paula andrea ducuara herreÑo - uniandes
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BANCO DE PRUEBAS PARA LA EXPERIMENTACIÓN DE MICROSISTEMAS CON
ESTUDIANTES DE GRADO SÉPTIMO Y OCTAVO DE EDUCACIÓN BÁSICA
VINCULANDO EL ENFOQUE STEM.
Presentado por:
PAULA ANDREA DUCUARA HERREÑO
Trabajo de maestría para optar el título de:
Magister en Ingeniería Electrónica y de Computadores
Director:
JOHANN FACCELO OSMA CRUZ, PhD.
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA.
BOGOTÁ D.C.
DICIEMBRE 2018
2
A todo aquel que con una palabra, consejo o acción, me alentó a llevar a cabo el desarrollo de
este proyecto.
AGRADECIMIENTOS
Consciente de que este proyecto no es únicamente producto del trabajo que he
desarrollado, creo que lo más sensato es comenzar estas líneas recordando a todos aquellos que
lo han hecho posible.
A mi familia y amigos que me han apoyado, a mi asesor Johann F. Osma por su apoyo
incondicional, el cual a través de sus enseñanzas, consejos y conocimientos ha contribuido en
el desarrollo de esta tesis, a los directivos de la institución educativa distrital por permitirme
realizar la implementación del proyecto y a las docentes de aula Norma Moreno y Sonia
González, por permitirme trabajar en conjunto con los estudiantes.
3
RESUMEN
El presente documento, recopila el diseño, implementación y resultados de un banco de pruebas
orientado a un trabajo experimental de microsistemas y biotecnología, con 75 estudiantes de
los grados séptimo y octavo de bachillerato de una Institución Educativa Distrital. A su vez,
muestra la metodología empleada, la cual vincula el contexto, las experiencias vividas en el
aula de clase, los estándares de educación, las competencias de ciencia, tecnología y
matemáticas (STEM) y las reflexiones tanto de estudiantes como maestros, para cada uno de
los grados. Igualmente se resalta la aplicación de una prueba piloto (pre-test) que brindó la
posibilidad de comparar los resultados con una prueba final (post-tets), posterior al trabajo en
aula para observar la apropiación de las temáticas abordadas. Los instrumentos y laboratorios
brindaron la posibilidad de relacionar elementos de la escuela, la comunidad y el trabajo. La
ejecución del proyecto tuvo una duración de seis meses, donde se pudo evidenciar el progreso
de habilidades lógico-matemáticas empleando el enfoque STEM y el uso del método científico.
Este estudio demostró, que abordar las temáticas de STEM de forma experimental facilita no
sólo la participación y motivación de los estudiantes, sino también brindó una gran oportunidad
de aprendizaje interdisciplinar, aunque el desarrollo de habilidades de comprensión y redacción
científica, requieren de más tiempo.
4
ABSTRACT
This document, compiles the design, implementation and results of a test bench oriented to an
experimental work of microsystems and biotechnology, with 75 students who belong to seventh
and eighth grades of the secondary of a district educational institution. At the same time, it
shows the methodology used, linking the context, the education standards and the competences
of science, technology and mathematics (STEM), for each grade. Therefore, a pilot test (pre-
test) was applied, which allowed to compare with a final test (post-test), after the classroom
work to observe the appropriation of the topics addressed. The instruments and laboratories
offered the possibility of relating elements of the school, the community and the work. The
execution of the project lasted six months, where it was possible to demonstrate the progress of
logical-mathematical skills using the STEM approach and the use of the scientific method. This
study showed that by addressing these issues through student experimentation, it facilitates not
only their participation and motivation, but also provides a great opportunity for
interdisciplinary learning, although the development of scientific comprehension and writing
skills, require more time.
5
CONTENIDO
pág.
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ......................................................................... 10
1.1 Objetivos......................................................................................................................... 12
1.1.1 Objetivo general ...................................................................................................... 12
1.1.2 Objetivos específicos ............................................................................................... 12
1.3 Alcances ......................................................................................................................... 12
2. REFERENTES CONCEPTUALES ................................................................................. 13
2.1 Antecedentes................................................................................................................... 13
2.2 Marco Conceptual .......................................................................................................... 14
2.2.1 ¿Qué es STEM? ....................................................................................................... 14
2.2.2 Importancia de la investigación ............................................................................... 17
2.2.3 Articulación con el contexto Educativo .................................................................. 18
3. METODOLOGÍA Y DESARROLLO ............................................................................. 19
Materiales y métodos ............................................................................................................ 20
3.1 Contexto y participantes ................................................................................................. 20
3.2 Competencias ................................................................................................................. 21
3.3 Ética del estudio ............................................................................................................. 24
3.4 Ruta Experimental .......................................................................................................... 24
3.4.1 Reconocimiento de estructuras micro y macroscópicas, empleando diferentes tipos
de microscopios ................................................................................................................ 27
3.4.2 Características de los Estados de la Materia y los fluidos ....................................... 27
6
3.4.3 Comparación de Procesos Biotecnológicos: Proceso artesanal e industrial.
(Elaboración del pan) ....................................................................................................... 28
3.4.4 Microfluídica ........................................................................................................... 28
3.4.5 Características fisicoquímicas de la materia y el suelo. .......................................... 28
3.4.6 Elaboración de papel ecológico. (A partir de fibras vegetales) ............................... 29
3.4.7 Fitotoxicidad a partir del crecimiento de una semilla de pasto. .............................. 29
3.5 Instrumentos de mediación ............................................................................................. 29
3.5.1 Observación no participante: ................................................................................... 29
3.5.2 Instrumentos de medición........................................................................................ 30
3.5.3 Pre-test / Post-test .................................................................................................... 30
3.5.4 Rúbricas de Laboratorios ......................................................................................... 31
3.5.5 Divulgación ............................................................................................................. 31
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ...................................................................................... 32
4.1. Ruta Experimental ......................................................................................................... 32
4.1.1 Reconocimiento de estructuras micro y macroscópicas, empleando diferentes tipos
de microscopios: ............................................................................................................... 32
4.1.2 Características de los Estados de la Materia y los fluidos ....................................... 35
4.1.3 Comparación de Procesos Biotecnológicos: Proceso artesanal e industrial.
(Elaboración del pan) ....................................................................................................... 35
4.1.4 Microfluídica ........................................................................................................... 36
4.1.5 Características fisicoquímicas de la materia y el suelo. .......................................... 37
4.1.6 Elaboración de papel ecológico. (A partir de fibras vegetales) ............................... 37
4.1.7 Fitotoxicidad a partir del crecimiento de una semilla de pasto. .............................. 38
4.2 Resultados de los laboratorios, por indicadores evaluados. ........................................... 38
7
4.2.1 Grado Séptimo. ........................................................................................................ 40
4.2.2 Grado Octavo........................................................................................................... 42
4.3 Resultados de medición .............................................................................................. 45
5. CONCLUSIONES ............................................................................................................ 48
6. TRABAJOS FUTUROS ................................................................................................... 49
7. BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................................. 49
ANEXO 1 Constancia de autorización ..................................................................................... 52
ANEXO 2 Explicación de informe de laboratorio ................................................................... 59
ANEXO 3 Ejemplo de Guía Docente y Estudiante .................................................................. 61
Módulo STEM ...................................................................................................................... 61
1. Reconocimiento de estructuras micro y macroscópicas, empleando diferentes tipos de
microscopios ............................................................................................................................. 61
8
LISTA DE TABLAS
pág.
Tabla 1 : Niveles de competencia en las que se distribuyeron los desempeños evaluados para
grado Séptimo. .......................................................................................................................... 22
Tabla 2: Niveles de competencia en las que se distribuyeron los desempeños evaluados para
grado Octavo. ........................................................................................................................... 23
Tabla 3 : Ruta experimental Grado Séptimo ........................................................................... 25
Tabla 4 : Ruta Experimental de Grado Octavo ....................................................................... 26
Tabla 5 : Rúbrica Holística: Estructuras micro y macroscópicas ............................................ 34
Tabla 6: Rúbrica Holística ...................................................................................................... 39
LISTA DE FIGURAS
pág.
Figura 1 Gráfico del modelo conceptual del enfoque STEM [15] 16
Figura 2 Importancia de la investigación dividido en 5 fases 17
Figura 3 Ruta metodológica 19
Figura 4 Caracterización de la población 20
Figura 5 Niveles de competencia según los ejes articuladores en ciencia, tecnología y
matemáticas 21
Figura 6 Resultados del laboratorio de estructuras micro y macroscópicas, según rúbrica: 33
Figura 7 Evidencias de la intervención características de los estados de la materia 35
Figura 8 Evidencias de la intervención Microsistemas 36
Figura 9 Evidencias de la intervención Papel ecológico 37
Figura 10 Evidencias de la intervención Fitotoxicidad 38
Figura 11 Resultados obtenidos, a partir de la rúbrica de informes de laboratorio por contraste
de indicadores grado séptimo 43 participantes: 41
9
Figura 12 Grafica promedio (Grado Séptimo)- Lab2, Lab3 y Lab 4 (28 estudiantes recurrentes)
con barra de error porcentaje del 5%. 42
Figura 13 Resultados obtenidos, a partir de la rúbrica de informes de laboratorio por contraste
de indicadores grado octavo 44
Figura 14 Grafica promedio (Grado Octavo)- Lab2, Lab3 y Lab 4 (26 estudiantes recurrentes)
con barra de error porcentaje del 5%. 45
Figura 15 Resultados obtenidos, a partir del Pre-tets y Post-test en Tecnología, Matemáticas y
Ciencias Naturales. 46
Figura 16 práctica extra orientada al diseño en ingeniería 47
10
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
La matemática y la ciencia son, sin duda, áreas de conocimiento que están estrechamente
relacionadas, las cuales han buscado explicar los fenómenos que podemos ver o imaginar en
nuestro alrededor. Por lo anterior es que, incentivarlas desde las etapas iniciales favorece al
sujeto a fomentar el espíritu científico y el desarrollo de un pensamiento crítico y reflexivo. No
obstante, al no familiarizarse con estos saberes, se le dificulta desarrollar el pensamiento lógico,
la resolución de problemas, el modelamiento de procesos y fenómenos de la realidad. [1]
En el informe publicado por la Organización para la Cooperación y el Desarrollo
Económico (OCDE) con relación a las pruebas PISA 2015, Colombia se encuentra entre los
diez países con bajo rendimiento en matemáticas, ciencias y lectura[2]. En este sentido los
autores Karsli y Ayas [3] reconocen como falencias para estas áreas, el uso de métodos
tradicionales en el aula, la falta de maestros capaces de desarrollar nuevas dinámicas de
enseñanza y la vinculación de los aprendizajes con el contexto de los estudiantes.
Desde esta perspectiva, se plantea el uso de alternativas en la práctica docente que, a partir
de la solución de problemas [4], permitan la experimentación y la ejemplificación de conceptos
trabajados en el aula y que pueden integrar nuevos campos de conocimiento, como son los
microsistemas o la biotecnología. Dado que, estos son una rama multidisciplinar presente en
varios campos, como es el caso de la microfluídica que se encarga del estudio y la manipulación
de los fluidos que se encuentran entre los nanolitros y attolitro (10-9 y 10-18 litros)[5] o el análisis
de microorganismos y nanocompuestos.
Actualmente, se encuentran investigaciones que involucran los microsistemas y la
microfluídica en la enseñanza de temáticas en instituciones educativas, presentando buenos
resultados en su ejecución. Un ejemplo de ello, es la investigación desarrollada por el
departamento de bioingeniería de la Universidad de Stanford la cual se centra en un kit de
11
ensamblaje microfluídico elaborado con varios módulos de acrílico, con el fin de enseñar
conceptos de mezcla de líquidos, y temáticas orientadas al proceso de fotosíntesis, (
“Microfluidic assembly kit based on laser-cut building blocks for education and fast
prototyping” ) [6]. De igual forma, en un trabajo de investigación de la Universidad de
Columbia Británica en Canadá se enfocó en explicar la importancia de estas nuevas tecnologías
empleando canales microfluídicos elaborados con base en gelatina para enseñar escalas, flujos
laminares sin el uso de un microscopio, presiones, fundamentos de detección de ph,
comportamientos físicos, entre otros más temáticas. (“Using Inexpensive Jell-O Chips for
Hands-On Microfluidics Education”)[7]. Cabe mencionar que este tipo de tecnologías se están
orientando a instituciones educativas de educación básica y media, con el objetivo de involucrar
no solo temáticas, de biología celular, materiales, química, física, mecánica de fluidos y
disciplinas de ingeniería, sino también brinda una gran oportunidad de aprendizaje
interdisciplinar en ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas (STEM).
