Los laboratorios virtuales son herramientas did�cticas que fomentan el desarrollo de habilidades blandas y disciplinares, ya que permiten a los estudiantes poner en pr�ctica sus conocimientos te�ricos y experimentar cuantas veces lo requieran. En el presente trabajo se analiz� la contribuci�n del uso de los laboratorios virtuales, como parte de una estrategia did�ctica para el aprendizaje activo en alumnos de Ingenier�a Bioqu�mica. Se dise�aron instrumentos y actividades para medir el nivel de conocimiento o percepci�n de la tecnolog�a digital y para evaluar el impacto del uso de laboratorios virtuales. Se observ� que el 100% de los alumnos que conformaron el grupo control, conocen lo que es la tecnolog�a digital, mientras que ese porcentaje disminuy� en el grupo experimental a 79%. Aunque el 100% de los alumnos, de ambos grupos, identifican qu� es un laboratorio virtual y su importancia como plataforma de ensayo-aprendizaje, se obtuvieron respuestas divididas con respecto a si el uso de laboratorios virtuales les ayud� en su aprendizaje, un 57.1% mencion� que s�, mientras que el 42.9% restante mencion� que no. Por lo que se considera que los laboratorios virtuales son una herramienta �til en el proceso ense�anza aprendizaje.

Palabras clave: laboratorios virtuales; aprendizaje activo; TIC; competencias STEM.

Use of virtual laboratories as a teaching strategy for active learning

ABSTRACT

Virtual laboratories are educational tools that encourage the development of soft and disciplinary skills, since they allow students to put their theoretical knowledge into practice and experiment as many times as they require. In the present work, the contribution of the use of virtual laboratories was analyzed, as part of a didactic strategy for active learning in students of Biochemical Engineering. Instruments and activities were designed to measure the level of knowledge or perception of digital technology and to evaluate the impact of the use of virtual laboratories. It was observed that 100% of the students who made up the control group know what digital technology is, while that percentage decreased in the experimental group at 79%. Although 100% of the students, from both groups, identify what a virtual laboratory is and its importance as a testing-learning platform, divided responses were obtained regarding whether the use of virtual laboratories helped them in their learning, 57.1% said yes, while the remaining 42.9% mentioned that they did not. So that virtual laboratories are considered to be a useful tool in the teaching-learning process.

Keywords: virtual laboratories; active learning; ICT; STEM skills;

Art�culo recibido:� 15 enero 2022

Aceptado para publicaci�n: 08 febrero 2022

Correspondencia: [email protected]

Conflictos de Inter�s: Ninguna que declarar

1. INTRODUCCI�N

Los egresados de programas de estudio del �rea de Ciencia, Tecnolog�a, Ingenier�a y Matem�ticas (STEM, por sus siglas en ingl�s) deben mostrar dominio de competencias y habilidades propias de su carrera, que han sido establecidas internacionalmente en el Washington Accord (IEA, 2022) y aceptadas por organismos acreditadores (CEAB, 2022; ABET, 2022; CACEI, 2022). Entre los atributos de egreso de un estudiante de ingenier�a est�n, por un lado, las conocidas como competencias duras: i) aplicar conocimientos y t�cnicas, ii) dise�ar sistemas, componentes o procesos que satisfagan necesidades espec�ficas, iii) realizar pruebas, mediciones y experimentos est�ndar y de analizar e interpretar los resultados para mejorar los procesos; todo ello para resolver problemas propios de su formaci�n. Por otro lado, est�n las conocidas como habilidades blandas: i) pensamiento cr�tico, ii) comunicaci�n efectiva en forma escrita, oral y gr�fica, as� como identificar y utilizar la literatura t�cnica adecuada y, iii) funcionar eficazmente como miembro y como l�der en equipos t�cnicos.

