumnos. En el segundo, 30 alumnos expresaron su percepción sobre el beneficio
en sus conocimientos, con una escala del 1 al 10. En el tercero, 90 alumnos
comunicaron su percepción sobre su beneficio clínico. En todos los casos, el
estudio fue descriptivo. Tanto los docentes como los estudiantes reconocieron
el beneficio del uso de los simuladores en el aprendizaje. Nuestro trabajo concuerda
con los resultados de estos autores.
Tabla
4. Resultados de percepción del aprendizaje.
Autores |
“n” |
Percepción de los profesores (%) Sobre el aprendizaje de los
alumnos |
|||||||||||||
Gorghiu, Gorghiu,
Dumitrescu, Olteanu, Bîzoi &Suduc,
2010 |
46 profesores |
||||||||||||||
Gran medida |
Buena medida |
Muy poco |
Nada |
||||||||||||
32 |
56 |
12 |
0 |
||||||||||||
Brocks,
2015 |
30 alumnos |
Percepción:
beneficio del conocimiento (%) (rango de
evaluación del 10 al 1) |
|||||||||||||
10 |
9 |
8 |
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
||||||
30 |
16.6 |
30 |
10 |
3.3 |
3.3 |
0 |
3.3 |
0 |
3.3 |
||||||
McCaughey & Traynor, 2010 |
90 alumnos |
Percepción: beneficio clínico (%) |
|||||||||||||
Útil |
Eficiente |
Atención integral |
|||||||||||||
96.8 |
82.8 |
81.7 |
|||||||||||||
|
Es de resaltar que el tema
científico tratado en el simulador se ubica en el octavo cuatrimestre de la
carrera y los alumnos que participaron en el proceso son de tercer
cuatrimestre. No obstante, 69.2% alcanzaron el nivel más alto de aprendizaje.
Esto sugiere una aceleración del aprendizaje que debe ser investigado en
trabajos futuros.
CONCLUSIONES
La simulación de los
experimentos de laboratorio permite a los alumnos situarse en una actividad
científica real, llevada a la computadora. Un experimento real de este tipo
tiene una duración de cinco a siete horas, y obtener una curva dosis-respuesta
requiere múltiples experimentos. Con el simulador, los tiempos disminuyen
considerablemente; un experimento se efectúa en minutos. Los simuladores
permiten implementar experimentos que, por sus altos costos, son imposibles de
realizar en la licenciatura.
En cursos a distancia, en los
que es necesaria la implementación de prácticas de laboratorio, los simuladores
son una buena alternativa. El simulador es una herramienta didáctica que
aprovecha el uso de las nuevas tecnologías, pero que no sustituye al profesor. Los
métodos que se usaron para evaluar el proceso son complementarios y permitieron
distinguir diferentes niveles de aprendizaje. Observamos que la parte técnica
(aplicar) fue lograda por todos los alumnos. Conforme se incrementa el nivel de
aprendizaje, la cantidad de alumnos que lo alcanza es menor (analizar, 92.3%; sintetizar,
76.9%; evaluar y crear, 69.2%). Existe un grupo de alumnos (7.7%) que no se
adaptó a este tipo de enseñanza-aprendizaje. Para cumplir los objetivos de alto
orden (analizar, sintetizar, evaluar y crear), fue necesario incrementar el
esfuerzo mental de los alumnos: pasando de las simples prácticas demostrativas
o expositivas tipo receta a una práctica de laboratorio del tipo de
investigación estructurada.
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Arturo Reyes Lazalde
Doctor en
Investigación Biomédica Básica. Profesor-investigador de la Escuela de Biología
de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, México.
Marleni Reyes Monreal
Maestra en Educación y maestra en Estética y Arte. Profesora-investigadora
de la licenciatura de Arte Digital de la Escuela de Artes Plásticas y
Audiovisuales y de la Dirección General de Innovación Educativa de la
Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, México.
María Eugenia Pérez Bonilla
Doctora en
Patología Experimental. Profesora-investigadora de la Escuela de Biología de la
Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, México.
Fecha
de recepción del artículo: 19/01/2016
Fecha
de aceptación para su publicación: 18/03/2016
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