Con lo anteriormente descrito, es importante reconocer la enseñanza basada en la
experimentación presente en el enfoque STEM (Ciencia, tecnología, Ingeniería y
Matemáticas),la cual permite que los estudiantes adquieran habilidades de: comprensión (al
momento de leer y comprender el trabajo), planificación (la limitación temporal), pensamiento
crítico (debe emplear razonamiento deductivo, pensamiento practico), investigación (la
capacidad de interpretar los datos y validar una hipótesis), conocimiento de las estadísticas y
redacción técnica. Lo anterior, facilita que ellos vinculen los conocimientos aprendidos y
puedan ser atraídos a los campos de la ciencia y la ingeniería.[8]
Con el planteamiento anterior se presenta un banco de pruebas que permita trabajar la
experimentación con microsistemas en estudiantes de básica secundaria (específicamente en
los grados Séptimo-octavo) vinculando el enfoque STEM, por medio de diseños sencillos y
métodos de creación de prototipos de fácil acceso, sin la necesidad de herramientas o
conocimientos especializados, a través del diseño de talleres para cada experimento propuesto,
12
teniendo en cuenta los estándares básicos del Ministerio de Educación Nacional [9] en las
competencias de ciencias naturales, matemáticas y tecnología, debido a que en estos grados el
estudiante formula preguntas a partir de la observación, realiza mediciones, emplea las
matemáticas como una herramienta para organizar, analizar y presentar datos, lo cual facilita
que pueda relacionar la interdisciplinaridad de los experimentos y pueda ejemplificar los
contenidos vistos en clase.
1.1 Objetivos
1.1.1 Objetivo general
• Desarrollar un banco de pruebas que permita trabajar la experimentación con
microsistemas, dentro de instituciones educativas vinculando el enfoque STEM en
grados séptimo y octavo de educación básica.
1.1.2 Objetivos específicos
1. Identificar a través de una prueba inicial el nivel de competencias de ciencias, tecnología
y matemáticas en la población intervenida.
2. Diseño de una serie de talleres que permiten una aproximación a las temáticas de
microsistemas y biotecnología, teniendo en cuenta el contexto de la intervención y el
plan de estudios de la institución.
3. Implementar un pilotaje del Banco de pruebas en la institución Educativa.
4. Evaluar los resultados del banco de pruebas de experimentación con microsistemas, a
través de una prueba final (Post-test).
1.3 Alcances
Al finalizar este proyecto se contará con una propuesta metodológica que permita realizar
una aproximación a conceptos orientados a microsistemas y biotecnología, para trabajar en
grados séptimo y octavo de una Institución Educativa Distrital vinculando el enfoque STEM
(ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas). En el cual, por medio de informes de laboratorio
desarrollados por los estudiantes permita observar la apropiación de las temáticas trabajadas en
el aula de clase.
13
2. REFERENTES CONCEPTUALES
2.1 Antecedentes
Es importante resaltar los diferentes trabajos que se han elaborado en relación con los
microsistemas relacionados en el contexto educativo y cómo estos han tenido una gran acogida
en la explicación de temáticas relacionadas con ciencia, tecnología, matemáticas e ingeniería,
para ello se presentan los siguientes referentes:
• Electrolysis of Water in the Secondary School Science Laboratory with Inexpensive
Microfluidics: [10] En este artículo del año 2015, se explica cómo mediante el uso de
un sistema microfluídico de bajo costo, fabricado con un polímero como el PDMS y
moldes de gelatina, se puede realizar la demostración de la electrolisis del agua. Este
es un experimento químico estándar, el cual permite reforzar algunos conceptos de
estequiometria y asimismo permite mejorar el aprendizaje de estudiantes de secundaria
de grado octavo cuando se combina este tipo de tecnologías.
• Education: A modular approach to microfluidics in the teaching laboratory: [8] Este
documento del año 2011, muestra los resultados obtenidos al aplicar un laboratorio
modular de enseñanza de microfluidos en la educación de ciencia, tecnología, ingeniería
y matemáticas para estudiantes de todas las edades. De igual forma, permite al usuario
final adaptar el laboratorio a los objetivos del curso y a su vez tener un primer
acercamiento al mundo microscópico a un costo razonable. El autor, resalta que una de
las fortalezas del laboratorio de microfluidos es que la técnica permite a los estudiantes
inducir y observar fenómenos que son difíciles de crear en escala macroscópica.
• Microfluidic assembly kit based on laser-cut building blocks for education and fast
prototyping:[6] Esta investigación del año 2015, presenta un método de prototipado
rápido para ensamblar módulos de microfluídica a bajo costo empleando moldes de
acrílico y cinta doble faz. Este Kit, está dirigido a niños de 12 a 14 años, y en su
aplicación se obtuvieron buenos resultados al emplearlos en el aula.
14
• Using Inexpensive Jell-O Chips for Hands-On Microfluidics Education:[7] (2010) Hace
referencia a la enseñanza practica de las ciencias como un método para que los
estudiantes tengan un primer acercamiento al proceso investigativo, involucrando el
uso de la tecnología en la vida cotidiana. De igual forma, los autores explican como por
medio de módulos microfluídicos elaborados con gelatina, se puede lograr un primer
acercamiento a tecnologías innovadoras y a conceptos como flujos laminares y
turbulentos sin el uso de un microscopio.
• Measurement of the impact of the application of the scientific method on experiments
of material sciences: [11] (2017) Esta investigación de la Universidad de los Andes en
conjunto con la Universidad Minuto de Dios, muestra los resultados de implementación
de un método científico orientado a jóvenes investigadores del municipio de Soacha
Colombia, con el objetivo de realizar un primer acercamiento a temáticas orientadas a
bio y nano tecnología, con materiales de fácil acceso, el proceso metodológico está
centrado en realizar una prueba inicial y una final que dé cuenta de la apropiación de
los estudiantes en temáticas orientadas a ciencia, tecnología, matemáticas y lenguaje.
2.2 Marco Conceptual
2.2.1 ¿Qué es STEM?
Unas de las principales dificultades en la educación en ciencias como la biología, la
química, la física, la matemáticas y la tecnología, radican en el uso de métodos de enseñanza
tradicionales en el aula, la falta de maestros capaces de desarrollar nuevas dinámicas de
enseñanza y la vinculación de los aprendizajes con el contexto de los estudiantes [3].
En consecuencia, en estos últimos años ha venido tomando fuerza el termino STEM
(ciencia, tecnología, matemáticas e ingeniería ) dentro de las investigaciones orientadas en
educación, debido a que este permite ser integrado y ofrece oportunidades de “experiencias
15
más relevantes, menos fragmentadas y más estimulantes para los estudiantes”[12]. No obstante,
no hay un enfoque único de integración de STEM [13], ya que hay varias formas en integración
de esté en la educación, encontrando a Sanders (2009) quien considera que la integración de
STEM este orientada en trabajar las ciencias o las matemáticas como resultado de una clase de
tecnología[14]. A su vez, Kelley y Knowles (2016) busca que la integración en STEM se base
en la alfabetización tecnológica y digital en conjunto con el pensamiento matemático[15]. En
contra parte Stohlmann, Moore & Cramer (2013) afirman que esta integración debe centrarse
en matemáticas o ciencias como principales objetivos[16]. Otro punto de vista, es el de Pinnell
et al. (2013) el cual busca que la integración este dada por los conocimientos y habilidades en
ciencia, tecnología y matemáticas empleado un proceso de diseño en ingeniería[17]. Si bien,
se presentan diferentes miradas entre los anteriores autores la gran mayoría de ellos reconocen
y aplican el aprendizaje basado en problemas, la investigación científica, el diseño experimental
y el trabajo cooperativo.
Con lo anterior, los autores Nataly Z. Chesky & Mark R. Wolfmeyer (2015) resaltan que la
educación en STEM busca que los estudiantes sean competentes para trabajar en un mercado
global y que sean competitivos; especifica que el acrónimo STEM se remonta a 1990 por la
fundación nacional de ciencias de los Estados Unidos (NSF) la cual busca preparar a los
estudiantes de manera cercana a las ciencias, matemáticas e ingeniería; resaltando también
algunas características de este tipo de educación a finales de la segunda guerra mundial y la
guerra fría[18].
Desde esta perspectiva, se puede reconocer la importancia de STEM para la formación no
solo de científicos competentes sino también de estudiantes integrales, que cuenten con la
capacidad de solucionar problemáticas de su contexto empleando las ciencias, las matemáticas
y la tecnología relacionadas con la ingeniería.
A continuación, se describe un modelo conceptual del Enfoque STEM
16
Figura 1 Gráfico del modelo conceptual del enfoque STEM [15]
La figura 1. Muestra el modelo conceptual propuesto para la educación en STEM, en el
cual se observa un sistema de poleas el cual permite levantar la carga, en este caso el “Enfoque
en STEM”. Este tipo de sistema permite generar una ventaja mecánica que facilita el
levantamiento de la carga conectando el diseño de ingeniería, la investigación científica, la
alfabetización tecnológica y el pensamiento matemático como un sistema integrado. Teniendo
en cuenta esta analogía, cada una de las poleas se comporta como practicas comunes dentro de
17
la ciencia, la tecnología, la matemática y la ingeniería, que a su vez están vinculadas a la
comunidad (estudiantes y maestros). Es una relación compleja que deberá trabajar en armonía
para asegurar la integridad de todo el sistema.
2.2.2 Importancia de la investigación
Es importante reconocer que el desarrollo profesional de los maestros es un proceso
continuo en el cual se busca transformar algunas concepciones o prácticas en torno a la
educación, las metodologías, las didácticas y el proceso evaluativo, con el fin de encontrar
nuevos caminos que faciliten satisfacer necesidades e intereses en sus propios contextos, es por
ello que al hablar del enfoque STEM basado en la investigación empleando el uso de tecnología
permite promover la participación activa de los estudiantes y el descubrimiento autorregulado
del conocimiento [19] , por lo cual el estudiante participa en las siguientes 5 fases:
Figura 2 Importancia de la investigación dividido en 5 fases
18
2.2.3 Articulación con el contexto Educativo
Al hacer referencia al enfoque STEM, se busca realizar una articulación de las áreas de
ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas al contexto educativo, y a su vez, se sugiere incluir
los resultados obtenidos del aprendizaje. Al mismo tiempo, al emplear un enfoque instruccional
se realiza un primer acercamiento al diseño ingenieril, se investiga y se obtienen experiencias
significativas. [20] Donde se puede resaltar cinco características principales que se deben tener
en cuanta al realizar una articulación efectiva con el enfoque STEM. Lo primero, es tener
presente el contexto ya que dentro del currículo debe de ser motivador, significativo y atractivo
para los estudiantes. En segundo lugar, debe tener unos objetivos de aprendizaje claros para
cada una de las actividades planeadas. La tercera, las pedagogías centradas en el estudiante
deben usarse en las actividades, incluido al docente como facilitador y el aprendizaje
cooperativo. En cuarto lugar, se debe permitir a los estudiantes adquirir más conocimientos de
tecnología mediante el uso o el diseño de este, o mediante la comprensión de como se ha
desarrollado la tecnología a lo largo del tiempo. Finalmente, la actividad debe hacer que los
estudiantes participen en el proceso de diseño de ingeniería que les permita desarrollar el trabajo
en equipo y las habilidades de comunicación. [16]
19
3. METODOLOGÍA Y DESARROLLO
En este apartado se explica la ruta metodológica empleada para el desarrollo del proyecto
haciendo uso de cuatro fases, que incorporaron contexto particular de la institución, desde su
plan de área y su plan de asignatura, para incentivar el desarrollo de aptitudes hacías áreas de
STEM. A su vez también presenta los diferentes materiales y el desarrollo e implementación
del trabajo de aula en la institución.
A continuación, se va a explicar la ruta metodológica que se construyó en conjunto con las
docentes de aula y las experiencias de los estudiantes en relación a las temáticas que estaban
trabajando en el segundo semestre del año 2018.
• Se realizó una investigación de campo, empleando instrumentos de recolección
de datos con el objetivo de observar los conocimientos previos de los estudiantes antes
de aplicar los laboratorios y los insumos necesarios para el desarrollo de estos.
• Elaboración y planeación de la ruta experimental (los laboratorios diseñados
para cada grado, teniendo en cuenta los estándares básicos de educación y las temáticas
propuestas por parte de la institución)
• Paralelo a la segunda fase, se realizaron pruebas que permitieron el desarrollo
de prototipos de bajo costo para el diseño de los microsistemas.
• Diseño y aplicación de la prueba piloto (pre-test/ post-test), que permitió
observar el funcionamiento del banco de pruebas de experimentación, teniendo en
cuenta a los cursos a los que iba dirigido.
Figura 3 Ruta metodológica
20
Materiales y métodos
3.1 Contexto y participantes
Los instrumentos diseñados para la recolección de la información se llevaron a cabo en la
clase de ciencias naturales y biotecnología de grado séptimo y Octavo, como unidad de muestra
para incentivar el desarrollo de aptitudes hacia las ciencias, la tecnología y las matemáticas,
como capacidades en los profesores y estudiantes para implementar talleres construidos y
consolidados en y para el contexto particular del establecimiento educativo, desde la lectura de
su estructura institucional, su plan de área, su plan de asignatura y su puesta en escena desde el
aula con los profesores que de forma voluntaria abrieron las puertas para emprender este
proceso.
La institución educativa, en el cual se implementó el proyecto en la jornada de la mañana
es de carácter distrital ubicado en la localidad cuarta de San Cristóbal, en la jornada de la
mañana, atendiendo los estratos socioeconómicos 1, 2, y 3. A su vez, cuenta con un énfasis en
biotecnología el cual se aborda de forma transversal en todos los ciclos de formación. Para esta
investigación, se seleccionó una muestra poblacional de 75 estudiantes (de 116 matriculados en
la institución para estos grados en dicha jornada), los cuales se dividen en: 43 estudiantes de
grado séptimo y 32 de grado octavo, con edades entre los 11 y los 16 años, además de las
características descritas en la Fig. [2] como son la distribución por estratos sociales y el acceso
a internet fuera de la institución educativa.
Figura 4 Caracterización de la población
a) Distribución de la población por grados b) Estratos socioeconómicos c) estudiantes que pueden acceder a internet desde sus casas.
21
3.2 Competencias
Se entiende como competencia, el desarrollo de una tarea concreta asociada a un campo de
saber [21, p. 11] como el lenguaje, las matemáticas y las ciencias, y es posible expresarla a
nivel educativo, haciendo uso de unos desempeños formulados en el plan de estudios.
Desde esta perspectiva, es conveniente reconocer el contexto de la institución, a través de
la malla curricular en las áreas de ciencias naturales, biotecnología y matemáticas, además de
realizar un contraste con los estándares básicos de educación del Ministerio de Educación
Nacional (MEN) y la guía 30 [9], [22], y definir los desempeños a abordar.
En consecuencia, Bogoya [21] define los niveles de competencia en:
• Reconocer a través de la exploración y apropiación básica del conocimiento
• Interpretar los conceptos ya apropiados y llevarlos al contexto inmediato
• Producir insumos (informes, esquemas, gráficos o tablas) donde se evidencia la
apropiación y la interpretación de los conceptos por medio de los estudiantes.
Según los niveles anteriormente mencionados la Fig. [5] presenta una relación con los ejes
articuladores en ciencia, tecnología y matemáticas. A su vez, en las Tablas [1][2] se establecen
los niveles de competencias y desempeños abordados en la prueba piloto, ruta experimental y
la prueba final para cada grado.
Figura 5 Niveles de competencia según los ejes articuladores en ciencia, tecnología y matemáticas
22
Tabla 1 : Niveles de competencia en las que se distribuyeron los desempeños evaluados para grado Séptimo.
Nivel de competencia Área / Ejes Articuladores Desempeño
Reconocer
Ciencias
Ciencia tecnología y sociedad Entorno físico Matemáticas Pensamiento variacional y sistemas algebraicos y analíticos Aleatorio
Identifica aplicaciones de diversos métodos de separación de mezclas en procesos industriales
Observa y relaciona patrones en los datos para evaluar las predicciones.
Describe y representa situaciones de variación relacionando diferentes representaciones (diagramas, expresiones verbales generalizadas y tablas)
Reconoce relaciones entre diferentes representaciones de un conjunto de datos y analizar la pertinencia de la representación.
Interpretar
Ciencias
Entorno Vivo
Aproximación al conocimiento científico natural
Matemáticas
Pensamiento variacional y sistemas algebraicos y analíticos
Tecnología
Solución de problemas con
tecnología
Comprende que a partir de la investigación científica se construyen explicaciones sobre el mundo natural
Formula preguntas específicas sobre una observación o experiencia y escojo una para indagar y encontrar posibles respuestas.
Resuelve y formula problemas sencillos de proporcionalidad directa e inversa.
Interpreta gráficos, bocetos y planos en diferentes actividades.
Proponer
Ciencias Aproximación al conocimiento científico natural Entorno vivo
Matemáticas
Pensamiento Numérico y sistemas numéricos
Tecnología
Apropiación y uso de la tecnología.
Utiliza las matemáticas como una herramienta para organizar, analizar y presentar datos. Utiliza algunas habilidades de pensamiento y de procedimiento para evaluar predicciones. Resuelve y formula problemas que involucren relaciones y propiedades de semejanza y congruencia usando representaciones visuales Propone estrategias para soluciones tecnológicas a problemas, en diferentes contextos
23
Tabla 2: Niveles de competencia en las que se distribuyeron los desempeños evaluados para grado Octavo.
Nivel de competencia Área / Ejes Articuladores Desempeño
Reconocer
Ciencias
Ciencia tecnología y sociedad Entorno físico Matemáticas Pensamiento variacional y sistemas algebraicos y analíticos
Identifica aplicaciones de diversos métodos de separación de mezclas en procesos industriales Relaciona propiedades físicas y separación de materiales
Describe y representa situaciones de variación relacionando diferentes representaciones (diagramas, expresiones verbales generalizadas y tablas)
Interpretar
Ciencias
Entorno Vivo
Aproximación al conocimiento científico natural
Matemáticas
Pensamiento variacional y sistemas algebraicos y analíticos
Tecnología
Solución de problemas con tecnología
Comprende que existe una gran diversidad de materiales que se pueden diferenciar a partir de sus propiedades.
Formula preguntas específicas sobre una observación o experiencia y escojo una para indagar y encontrar posibles respuestas.
Da significado a la información numérica y traducir a diferentes representaciones.
Interpreta gráficos, bocetos y planos en diferentes actividades.
Proponer
Ciencias Aproximación al conocimiento científico natural Entorno vivo
Matemáticas
Pensamiento Numérico y sistemas numéricos
Tecnología
Apropiación y uso de la tecnología.
Utiliza las matemáticas como una herramienta para organizar, analizar y presentar datos. Utiliza algunas habilidades de pensamiento y de procedimiento para evaluar predicciones. Resuelve y formulo problemas que involucren relaciones y propiedades de semejanza y congruencia usando representaciones visuales Justifica la elección de métodos e instrumentos de cálculo en la resolución de problemas. Propone estrategias para soluciones tecnológicas a problemas, en diferentes contextos
24
3.3 Ética del estudio
A la hora de realizar este proyecto, se tuvo presente aspectos éticos relacionados con la
información de los participantes, el consentimiento informado por parte de los padres de familia
y de la institución educativa, con el objetivo de cuidar la ética del estudio, a continuación, se
describen en detalle:
• Consentimiento informado: En el desarrollo de la intervención se les informo a
los padres de familia sobre el proceso de investigación que se ha abordado con los
estudiantes y su propósito el cual es estrictamente académico, por lo cual se les solicitó
por escrito un consentimiento informado para tomar un registro fotográfico y
audiovisual del proceso. (Ver ejemplo formato de consentimiento informado Anexo 1-
b).
• Autorización por parte de la institución educativa: Antes de realizar el proceso
de investigación dentro de la institución educativa, se presentó la propuesta a las
directivas del colegio y a los docentes del área de ciencias naturales y biotecnología,
con el objetivo de contar con la autorización, el plan de estudios y el plan de aula, para
diseñar los instrumentos y coordinar las fechas de intervención para cada uno de los
cursos. (Ver Formato carta de autorización Anexo 1 – a).
3.4 Ruta Experimental
Se diseñaron siete laboratorios, estructurados a partir del contexto de los estudiantes y las
temáticas abordadas en las clases de ciencias naturales y biotecnología de la institución. Con el
objetivo de tener una integración curricular y acercamiento a la temática de microsistemas y
biotecnología, donde se muestre un proceso de indagación, conceptualización,
experimentación, recolección, análisis y discusión de los resultados obtenidos. Es así que las
Tablas [3] [4] resumen la ruta experimental de cada laboratorio.
25
Tabla 3 : Ruta experimental Grado Séptimo
Características del
experimento
Ruta Experimental 1 (Lab1) Ruta Experimental 2 (Lab2) Ruta Experimental 3 (Lab3) Ruta Experimental 4 (Lab4)
Estructuras micro y macroscópicas Estados de la Materia y características de
los fluidos
Procesos Biotecnológicos: Proceso
artesanal e industrial. (Elaboración del
pan)
Microfluídica
Propósito
Realizar un primer acercamiento de forma
experimental, a los conceptos de micro y
macro escala, por medio de la percepción de
los estudiantes con y sin el uso del
microscopio, incentivando con esto su
curiosidad.
Describir los estados de la materia y las
características de los fluidos, empleando
diversos instrumentos de medida, según su
función, fenómeno y variable a medir.
Reconocer diferencias del proceso
biotecnológico, a nivel artesanal e
industrial, describiendo su producción y
comercialización.
Conocer las propiedades físicas abordadas en los sistemas
microfluídicos y los procesos biotecnológicos que se pueden
trabajar a partir de estos. Reconocer diferentes técnicas de fabricación de sistemas
microfluídicos a bajo costo, identificando o enunciando sus
características y diferencias.
N° Sesiones 2 – (4 horas) 2 – (4 horas) 4 – (8 horas) 4 - (8 horas)
Instrumentos
Empleados
Microscopios: papel, USB, binocular.
Rejilla de calibración, reglas.
Gramera, Termómetro, Probeta, Vaso
precipitado, Cronometro.
Gramera, Balanza, Probeta, Vaso
precipitado, Reloj.
Jeringa, Vaso precipitado.
Variables de entrada
Muestras a observar.
Muestra de fluidos: Agua, aceites,
ferrofluidos.
Ingredientes Fluidos
Variables de salida
Caracterización de las muestras según los
elementos observados.
Características de los Fluidos
Descripción y comparación, del proceso
de producción
Características de los microfluidos
Variables medidas
Color
Tamaño
Forma
Viscosidad
Masa
Temperatura
Volumen
Velocidad
Tiempo de elaboración.
Masa
Volumen.
Flujo laminar
Viscosidad
Presión
Algunas competencias
a desarrollar
Utiliza apropiadamente instrumentos para
medir diferentes magnitudes físicas
Hace uso adecuado del microscopio,
reconociendo sus partes y describiendo
posibles usos y diferencias entre su
clasificación.
Utiliza las matemáticas como una
herramienta para organizar, analizar y
presentar datos.
Describe los fenómenos observados
empleando de forma adecuada gráficos y
tablas.
Realiza adecuadamente el seguimiento de
instrucciones presentadas de forma escrita.
Utiliza apropiadamente instrumentos para
medir diferentes magnitudes físicas
Formula preguntas específicas sobre una
observación o experiencia y escojo una
para indagar y encontrar posibles
respuestas.
Emplea los recursos tecnológicos para
indagar y buscar información relacionada
con la temática
Utiliza algunas habilidades de
pensamiento y de procedimiento para
evaluar predicciones.
Identifica aplicaciones de diversos
métodos de separación de mezclas.
Utiliza apropiadamente instrumentos para
medir diferentes magnitudes físicas
Emplea los recursos tecnológicos para
indagar y buscar información relacionada
con la temática
Resuelva y formula problemas sencillos de
proporcionalidad directa e inversa.
Describe los fenómenos observados
empleando de forma adecuada gráficos y
tablas
Propone estrategias para soluciones
tecnológicas a problemas, en diferentes
contextos
Utiliza apropiadamente instrumentos para medir diferentes
magnitudes físicas.
Formula preguntas específicas sobre una observación o
experiencia y escojo una para indagar y encontrar posibles
respuestas.
Emplea los recursos tecnológicos para indagar y buscar
información relacionada con la temática
Identifica aplicaciones de diversos métodos de separación
de mezclas.
Propone estrategias para soluciones tecnológicas a
problemas, en diferentes contextos
26
Tabla 4 : Ruta Experimental de Grado Octavo
Características del
experimento
Ruta Experimental 1 (Lab1) Ruta Experimental 2 (Lab2) Ruta Experimental 3 (Lab3) Ruta Experimental 4 (Lab4) Ruta Experimental 5 (Lab5)
Estructuras micro y macroscópicas Características fisicoquímicas de la
materia y el suelo.
Elaboración de papel
ecológico. (A partir de fibras
vegetales)
Microfluídica Fitotoxicidad a partir del
crecimiento de una semilla de pasto.
Propósito
Realizar un primer acercamiento de forma
experimental, a los conceptos de micro y
macro escala, por medio de la percepción
de los estudiantes con y sin el uso del
microscopio, incentivando con esto su
curiosidad.
Identificar las características que posee el
compostaje escolar elaborado previamente,
por medio de algunas propiedades
fisicoquímicas.
Reconocer el proceso
biotecnológico, que se aborda
en la fabricación de papel
ecológico a partir de los
residuos del plátano.
Conocer las propiedades físicas
abordadas en los sistemas
microfluídicos y los procesos
biotecnológicos que se pueden
trabajar a partir de estos. Reconocer diferentes técnicas de
fabricación de sistemas
microfluídicos a bajo costo,
identificando o enunciando sus
características y diferencias.
Observar el crecimiento de una
semilla de pasto de clima frio en un
entorno controlado, y reconocer la
toxicidad que puede afectar su
crecimiento. A partir de una semilla
control y otra con alteraciones.
N° Sesiones 2 – (4 horas) 4 – (8 horas) 5-(10 horas) 4 - (8 horas) 4 – (8 horas)
Instrumentos
Empleados
Microscopios: papel, USB, binocular.
Rejilla de calibración, reglas.
Gramera, Probeta, Vaso precipitado,
Erlenmeyer.
Gramera, microscopio, regla,
licuadora, Reloj.
Jeringa, Vaso precipitado. Regla, microscopio, Jeringa.
Variables de
entrada
Muestras a observar. Compostaje Vástago del plátano Fluidos Semilla de pasto frio
Variables de salida
Caracterización de las muestras según los
elementos observados.
Propiedades y características del suelo
(compostaje)
Hoja de papel Características de los Fluidos Descripción de que factores
externos, Intervienen en el
crecimiento de una semilla.
Variable medida
Color
Tamaño
Forma
Características físicas: permeabilidad,
porosidad, textura, pH
Características químicas: carbonatos,
sulfatos, nitratos y materia orgánica.
Tamaño de la fibra
Flujo laminar
Viscosidad
Presión
Tamaño de la raíz
Color
Algunas
competencias a
desarrollar
Utiliza apropiadamente instrumentos para
medir diferentes magnitudes físicas
Hace uso adecuado del microscopio,
reconociendo sus partes y describiendo
posibles usos y diferencias entre su
clasificación.
Utiliza las matemáticas como una
herramienta para organizar, analizar y
presentar datos.
Describe los fenómenos observados
empleando de forma adecuada gráficos y
tablas.
Realiza adecuadamente el seguimiento de
instrucciones presentadas de forma escrita.
Utiliza apropiadamente instrumentos para
medir diferentes magnitudes físicas.
Formula preguntas específicas sobre una
observación o experiencia y escojo una
para indagar y encontrar posibles
respuestas.
Emplea los recursos tecnológicos para
indagar y buscar información relacionada
con la temática
Identifica y relaciona propiedades físicas y
separación de materiales.
Comprende que existe una gran diversidad
de materiales que se pueden diferenciar a
partir de sus propiedades.
Utiliza apropiadamente
instrumentos para medir
diferentes magnitudes físicas.
Hace uso adecuado del
microscopio.
Emplea los recursos
tecnológicos para indagar y
buscar información relacionada
con la temática
Realiza adecuadamente el
seguimiento de instrucciones
presentadas de forma escrita
Propone estrategias para
soluciones tecnológicas a
problemas, en diferentes
contextos
Utiliza apropiadamente
instrumentos para medir diferentes
magnitudes físicas.
Formula preguntas específicas sobre
una observación o experiencia y
escojo una para indagar y encontrar
posibles respuestas.
Emplea los recursos tecnológicos
para indagar y buscar información
relacionada con la temática
Identifica aplicaciones de diversos
métodos de separación de mezclas.
Propone estrategias para soluciones
tecnológicas a problemas, en
diferentes contextos.
Utiliza apropiadamente
instrumentos para medir diferentes
magnitudes físicas
Describe y representa situaciones de
variación relacionando diferentes
representaciones (diagramas,
expresiones verbales generalizadas
y tablas).
Formula preguntas específicas sobre
una observación o experiencia y
escojo una para indagar y encontrar
posibles respuestas.
Emplea los recursos tecnológicos
para indagar y buscar información
relacionada con la temática
27
A continuación, se presenta una corta descripción de cada uno de los laboratorios.
3.4.1 Reconocimiento de estructuras micro y macroscópicas, empleando diferentes tipos
de microscopios
Este laboratorio, marca el punto de partida debido a que, se buscó realizar un primer
acercamiento de forma experimental a los conceptos de micro y macro escala, por medio de la
percepción de los estudiantes con y sin el uso del microscopio, incentivando con esto su
curiosidad y sentando un precedente en el uso de instrumentos que posteriormente fueron
necesarios en otros experimentos. Este laboratorio fue común para ambos grados. Además,
contó con una intensidad horaria de 4 horas, en que los estudiantes hicieron uso de tres
diferentes microscopios, pasando del microscopio binocular, a uno digital y uno de papel, con
la finalidad de reconocer sus partes y funcionalidad, a partir del uso de muestras histológicas,
de insectos y partes de su propio cuerpo. Al presentar como salida resultante, la caracterización
realizada por los estudiantes a diferentes muestras, según el instrumento empleado. Dando, a
los participantes la noción no solo del uso de este instrumento, sino también, un fundamento
conceptual acerca de unidades de medida y conceptos de macro y microescala.
3.4.2 Características de los Estados de la Materia y los fluidos
Se buscó realizar un acercamiento a los instrumentos de medición empleados, para
magnitudes como el volumen, la masa y la temperatura, a partir de los cambios de los estados
del agua. Por otra parte, se explicó las características de los fluidos y los conceptos de mezclas
homogéneas y heterogéneas. Este laboratorio, contó con una duración de 4 horas, en los que el
estudiante por medio de un informe hace uso de herramientas para organizar, analizar y
presentar datos.
28
3.4.3 Comparación de Procesos Biotecnológicos: Proceso artesanal e industrial.
(Elaboración del pan)
Se contó con una duración de 8 horas, en las cuales los estudiantes fueron capaces no solo
realizar y comprender un proceso biotecnológico casero como es la fabricación de pan, si no
también, asistir a una salida de campo a una fábrica industrial de dicho producto, presentando
como resultados una descripción y comparación entre estos dos procesos, donde se centró la
atención en los instrumentos, máquinas y tiempos presentes en su elaboración. Este laboratorio,
fue relevante para los estudiantes al evidenciar la aplicación de las ciencias en su diario vivir e
identificar, fenómenos, variables y procesos de los cuales no tenían suficiente conocimiento.
Además, la visita a una fábrica sistematizada les permitió visualizar no solo esos procesos sino
el uso de la tecnología en los mismos.
3.4.4 Microfluídica
Este laboratorio buscó explicar conceptos de microsistemas empleando la Microfluídica. Se
realizó un reconocimiento de conceptos ya trabajados a macro-escala de los fluidos. Además,
de presentar diferentes técnicas de fabricación a bajo costo de canales elaborados con gelatina,
acetato y acrílico, los cuales permitieron a los estudiantes explorar métodos de diseño de
ingeniería, con el objetivo de fomentar la creatividad, la innovación y la imaginación[23]. Este
laboratorio fue común para ambos grados.
Los insumos obtenidos, se centraron en la explicación del proceso por parte de los
estudiantes en informes, donde realizaban una comparación sobre cada una de las técnicas
trabajadas.
3.4.5 Características fisicoquímicas de la materia y el suelo.
El propósito de este laboratorio fue identificar las características que posee el compostaje
escolar elaborado por estudiantes de grado 10° y 11°, por medio de procesos fisicoquímicos.
Así mismo, se describieron las técnicas de separación de los materiales y se escogió el más
29
adecuado para la práctica de laboratorio. Para el desarrollo y explicación de este, se contó con
una duración de 8 horas, en las que el estudiante realizó un proceso de indagación, descripción
y análisis de los resultados obtenidos, a partir de las propiedades fisicoquímicas del compostaje.
3.4.6 Elaboración de papel ecológico. (A partir de fibras vegetales)
Este laboratorio permitió reconocer el proceso biotecnológico, que se aborda en la
fabricación de papel ecológico, a partir de los residuos del plátano. Contó con una duración de
10 horas en las que los estudiantes realizaron la preparación del vástago para transfórmalo en
papel, y determinar en el proceso sus características físicas y químicas. Para este experimento,
se obtuvo como resultado una hoja de papel elaborada del vástago de plátano y un informe
realizado por el estudiante. Así mismo, se explicó que el uso de técnicas como la serigrafía en
conjunto con el Ácido poliláctico (PLA) o el empleo de nanopartículas de dióxido de silicio,
pueden permitir un proceso de impermeabilización de superficies.
3.4.7 Fitotoxicidad a partir del crecimiento de una semilla de pasto.
En este laboratorio se presentó el seguimiento y registro del crecimiento de una semilla en
diferentes tipos de entornos. Incluye el reconocimiento del efecto de algunas sustancias y
materiales en su desarrollo, raíz y color, realizando un registro constante y el uso de diferentes
elementos de medición que permiten al estudiante, identificar algunos factores que alteran el
crecimiento de las plantas en la naturaleza. Como resultado, se contó con un informe y un video
en el que los estudiantes comparten su experiencias, reflexiones y conclusiones, impactando
para ellos a nivel argumentativo y experimental.
3.5 Instrumentos de mediación
3.5.1 Observación no participante:
En esta fase, se hizo uso de un modelo de observación no participante con el objetivo de
caracterizar cada uno de los cursos, los cuales fueron: grado séptimo y octavo. A su vez, se
30
plantearon 6 preguntas a cada uno de los docentes encargados en las áreas de biotecnología y
ciencias naturales, para conocer el ambiente de aula y la relación maestro- estudiante. El
formato empleado, fue el modelo de pauta de observación en clase realizado por MEN a partir
de la ley 1278 del 2002.
3.5.2 Instrumentos de medición
Teniendo en cuenta, que uno de los propósitos de esta investigación fue realizar un primer
acercamiento a conceptos de microsistemas y el estructurar laboratorios que permitieran
realizar una integración de los componentes curriculares, de acuerdo con la realidad
institucional y el contexto escolar, se emplearon como instrumentos de investigación un pre-
test y post-test, con el fin de observar la apropiación de las competencias de ciencias, tecnología
y matemáticas, explicadas en el apartado 3.2 y la valoración de cada uno de los laboratorios,
por medio de los informes.
A continuación, se describe la medición de los instrumentos de investigación empleados.
3.5.3 Pre-test / Post-test
El Pre-test, se estructuró a partir de una lectura de las competencias en cada uno de los
grados y las temáticas de la malla curricular, con la finalidad de conocer el nivel de apropiación
de las áreas abordadas, este fue aplicada antes de comenzar las intervenciones en el aula y la
ruta experimental. El Post-test, se llevó a cabo al finalizar la ruta experimental, con la
intencionalidad de evaluar los conocimientos finales de los estudiantes.
Ambas pruebas, se estructuraron de forma similar, haciendo uso la misma cantidad de
interrogantes y estilos de estos, para ser comparadas al final. empleando un cuestionario a partir
del banco de preguntas de las pruebas saber del año 2012 al 2016. Es de aclarar que, al enfocarse
el pre y post-test en competencias, las preguntas pueden abordar una o más áreas. Obteniendo
9 preguntas de opción múltiple con única respuesta y una argumentativa para cada uno de los
31
grados, dando como resultado en séptimo: 3 preguntas viables en el área de tecnología, 5 en
matemáticas y 7 en ciencias naturales. Para grado Octavo se distribuyeron de la siguiente forma:
3 orientadas el área de tecnología, 4 preguntas en el área de matemáticas y 6 preguntas en el
área de ciencias naturales.
3.5.4 Rúbricas de Laboratorios
Para la aplicación de cada uno de los laboratorios, se empleó una rúbrica holística que
permite describir y dar un juicio general sobre el proceso experimental abordado [24].
Principalmente, se evaluaron los insumos de los estudiantes los cuales son informes que se
trabajaron de forma grupal y a su vez, fortalecieron los desempeños seleccionados. La Tabla [6]
muestra la rúbrica holística, empleada para la valoración de los informes de laboratorio (El
formato de los informes de laboratorio se puede ver en el Anexo 2).
3.5.5 Divulgación
Al finalizar la ruta experimental, en conjunto con las docentes de aula se organizó una feria
de divulgación, que mostró el proceso realizado por parte de los estudiantes de grado séptimo
y octavo a la comunidad educativa. Además, de contar con la participación en la IV Seminario
Internacional: Aplicaciones de Nuevas Tecnologías para el Desarrollo Sostenible de la Región
en la ciudad de Tunja, donde se expuso parte de los avances realizados en la investigación.
32
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
A continuación, se presentan los resultados encontrados, para esta investigación
distribuidos de la siguiente forma: Los resultados que dan muestra de la ruta experimental para
cada uno de los grados y el análisis del Pre-test / Post-test.
4.1. Ruta Experimental
Los resultados de la ruta experimental fueron obtenidos a partir de los informes de
laboratorio evaluadas por medio de la rúbrica holística, expuesta en las Tablas [5] [6] y algunos
registros audiovisuales, donde los estudiantes explican la temática del laboratorio, el desarrollo
de este y su percepción, estos videos se pueden observar en el siguiente enlace
http://stemmicro.science/ . Es de aclarar, que en el apartado 3.2 se contrasta los resultados
obtenidos a partir de la rúbrica Tabla [6] con los indicadores evaluados.
4.1.1 Reconocimiento de estructuras micro y macroscópicas, empleando diferentes tipos
de microscopios1:
En este laboratorio, se realizó la primera intervención observando los grupos y
caracterizando sus hábitos en el aula, seguimiento de instrucciones y manejo de instrumentos,
por medio de un guía teórico/práctica, que consistía en la visualización y descripción de
diferentes muestras histológicas, empleando tres diferentes tipos de microscopios. Los cuales
son el microscopio binocular, digital y de papel (Foldscope). Donde los estudiantes,
compararon y describieron lo que observaban.
Dando como resultado, la necesidad incorporar y elaborar de informes de laboratorios, para las
siguientes intervenciones. Además, de establecer las normas y condiciones de trabajo, tanto con
docentes y estudiantes. Por lo cual, en este laboratorio se empleó una rúbrica distinta a la utiliza
en los demás. Ver Tabla [5].
1 En el siguiente enlace se puede observar el video del experimento de estructuras micro y macroscópicas:
https://www.youtube.com/watch?v=TXUwee3aeUI
33
En la Fig. [6], muestra los resultados obtenidos a partir de la valoración del laboratorio para
grado séptimo, octavo y evidencias de las intervenciones donde los estudiantes hacen uso de
los diferentes microscopios empleados.
En séptimo, al contar con 38 participantes, se observa un bajo rendimiento en formulación
de conclusiones y falencias en el registro de observaciones. Para grado Octavo, al contar con
23 estudiantes, se observa un rendimiento adecuado en cada uno de los indicadores empleados.
c) 1. 2. 3
Figura 6 Resultados del laboratorio de estructuras micro y macroscópicas, según rúbrica:
a) Grado Séptimo b) Grado Octavo. C) Evidencias de la intervención: 1. Exploración del microscopio bifocal 2. Uso del
microscopio digital 3. Reconocimiento del microscopio de papel.
34
Tabla 5 : Rúbrica Holística: Estructuras micro y macroscópicas
Rúbrica Holística
Excelente
5.0-4.5
Sobresaliente
4.4-4
Adecuado
3.9-3.0
Insuficiente
2.9-1
Reconocimiento y
clasificación de
elementos según
sus propiedades.
Reconoce y clasifica
diferentes elementos
según sus propiedades
empleando las unidades
métricas.
Reconoce y clasifica
algunos elementos según
sus propiedades, aunque
no tiene claridad en las
unidades métricas.
Identifica algunos
elementos según sus
propiedades.
Presenta dificultad al
reconocer las diferencias
de macro y microescala.
Manejo de
Instrumentos.
Hace uso adecuado del
microscopio,
reconociendo sus partes y
describiendo posibles
usos y diferencias entre
su clasificación.
Utiliza el microscopio,
reconociendo sus partes
y su clasificación
Emplea el microscopio,
pero se le dificulta
identificar las partes que
lo conforma.
Presenta dificultad a la
hora de emplear y
reconocer el microscopio y
sus partes.
Seguimiento de
instrucciones.
Realiza adecuadamente
el seguimiento de
instrucciones presentadas
de forma escrita.
Hace seguimiento de
algunas instrucciones de
forma escrita.
Sigue indicaciones
escritas, pero no en su
totalidad.
Le cuesta dificulta leer y
seguir instrucciones
escritas.
Registro de
observaciones
Describe los fenómenos
observados en clase
empleando de forma
adecuada gráficos y
tablas.
Describe algunos
fenómenos observados
en clase empleando
gráficos y tablas.
Realiza una descripción
breve sin el uso de
gráficos y tablas.
Se le dificulta describir
textualmente fenómenos
observados en clase y
emplear gráficos y tablas.
Formulación de
Conclusiones
La afirmación es correcta
y pertinente además de
aportar evidencias
adecuadas.
La afirmación es muy
breve. Se aportan pocas
evidencias.
La afirmación es
correcta pero poco
coherente. Se aportan
evidencias, pero son
irrelevantes.
La afirmación es
incoherente, además de
presentar pocas o ninguna
evidencia
35
4.1.2 Características de los Estados de la Materia y los fluidos2
Para este laboratorio de grado séptimo, se contó con 41 estudiantes, que previamente
indagaron sobre los estados de la materia y las propiedades físicas de los fluidos.
Posteriormente, realizan un reconocimiento de los materiales para la medición de masa,
volumen, temperatura y a su vez, describen el procedimiento para determinar la temperatura
del agua en sus diferentes estados, la medición de la velocidad de los fluidos y los
comportamientos magnéticos de un ferrofluido en agua. Esta información es recolectada
empleando esquemas, gráficos y tablas.
A continuación, en la Fig. [7] se muestran evidencias de la intervención realizada donde el
estudiante hace de instrumentos de medición y explica como midió la velocidad del fluido.
a) b) c)
Figura 7 Evidencias de la intervención características de los estados de la materia a) Medición de la temperatura del agua (hielo). b) medición de la masa de un elemento (probeta) c) dibujo que explica el
procedimiento realizado para medir la velocidad de un fluido.
4.1.3 Comparación de Procesos Biotecnológicos: Proceso artesanal e industrial.
(Elaboración del pan)3
En la práctica de laboratorio, participaron 35 estudiantes de grado séptimo, los cuales
siguieron las indicaciones de preparación del pan tradicional e hicieron uso de los instrumentos
de medición ya abordados en sesiones anteriores. Donde, se tuvo presente el tiempo de
elaboración y las proporciones de los ingredientes. Este laboratorio, contó con una salida de
2 En el siguiente enlace se puede observar el video del experimento estados de la materia:
https://www.youtube.com/watch?v=dAf0P-_cLfs 3 En el siguiente enlace se puede observar el video del experimento de los procesos biotecnológicos:
https://www.youtube.com/watch?v=jkUOAiSfsB0
36
campo, que permitió contrastar el proceso de producción abordado en el laboratorio y en la
industria. En los resultados obtenidos se pueden evidenciar, que esta práctica fue uno de los
más representativos por parte de los estudiantes, dado la aproximación del laboratorio a un
producto que ellos consumen cotidianamente.
4.1.4 Microfluídica4
Al haber desarrollado un primer laboratorio sobre las características de los fluidos, facilitó
abordar el concepto de microfluídica, a partir de tres métodos de fabricación.
• El microsistema de gelatina, los estudiantes lo elaboraron previamente para la
práctica.
• El microsistema de acetato, ellos tenían que describir cómo ensamblarlo y
observar si se podía ver el flujo laminar.
• El microsistema de acrílico, se explica el proceso de fabricación y ensamble de
las láminas cortadas, haciendo uso de la plancha de calentamiento, cronómetro y alcohol
etílico al 98%. Los diseños empleados, se observan en la Fig. [8].
Este laboratorio fue empleado, para ambos grados. En séptimo participaron 40 estudiantes
y en grado octavo 28.
Figura 8 Evidencias de la intervención Microsistemas a) Microsistema de gelatina b) Microsistema de acetato aplicación c) Microsistemas de acrílico: 1. Diseño 5 entradas 1
salida, canal: 1.8 mm, Flujo laminar 2. Diseño 2 entradas 1 salida, canal:1.8 mm, Mezclador 3. Diseño 2 entradas 2 saldas
canal:1.8mm, Flujo Laminar
4 En el siguiente enlace se puede observar el video del experimento de microfluídica:
https://www.youtube.com/watch?v=jp1C4fVPFM0
37
4.1.5 Características fisicoquímicas de la materia y el suelo.5
Se contó con la participación de 31 estudiantes de grado octavo, donde se realizó una
contextualización de la práctica de laboratorio, y por medio de un video se explicó la
elaboración del compostaje. Posteriormente, se realizó el procedimiento para observar la
permeabilidad de este mediante un proceso de filtración. Seguido de una descripción física del
suelo, medición del pH, identificación de materia orgánica, cloruros, carbonatos y sulfatos.
Como resultado, se obtuvo que el compostaje elaborado dentro de la Institución Educativa
Distrital (IED) es fuertemente alcalino, por lo cual tiene muy baja capacidad de permeabilidad
y es difícil de cultivar.
4.1.6 Elaboración de papel ecológico. (A partir de fibras vegetales)6
En este laboratorio, participaron 31 estudiantes de grado octavo, y se centró en la
elaboración de papel ecológico a partir del vástago del plátano. Los estudiantes para esta
práctica construyeron bastidores de diferentes tamaños de malla, cortaron el vástago para
observar la fibra por medio del uso de un microscopio, y la pesaron. Los resultados obtenidos,
son satisfactorios en la elaboración de los informes de laboratorio, aunque en la etapa de análisis
de datos y conclusiones es necesario trabajar más. A continuación, en la Fig. [9] se muestran
evidencias de la intervención realizada, donde los estudiantes dan forma al papel y obtienen el
producto final.
Figura 9 Evidencias de la intervención Papel ecológico
a) Estudiantes dan forma a la hoja papel b) producto final: papel ecológico a partir del vástago de plátano
5 En el siguiente enlace se puede observar el video del experimento de las características fisicoquímicas de la
materia y el suelo: https://www.youtube.com/watch?v=PgSAv-uEfyA 6 En el siguiente enlace se puede observar el video del experimento elaboración de papel ecológico:
https://www.youtube.com/watch?v=dmqGqfV7FY8
38
4.1.7 Fitotoxicidad a partir del crecimiento de una semilla de pasto.7
Para este laboratorio se contó con 30 participantes de grado octavo. En la primera
sesión, ellos realizaron un proceso de indagación sobre la temática y una descripción de la
semilla de pasto seleccionada. Posteriormente, se hidratan al dejarlas humedecer durante 2 días
y se seleccionan las más hidratadas, esto con el objetivo de observar si son aptas para germinar.
Ya habiendo seleccionado las semillas, se dejan varias para que crecieran en condiciones
ambientales y otras se agregan en dos cajas de Petri con la misma cantidad de agua (2 ml), en
una de ellas se le añadió 2 gotas de tinte y se procedió a sellar ambas. De igual forma, este
procedimiento es replicado por medio de dos montajes hechos en acrílico el cual facilitó el
hacer seguimiento a una sola semilla. Los resultados obtenidos, demuestran que los estudiantes
realizaron una descripción y observación de las alteraciones que presenta la semilla, mediante
la medición de su tamaño de la raíz y color. En la Fig. [10] se muestra los montajes realizados
en la caja de Petri y el diseño del módulo en acrílico.
Figura 10 Evidencias de la intervención Fitotoxicidad a) ambiente controlado caja de Petri sin colorante b) ambiente controlado: caja de Petri con colorante c) Montaje
Elaborado en acrílico para observar el crecimiento de una semilla, canal:1.8mm.
4.2 Resultados de los laboratorios, por indicadores evaluados.
Teniendo en cuenta que, cada uno de los laboratorios presentó resultados a partir de la
rúbrica expuesta en la Tabla [6], se realiza un contraste de cada uno los indicadores por grado.
7 En el siguiente enlace se puede observar el video del experimento de Fitotoxicidad:
https://www.youtube.com/watch?v=xxt7t1crxd4
39
Tabla 6: Rúbrica Holística
Rúbrica Holística
Excelente
5.0-4.5
Sobresaliente
4.4-4
Adecuado
3.9-3.0
Insuficiente
2.9-1
Formulación de
Hipótesis
Expone una hipótesis que
se basa en la
investigación. El informe
del título refleja pregunta
o hipótesis.
Expone una hipótesis
que se basa en la
investigación y /o
razonamiento. El título
del reporte puede
no reflejar la pregunta o
hipótesis.
Establece una hipótesis,
aunque la base de la
hipótesis no es clara o la
hipótesis no es
verificable. El título del
informe puede no
reflejar la pregunta o
hipótesis.
No establece una hipótesis. La
introducción puede ser una
declaración general del tema o
la asignación, o puede faltar o
no estar clara.
Descripción del
procedimiento o
instrucciones.
El procedimiento incluye
una descripción muy
detallada o lista paso a
paso de como fue el
experimento realizado
todos los pasos son
incluido.
El procedimiento incluye
una descripción muy
detallada o lista paso a
paso de como fue el
experimento realizado,
sin embargo, todos los
pasos no están incluidos.
La descripción o la lista
paso a paso de cómo se
realizó el experimento es
vaga, y sería difícil que
otra persona lo
duplicara.
La descripción no está clara y
el experimento no se pudo
repetir debido a la falta de
descripción.
Resultados
Recopilación
Datos
Los resultados y los datos
se registran con
precisión, se organizan
para que el lector pueda
ver fácilmente las
tendencias.
Los resultados son claros
y etiquetados. Las
tendencias no son
obvias.
Los resultados no están
claros, faltan etiquetas y
las tendencias no son
obvias en absoluto.
Los resultados pueden estar
presentes, pero demasiado
desorganizados.
Análisis de datos.
Los datos y
observaciones son
analizados con precisión.
Se anotan las tendencias.
Se tomaron suficientes
datos para establecer una
conclusión.
Al análisis le falta algo
de comprensión, Hay
suficientes datos, pero le
faltó concluir.
El análisis carece de
percepción. No se
reunieron suficientes
datos para establecer
tendencias, o el análisis
no sigue los datos.
El análisis es inexacto y se
basa en datos insuficientes.
Interpretación de
resultados y
construcción de
conclusiones
Resume los datos
utilizados para sacar
conclusiones lógicas
sobre hipótesis. Discute
las aplicaciones de los
resultados en el mundo
real.
Resume los datos
utilizados para sacar
conclusiones sobre
hipótesis. Algunas
aplicaciones lógicas o
del mundo real pueden
no estar claras.
Las conclusiones sobre
hipótesis no son
derivado de los datos.
Algunas aplicaciones
lógicas o del mundo real
pueden no estar claras.
No hay conclusiones evidentes
sobre hipótesis. Falta lógica y
aplicación de hallazgos.
40
4.2.1 Grado Séptimo.
Posterior a la implementación del trabajo de Reconocimiento de estructuras micro y
macroscópicas, se llevó a cabo tres laboratorios, dando como resultado las gráficas presentes
en la Fig. [11]. Donde, se representan, los avances o la evolución en cada uno de los aspectos
evaluados de los laboratorios abordados en la ruta experimental Tabla [3].
Con lo anterior, es de resaltar lo siguiente:
• La formulación de hipótesis (a) y descripción procedimental (b) muestra un progreso
considerable en la población, posicionando la mayor parte de los estudiantes en
sobresaliente y adecuado.
• En la recopilación de datos (c), no se obtuvo una variación considerable.
• Se observa que una de las mayores falencias por parte de los estudiantes de grado
séptimo, radica en analizar (d) y concluir (e), debido a que el nivel de insuficiencia y
adecuado prevalece.
• El laboratorio que tuvo mejores resultados, a partir de la estructura del informe fue el
de procesos biotecnológicos de la elaboración del pan. Debido a que, en cada uno de los
indicadores, el nivel de insuficiencia fue baja a diferencia de las otras prácticas.
a) b)
41
c) d)
e)
Figura 11 Resultados obtenidos, a partir de la rúbrica de informes de laboratorio por contraste de indicadores grado
séptimo 43 participantes:
a) Formulación de hipótesis b) Descripción procedimental c) Recopilación de datos d) Análisis de datos e) Interpretación de
resultados y construcción de conclusiones.
Es de aclarar que, dadas las dinámicas internas dentro de la institución, la cantidad de
participantes recurrentes en los laboratorios 2, 3 y 4 se modificó en cada intervención, por lo
cual dificultó realizar un seguimiento de la muestra poblacional inicial (43 estudiantes). Debido
a esto, se realizó un filtro de los estudiantes que entregaron los insumos en los tres experimentos
y se revisó los indicadores evaluados en la rúbrica holística expuesta en la Tabla [6]. Como
resultado, se contó con 28 participantes, la Fig. [12] muestra el promedio obtenido en cada una
42
de las categorías evaluadas en la escala de insuficiente, adecuado, sobresaliente y excelente en
relación al laboratorio de estados de la materia, proceso biotecnológico y microfluídica.
En la Fig. [12] se puede evidenciar que progresivamente los estudiantes recurrentes se ubican
en una posición de adecuado y sobresaliente.
Figura 12 Grafica promedio (Grado Séptimo)- Lab2, Lab3 y Lab 4 (28 estudiantes recurrentes) con barra de error
porcentaje del 5%.
4.2.2 Grado Octavo.
En la Fig. [12], se observa los resultados por indicadores para grado octavo. Donde, se
representan, los avances o la evolución en cada uno de los aspectos evaluados de los
laboratorios abordados en la ruta experimental Tabla [4].
Con lo anterior, es de resaltar lo siguiente:
• La formulación de hipótesis (a), aumentó el número de excelentes en consideración al
primer laboratorio.
• El aspecto que más se fortaleció para grado octavo, fue la recopilación de datos (c).
43
• Se observa que una de las mayores falencias por parte de los estudiantes de grado
octavo, radica en analizar (d) y concluir (e), debido a que el nivel de insuficiencia y
adecuado prevalece.
• El laboratorio que tuvo mejores resultados, a partir de la estructura del informe fue el
de Fitotoxicidad a partir del crecimiento de una semilla de pasto. Debido a que, el nivel
de insuficiencia y adecuado es el más bajo a diferencia de las otras prácticas.
• Progresivamente, los estudiantes mejoraron en cada uno de los indicadores evaluados,
en el desarrollo de la ruta experimental.
a) b)
c) d)
44
e)
Figura 13 Resultados obtenidos, a partir de la rúbrica de informes de laboratorio por contraste de indicadores grado octavo
a) Formulación de hipótesis b) Descripción procedimental c) Recopilación de datos d) Análisis de datos e) Interpretación de resultados y construcción de conclusiones.
Es de aclarar que, dadas las dinámicas internas dentro de la institución, la cantidad de
participantes recurrentes en los laboratorios 2, 3, 4 y 5 se modificó en cada intervención, por lo
cual dificultó realizar un seguimiento de la muestra poblacional inicial (32 estudiantes). Debido
a esto, se realizó un filtro de los estudiantes que entregaron los insumos en los cuatro
experimentos y se revisó los indicadores evaluados en la rúbrica holística expuesta en la Tabla
[6]. Como resultado, se contó con 26 participantes, en la Fig. [14] muestra el promedio obtenido
en cada una de las categorías evaluadas en la escala de insuficiente, adecuado, sobresaliente y
excelente en relación al laboratorio de estados de la materia, proceso biotecnológico y
microfluídica.
En la Fig. [14] se puede evidenciar que progresivamente los estudiantes recurrentes se ubican
en una posición de adecuado y sobresaliente en planteamiento e hipótesis, en diseño
experimental y recopilación de datos, en relación al análisis de resultados e interpretación de
conclusiones es necesario profundizar.
45
Figura 14 Grafica promedio (Grado Octavo)- Lab2, Lab3 y Lab 4 (26 estudiantes recurrentes) con barra de error
porcentaje del 5%.
4.3 Resultados de medición
En la Fig. [13] se muestran los resultados obtenidos en de la aplicación del pre-test y pos-
test, en término del porcentaje de aciertos para cada una de las áreas de STEM evaluadas
(Ciencia, Tecnología y Matemáticas). En estos resultados, se evidencia que los estudiantes
mejoraron después de haber realizado la ruta experimental, aunque para el grado séptimo
representado en la Fig. 10 a, el progreso no fue tan significativo, debido a la cantidad de horas
intervenidas (24 horas) y cantidad de experimentos, a diferencia del grado octavo (38 horas)
representado en la Fig. 10 b.
46
Para el área de ciencias naturales, donde se abordan competencias orientadas a la
formulación de preguntas, la identificación de métodos, la descripción de propiedades
fisicoquímicas de los elementos y el hacer uso de herramientas para organizar y presentar datos.
Se evidencia que ambos grados mejoraron, aunque más considerablemente el grado octavo al
aumentar un 16.37% en relación con los resultados obtenidos en el pretest.
El área de matemáticas abordó la representación e interpretación de gráficos, el manejo de
proporciones y el uso adecuado de instrumentos para medir magnitudes físicas, a través de la
elaboración de los informes de laboratorio. Se obtuvo, que los estudiantes de grado séptimo
mejoraron un 5% en contraste con los resultados iniciales, mientras que en el grado octavo los
estudiantes aumentaron un 10.94 %.
En el área de tecnología, al abordar la interpretación de gráficos, el reconocimiento de
procesos y soluciones tecnológicas a problemas en diferentes contextos evidenció un progreso
en ambos grados, resaltando el grado octavo donde los estudiantes aumentaron un 27,87% en
contraste, con los resultados iniciales, esto es debido al número de experimentos abordados y
horas intervenidas.
a) b)
Figura 15 Resultados obtenidos, a partir del Pre-tets y Post-test en Tecnología, Matemáticas y Ciencias Naturales.
El banco de pruebas de experimentación con microsistemas, al ser una propuesta
metodológica, que dio un primer acercamiento a temáticas orientadas a microsistemas y
47
biotecnología, a partir de laboratorios y métodos de fabricación a bajo costo, fortaleció en los
estudiantes las competencias de las áreas de STEM, evidenciando la relación entre lo académico
(conocimiento), lo social (comunicación) y la realidad (solución de problemas). Tal es el caso,
de la práctica extra orientada al diseño en ingeniería, la cual buscó que los estudiantes de grado
octavo propusieran modificaciones al diseño de un módulo que permitió ubicar muestras para
ser visualizadas por medio del microscopio USB. Además, de incluir los microsistemas
empleados. En la Fig. [14] se muestra uno de los esquemas realizados por parte de los
estudiantes, para posteriormente realizar el diseño mediante una herramienta de software
(Solidworks) y por último, la verificación y uso por parte de los estudiantes.
a) b) c)
Figura 16 práctica extra orientada al diseño en ingeniería
a) se muestra uno de los esquemas realizados por parte de los estudiantes b) diseño digitalizado con los microsistemas elaborados en acrílico c) verificación y uso por parte de los estudiantes.
48
5. CONCLUSIONES
En el transcurso de esta investigación, se evidencio como la aplicación de la ruta
experimental, si bien, aunque solo contó con una duración de seis meses, presentó un progreso
en habilidades lógico-matemáticas, científicas y conceptos técnicos empleando el enfoque
STEM y el uso del método científico. Sin embargo, como se evidencio en el trabajo realizado
en el marco del proyecto de Smart Town en el 2015 en el municipio de Soacha (enfocado a la
enseñanza de nanotecnología y biotecnología, en estudiantes de diferentes grados
pertenecientes a grupos de investigación)[11], las habilidades de comprensión y redacción
científica requieren de un mayor tiempo para desarrollarse.
A su vez, los resultados obtenidos a partir del pre-test y la caracterización del contexto de
los participantes, fue posible realizar una ruta experimental, la cual diera un acercamiento a
conceptos orientados a microsistemas y biotecnología, adecuándose a las temáticas de la malla
curricular de la institución educativa, y ejemplificando algunos contenidos vistos en clase.
Asimismo, es importante reconocer, que el desarrollo profesional de los maestros es un
proceso continuo en el cual se busca transformar algunas concepciones o prácticas en torno a
la educación, las metodologías, las didácticas y el proceso evaluativo, con el fin de encontrar
nuevos caminos que faciliten satisfacer necesidades e intereses en sus propios contextos, es por
ello que al hablar del enfoque STEM basado en la investigación empleando el uso de tecnología,
permite promover la participación activa de los estudiantes y el descubrimiento autorregulado
del conocimiento [19], por lo que el estudiante indaga, conceptualiza, realiza un proceso de
experimentación, concluye y es capaz de comunicar sus hallazgos. Esto se vio reflejado en los
laboratorios de la elaboración del pan en grado séptimo y el de Fitotoxicidad a partir del
crecimiento de una semilla de pasto en grado octavo, esto debido a que se haya contado con
una salida de campo o un video preparado por los estudiantes donde explicaban el proceso
experimental y relacionaban las áreas trabajadas.
49
6. TRABAJOS FUTUROS
Se espera para trabajos futuros, desarrollar una plataforma la cual permita trabajar conceptos
de microsistemas y biotecnología, por medio de la implementación de un laboratorio remoto.
7. BIBLIOGRAFÍA
[1] Ministerio de Educación Nacional, “Estándares Básicos de Competencias en
Matemáticas,” Estándares Básicos Competencias en Lneguaje, Matemáticas, Ciencias
y Cuid., pp. 46–95, 2006.
[2] OECD, “COLOMBIA Key findings PISA results 2015,” Oecd, 2015.
[3] F. Karsli and A. Ayas, “Developing a Laboratory Activity by Using 5e Learning Model
on Student Learning of Factors Affecting the Reaction Rate and Improving Scientific
Process Skills,” Procedia - Soc. Behav. Sci., vol. 143, pp. 663–668, 2014.
[4] J. M. Campanario and A. Moya, “¿Cómo enseñar ciencias?,” Ensen. las Ciencias, vol.
17, no. 2, pp. 179–192, 1999.
[5] G. M. Whitesides, “The origins and the future of microfluidics,” Nature, vol. 442, no.
7101, pp. 368–373, 2006.
[6] L. C. Gerber, H. Kim, and I. H. Riedel-Kruse, “Microfluidic assembly kit based on laser-
cut building blocks for education and fast prototyping,” Biomicrofluidics, vol. 9, no. 6,
2015.
[7] C. W. T. Yang, E. Ouellet, and E. T. Lagally, “Using inexpensive jell-O chips for hands-
on microfluidics education,” Anal. Chem., vol. 82, no. 13, pp. 5408–5414, 2010.
[8] Y. Fintschenko, “Education: A modular approach to microfluidics in the teaching
laboratory,” Lab Chip, vol. 11, no. 20, p. 3394, 2011.
[9] Ministerio de Educación Nacional de Colombia, “Estándares básicos de comptencias en
Ciencias Naturales y Ciencias Sociales. La formación en ciencias: ¡el desafío!,”
Estándares Nac. Educ., pp. 96–147, 2001.
[10] T. a Davis et al., “Electrolysis of Water in the Secondary School Science Laboratory
50
with Inexpensive Micro fl uidics,” J. Chem. Educ., vol. 92, pp. 116–119, 2015.
[11] C. Jaramillo-Monroy, C. Pardo-Mojica, and J. F. Osma, “Measurement of the impact of
the application of the scientific method on experiments of material sciences,” 2017 Res.
Eng. Educ. Symp. REES 2017, 2017.
[12] J. M. Furner and D. D. Kumar, “The mathematics and science intergration argument: A
stand for teacher education,” Eurasia J. Math. Sci. Technol. Educ., vol. 3, no. 3, pp. 185–
189, 2007.
[13] B. R. Brown, J. Brown, K. Reardon, and C. Merrill, “Current Perceptions,” no. March,
pp. 5–10, 2011.
[14] M. Sanders, “STEM, STEM Education, STEMAnia,” Education, vol. 68, no. 4, pp. 20–
27, 2009.
[15] T. R. Kelley and J. G. Knowles, “A conceptual framework for integrated STEM
education,” Int. J. STEM Educ., vol. 3, no. 1, p. 11, 2016.
[16] M. S. Stohlmann, T. J. Moore, and K. Cramer, “Preservice Elementary Teachers ’
Mathematical Content Knowledge from an Integrated STEM Modelling Activity,” J.
Math. Model. Appl., vol. 1, no. 8, pp. 18–31, 2013.
[17] M. Pinnell, J. Rowley, S. Preiss, S. Franco, R. Blust, and R. Beach, “Bridging the Gap
Between Engineering Design and PK-12 Curriculum Development Through the use the
STEM Education Quality Framework,” J. STEM Educ. Innov. Res., vol. 14, no. 4, pp.
28–35, 2013.
[18] N. Z. Chesky and M. R. Wolfmeyer, Philosophy of STEM Education A Critical
Investigation, vol. 44, no. 0. 2015.
[19] M. Sharples et al., “Personal Inquiry: Orchestrating Science Investigations Within and
Beyond the Classroom,” J. Learn. Sci., vol. 24, no. 2, pp. 308–341, 2015.
[20] L. Thibaut, H. Knipprath, W. Dehaene, and F. Depaepe, “The influence of teachers’
attitudes and school context on instructional practices in integrated STEM education,”
51
Teach. Teach. Educ., vol. 71, pp. 190–205, 2018.
[21] D. Bogoya Maldonado, Competencias y proyecto pedagogico. Bogotá, 2000.
[22] Mineducación, Ser competente en tecnología : para el desarrollo. 2008.
[23] M. K. Daugherty and V. Carter, “The Nature of Interdisciplinary STEM Education,” in
Handbook of Technology Education, M. J. de Vries, Ed. Cham: Springer International
Publishing, 2018, pp. 159–171.
[24] S. M. Brookhart, How to Create and Use Rubrics for Formative Assessment and
Grading. 2013.
52
ANEXO 1 Constancia de autorización
a) Constancia de autorización y certificación por parte de la institución educativa en el desarrollo del
proyecto de investigación.
• Primer semestre del 2018 - Constancia de la institución.
53
• Segundo semestre del 2018 -Constancia de la institución.
.
54
• Constancia de actividades desarrolladas en grado Séptimo con docente de Aula.
• Constancia de actividades desarrolladas en grado Séptimo y Octavo con docente de
Aula.
.
55
.
56
b) Documento de autorización para el uso de la imagen (Ejemplo de autorización de los
docentes).
.
57
.
58
• Ejemplo de autorización por parte de los estudiantes participantes del proyecto.
.
59
ANEXO 2 Explicación de informe de laboratorio
• Estructura de informe de laboratorio empleado por arte de los estudiantes de grado séptimo y
octavo.
TITULO DEL LABORATORIO
(El título debe ser descriptivo, aunque conciso)
Apellido y Nombre de los Estudiantes
RESUMEN: El resumen consiste en reducir un texto de tal forma
que éste sólo contenga cuestiones importantes, las cuales se
caracterizarán por: fidelidad en las palabras, puntos importantes
adecuadamente destacados y que exista conexión entre ellos.
PALABRAS CLAVE: Se sugiere no más de cuatro palabras o
frases cortas en orden alfabético, separadas por comas, que
representen su reporte.
1 INTRODUCCIÓN
Es una breve descripción de la temática que se va a desarrollar en el
documento. Se trata, en última instancia, de hacer un planteamiento
claro y ordenado del tema de la investigación, de su importancia, así
como de la manera en que se ha creído conveniente abordar el estudio
de sus diferentes elementos.
Es de aclarar que la introducción describe una breve idea del tema a
desarrollar, lo cual a diferencia del resumen este último describe lo
que se entiende del tema que se desarrolló.
PRE- INFORME DEL LABORATORIO
2 el PROBLEMA
Consiste en el planteamiento de una pregunta que define exactamente
cuál es el problema que se debe resolver.
2.1 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA
Describe por qué surge el problema y como posiblemente se
abordaría una solución, ya sea provisionalmente, es determinar una
hipótesis, Básicamente, esta es una suposición bien fundamentada de
lo que crees que será el resultado del experimento
2.2 ELEMENTOS QUE COMPONEN EL
PROBLEMA
Se formulan por medio de subpreguntas las cuales se plantean sobre
temas específicos que se han observado en el planteamiento del
problema.
3 BÚSQUEDA DE INFORMACIÓN
En la búsqueda de información se definen los conceptos necesarios
para realizar el proyecto, la información se puede consultar en
diferentes medios, como lo son: revistas, radio, periódico, expertos
en el tema, libros, internet, etc.
Es necesario definir cual fue la información consultada y citar las
fuentes de información.
4 ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN
El análisis de todos los datos recogidos puede proporcionar
sugerencias sobre qué es lo que no hay que hacer para proyectar bien
la solución del problema planteado o la temática del laboratorio.
5 PLANEACIÓN
.
60
Para la planeación se tienen en cuenta los siguientes criterios:
5.1.1 CRONOGRAMA En esta parte se deben señalar las diferentes etapas del Proyecto y el
tiempo estimado para cada una de ellas. Las Fases de su orden lógico
son:
Búsqueda de Información
Análisis de la Información
Desarrollo del Laboratorio
Desarrollo del informe
Presentación
5.1.2 MATERIALES Y COSTOS
Se definen todos los materiales necesarios para la realización del
proyecto y sus costos, esto con el fin de tener una aproximación al
precio total y a la cantidad de materiales que se van a utilizar.
5.1.3 PROCEDIMIENTO DEL LABORATORIO
Se hace con el fin de tener una idea más clara de lo que se espera
realizar y obtener como resultado final, un ejemplo de cómo se puede
presentar el procedimiento es empleado un diagrama de flujo o un
esquema.
INFORME DEL LABORATORIO
6 EXPERIMENTACIÓN (ETAPA DE
CONSTRUCCIÓN)
Es la etapa donde se empieza a desarrollar el laboratorio, se describe
paso a paso como fue la elaboración del proyecto.
6.1 EVIDENCIA DEL PROYECTO (FOTOS O
DIBUJOS)
A medida que se realiza la construcción del proyecto se deben ir
registrando evidencias de los pasos que se siguieron para realizar
el laboratorio desde su etapa inicial hasta su etapa final.
7 VERIFICACIÓN
En este ítem es necesario verificar si con la información y la solución
planteada, se explica y se argumenta las razones por las cuales se ha
encontrado respuesta a las preguntas.
8 CONCLUSIONES
Se redactan cuando el proyecto ya fue puesto en marcha, dentro de
las conclusiones es importante poner si el proyecto cumplió su
función o no y argumentar el porqué de su funcionalidad.
9 REFERENCIAS
En este espacio se describe las fuentes consultadas las cuales
sirvieron para la elaboración del documento. Por lo general se
describe de la siguiente forma.
[1] Nombre del autor(es), el Nombre del articulo o libro, Edición y
editorial ó nombre de la revista, volumen y número, páginas y
finalmente el año.
[2] Nombre del autor, Nombre de la temática, Fecha, [En Línea]
Disponibilidad en: Dirección de la Página de internet
.
61
ANEXO 3 Ejemplo de Guía Docente y Estudiante
Módulo STEM
Contexto: Este Módulo de STEM está diseñado para estudiantes de ciclo 3 y 4 del IED San
José Sur oriental, específicamente para aquellos que se encuentran cursando el grado Séptimo
y Octavo. El colegio se encuentra ubicado en la localidad cuarta de San Cristóbal, cuenta con
un PEI orientado a la Comunicación, Tecnología y Valores para una convivencia armónica
y un énfasis centrado en la educación media la cual se encuentra orientada en Biotecnología
(Campo de aplicación en el uso de microsistemas).
1. Reconocimiento de estructuras micro y macroscópicas, empleando diferentes tipos
de microscopios
Dirigido a: Ciclo 3 y 4.
Propósito Deseado: Realizar un primer acercamiento de forma experimental, a los
conceptos de micro y macro escala, por medio de la percepción de los estudiantes con y
sin el uso del microscopio, incentivando con esto su curiosidad.
Objetivos:
• Establecer relaciones entre las características macroscópicas y microscópicas de la
materia y las propiedades físicas y químicas de las sustancias que la constituyen.
• Tomar muestras de diversos materiales para ser observados por medio de un
microscopio, entendiendo las magnitudes de estos y sus unidades correspondientes.
• Registro mis observaciones y resultados utilizando esquemas, gráficos o tablas.
• Reconocer los aportes de las ciencias naturales, la tecnología y la matemática en el
uso del microscopio.
62
Autor:
Paula Andrea Ducuara Herreño
Docente de Aula:
Sonia González
Norma Moreno
Asesor:
Johann F. Osma
Ficha # 1
Conte
xto
Ubicación
en
Contexto
Temática: reconocimiento
del microscopio
Grado Séptimo y Octavo / Localidad Cuarta de San
Cristóbal.
N° Sesiones 2- (4 Horas)
C
om
pet
enci
as y
Cola
bora
ción -
Mar
co G
ener
al
Nombre
Motivador Descubriendo un mundo pequeño.
La Tabla [5] se presenta el diseño de una rubrica holística, el cual permite generar una valoración de los
objetivos planteados.
Es de aclarar que, para la elaboración de este experimento, es necesario contar con los siguientes
instrumentos de medición:
• Microscopios: papel, USB, binocular.
• Rejilla de calibración, reglas.
Contar con un computador para usar el microscopio USB.
De igual forma, recordar a los estudiantes de traer muestras de agua, hongos y todos los implementos de
seguridad como lo son la bata, tapabocas y guantes.
Apropiación y uso de la
tecnología.
Utiliza apropiadamente instrumentos para medir diferentes
magnitudes físicas
Hace uso adecuado del microscopio, reconociendo
sus partes y describiendo posibles usos y diferencias
entre su clasificación.
Aproximación al conocimiento
científico natural
Formula preguntas específicas sobre una observación o
experiencia y escojo una para indagar y encontrar posibles
respuestas.
Utiliza las matemáticas como una herramienta para
organizar, analizar y presentar datos.
63
Reconoce y clasifico diferentes elementos según su
tamaño empleando las unidades métricas.
Seguimiento de instrucciones. Realiza adecuadamente el seguimiento de
instrucciones presentadas de forma escrita.
Registro de observaciones Describe los fenómenos observados empleando de
forma adecuada gráficos y tablas. Hola joven investigador, bienvenido a la exploración de nuevos conocimientos, los cuales
permitirán abordar las características físicas y químicas de diversos materiales empleando
instrumentos de medición como es el caso del microscopio, que al ser una lupa muy poderosa
nos da la posibilidad observar cosas muy diminutas que a simple vista no podríamos ver.
Para ello es importante entender los conceptos de escalas macroscópicas y microscópicas,
ya que estas son el punto de partida para descubrir este fascinante mundo diminuto.
Presentación Presentación y
organización.
10 min
Distribución General de
Tiempos
Sesión 1
Conceptualización
y ejercicio
introductorio.
Explicación de la actividad y
presentación de los
microscopios.
10 min
Clasificación de
animales u objetos según la
escala de
medición. (Ejemplo y
socialización)
30 min
Reto 1
Descripción y
exploración de cada uno de los
microscopios (diligenciamient
o de guía.)
40 min
Reflexión I Reflexión 1 10 min
Cierre de primera
sesión Organización
del laboratorio 10 min
Sesión 2
Descripción de
microrganismos.
organización. 10 min
Descripción y exploración de
cada uno de los
microrganismos (diligenciamient
o de guías y visualización de
microorganismo
s y laminas
50 min
Mar
co O
per
ativ
o
Com
pet
enci
as a
Des
arro
llar
64
histológica de
tejidos)
Realización de
informes
Complementar
informe 20 min
Socialización 15 min
Cierre de segunda
sesión Organización
del laboratorio 10 min
El Tutor debe tener en cuenta los siguientes prerrequisitos para llevar a cabo esta sección.
Los estudiantes deben:
- Tener entusiasmo y ganas de aprender.
- Tener disposición para trabajar en equipo.
- Organización a la hora de trabajar con el material.
- Resaltar el cuidado de los implementos y material entregado.
Para el desarrollo de esta sección, se dispone el trabajo por parejas o máximo cuatro
integrantes teniendo en cuenta la disposición del laboratorio y el material que se va a
emplear, por lo cual se diseña una estrategia de rotación por mesa en la que se realiza tres
rotaciones para que cada grupo pueda explorar los diferentes microscopios.
Rotación: cada 30 minutos/ el tiempo esta divido en las dos sesiones teniendo en cuenta los
insumos por lo cual faltando 20 minutos se observa los avances de los estudiantes y se realiza
una pequeña reflexión.
Exploración: Microscopio óptico, microscopio digital, microscopio de papel.
Recuerda que es necesario registrar todo el proceso en tu diario de campo o en la hoja que
se está trabajando por grupo.
Estar circulando entre los grupos, haciendo seguimiento de las actividades que están
realizando los estudiantes, asegurándose de que los miembros de cada equipo se
respetan entre sí y que todos estén participando en la actividad.
Est
rate
gia
G
ener
al
de
Cola
bora
ción
65
Com
unid
ad -
Pro
ble
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Moti
vad
or
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isió
n
Ten en cuenta joven investigador, que esta temática es importante para comprender que es
una micro y microescala a partir de la observación de varios elementos de tu alrededor, por
lo cual es importante comprender que es una escala de medición, como se emplea el uso de
la rejilla de calibración y el uso de unidades de medida y prefijos.
Joven Investigador es importante comprender que cuando se hace alusión a escalas
macroscópicas, normalmente se dice que son las escalas de tamaños que podemos percibir
a simple vista, un ejemplo podría ser nuestro propio cuerpo, ya que podemos observar las
partes que lo conforman como son los brazos, las piernas, la cabeza etc.
Ya cuando queremos hacer referencia a las escalas microscópicas es entrar analizar
detalladamente lo que no se percibir a simple vista un ejemplo podría ser lo que conforma
la piel debido a que al ser el órgano más grande no podemos reconocer varios de sus
elementos, por lo cual, si empleamos un instrumento de medición como el microscopio
podemos observar los poros, el vello, podemos a entrar analizar muchas más cosas que
antes no observábamos fácilmente.
En esta Unidad los estudiantes conocerán varios microscopios y clasificarán varias
muestras según su tamaño y la descripción de características físicas, teniendo en
cuenta el color, el tamaño y la forma del objeto, que se está observando.
Por lo cual, el tutor puede facilitar algunos colores o marcadores para complementar
la descripción de los estudiantes, de igual forma tener hojas y esferos para
complementar la guía.
Nombre Clasificación de animales u objetos según la escala de medición.
Conte
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de
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MIS
IÓN
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ión,
Moti
vac
ión
gen
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al
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66
Aq
|red
Conceptualiz
ación
En la siguiente figura podrás explorar este concepto, observando las
unidades métricas de la longitud.
Figura [1]: Representación de objetos visibles ubicados en una escala de
longitud.
Joven investigador es de recordar que estas unidades métricas de longitud
nos permiten medir distancias o que tan grande es un objeto, ten presente
que la primera letra representa el prefijo e indica que tan pequeño o grande
es lo que estamos midiendo u observando y la segunda letra representa la
unidad de medida, en este caso el metro, observa la siguiente Tabla [1] que
muestra la relación de algunos prefijos con su equivalente decimal.
Tabla [1]: Relación de prefijos con su equivalente decimal
Prefijo Símbolo Prefijo +Unidad de medida (Longitud m)
Equivalencia decimal
Kilo K Km 1000 Hecto h hm 100 Deca da dam 10 1
Deci d dm 0,1 Centi c cm 0,01 mili m mm 0,001 micro 𝜇 𝜇𝑚 0,000 001 nano n nm 0,000 000
001
Dicho lo anterior, se va a realizar un ejercicio el cual demostrara que tanto
comprendes sobre unidades de medida.
Ejercicio:
Clasifica por conjuntos los siguientes animales u objetos según la escala
de medición mostrada en la Figura [1].
Conce
ptu
aliz
ació
n y
ejer
cici
o i
ntr
oduct
ori
o.
67
Ejercicio
• Bacteria 5 𝜇𝑚
• Gancho clip alrededor de 1mm de grosor
• Pulga alrededor de 3,3 mm de largo
• La uña de una persona alrededor de 1 cm de ancho.
• Longitud de una guitara aproximadamente 1m.
• Rotífero mide 150𝜇𝑚
• Oso de agua alrededor de 150 𝜇𝑚
• Paramecio alrededor de 35 𝜇𝑚
• Hormiga alrededor de 275 𝜇𝑚
• El largo de una cancha de futbol 100m
• Araña 3,8cm
• Un bolígrafo 100mm
Visibles con el uso de microscopio
Visibles a simple vista Nota: no te preocupes si no sabes
que es, más adelante lo vamos a
explorar.
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Otro ejemplo de lo que describe lo macro y lo micro, es al observar una
bolsa que contiene la mezcla de escarchas de dos colores distintos tanto de
cerca como de lejos, debido a que a simple vista de lejos se percibe la
mezcla de colores (el color secundario - morado) y de cerca observamos
los micro-detalles que la contiene como los colores primarios (azul y rojo).
Observemos la Figura [2].
Figura [2]: Ejemplo de micro- microescala
Indicaciones
tutor
El tutor puede llevar o indicar varios ejemplos que permita visualizar
el concepto o una demostración del uso del microscopio y del uso de
unidades de medida.
Manejo de la rejilla de calibración y la cuantificación
Nombre Descripción y exploración de cada uno de los microscopios
Indicaciones
Es importante que para esta experiencia describas en una libreta o diario
de campo los resultados de la exploración, ten en cuenta la organización
de la información.
Materiales
• Microscopios
• Estereoscopios
• Lupa,
Ret
o I
Ahora Joven investigador, vamos a explorar
el mundo pequeño empleando varios
instrumentos tecnológicos.
Que comience el
reto Ten presente todos los implementos de
seguridad para ingresar al laboratorio, (Bata
blanca, guantes de látex).
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• Montajes
• Organismos vivos.
Exploración
1. En la siguiente Tabla [2] describe las partes más importantes
que conforman cada microscopio y su facilidad a la hora de
observar las muestras.
Tabla [2]: Descripción de cada uno de los microscopios.
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Registro de
observacione
s
2. Ahora, completa la siguiente Tabla [3] con cada una de las
observaciones realizadas con los instrumentos, para ello
emplea esquemas o dibujos.
Tabla [3]: Descripción de objetos observados empleando microscopios
Nombre Reflexión 1: Actividad de Contextualización y uso y manejo del
microscopio.
Joven investigador, es importante que por medio de esta temática y
el reconocimiento de los diferentes microscopios nos indiques tu
experiencia, por lo cual en conjunto con tus compañeros formula
algunas conclusiones relacionadas con lo visto en esta sección y
danos a conocer algunas dudas e inquietudes.
Indicaciones
tutor
Teniendo en cuenta el inicio de la actividad, se procede a realizar
una observación de cómo se comportan los estudiantes en el aula de
laboratorio, y el uso de los instrumentos de medición.
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