En este sentido, las instituciones de educaci�n superior reconocen la importancia de fomentar el desarrollo de estas competencias y habilidades en sus estudiantes. En particular, el programa educativo de Ingenier�a Bioqu�mica (IBIO) que se ofrece en el Centro Universitario de los Lagos (CULagos) de la Universidad de Guadalajara (UdeG), incluye estos criterios y par�metros, como parte de su plan de estudios para lograr el objetivo de brindar una formaci�n integral a los estudiantes. As�, mediante la implementaci�n de algunas propuestas did�cticas y diversas metodolog�as activas se puede contribuir a mejorar el aprendizaje de los estudiantes de un tema espec�fico y en el desarrollo de ciertas competencias y habilidades.

El programa educativo de IBIO combina la parte te�rica y pr�ctica para el aprendizaje en los alumnos, siendo la pr�ctica parte fundamental en el desempe�o del estudiante, donde es indispensable el uso de laboratorios. El programa toca muchos t�picos de ense�anza desde la f�sica, la qu�mica, la biolog�a, hasta la microbiolog�a, por lo que se requieren diversos tipos de laboratorios. Actualmente el uso de laboratorios virtuales (LV) representa una oportunidad de aprendizaje activo para los estudiantes, ya que les permite contextualizar un tema o proyecto a desarrollar. Se puede mencionar que funcionan como una plataforma de ensayo durante el aprendizaje del estudiante y con esto se evitan los posibles riesgos o accidentes que surgen al usar un laboratorio presencial sin previo estudio del tema a desarrollar.

En este sentido, implementar propuestas did�cticas, con metodolog�as activas, son alternativas que contribuyen a incrementar el aprendizaje en los estudiantes, logrando que desarrollen tanto habilidades o competencias duras y blandas. Actualmente, los LV forman parte de las estrategias did�cticas ya que se estimula la ense�anza virtual. As�, los LV se pueden utilizar como complemento o sustituto del laboratorio convencional para mejorar el conocimiento de los estudiantes (Chan & Fok, 2009; Kapilan, Vidhya and Gao, 2021). Los LV fomentan el autoaprendizaje, responsabilidad e independencia en el estudiante, ya que se pueden utilizar de manera flexible; tambi�n contribuyen a prevenir riesgos de accidentes en el laboratorio presencial, porque de alguna forma el estudiante ha ensayado virtualmente la pr�ctica; pueden ser econ�micos comparados a los laboratorios convencionales, por los costos operativos del propio laboratorio convencional.

Un estudio realizado en Dinamarca muestra que los LV permiten el aprendizaje interactivo, para la comprensi�n del funcionamiento de los sistemas y equipos� biol�gicos y bioqu�micos utilizados en los laboratorios; as� como, para evaluar y analizar los resultados obtenidos de los experimentos realizados de manera virtual. Se busca que los estudiantes desarrollen una mayor confianza y habilidades al utilizarlos, se sientan c�modos con el manejo del instrumental y equipo de laboratorio y participen activamente en el desarrollo de experimentos mediante el uso de los LV, de manera que con estas actividades mejoren su desempe�o en los laboratorios convencionales (Dyrberg et al., 2016; Kapilan, Vidhya and Gao, 2021).

El programa de IBIO es uno de los ocho programas de tipo STEM ofertado desde hace 20 a�os por el CULagos, ubicado en la regi�n Altos Norte del estado de Jalisco. El CULagos es una dependencia regional que forma parte de la red universitaria de la UdeG, conformada por 15 centros universitarios (6 tem�ticos y 9 regionales). La UdeG es considerada la instituci�n de educaci�n superior (IES) m�s importante en el occidente de la Rep�blica Mexicana, y la segunda, de M�xico. En el CULagos como en la mayor�a de las dependencias de IES p�blicas, se cuenta con infraestructura limitada para enfrentar el reto de cubrir de manera satisfactoria todas las actividades planteadas dentro del plan de estudios de un programa educativo tipo STEM. Los espacios destinados para laboratorio son peque�os y escasos, adem�s, la cantidad de equipo did�ctico, materiales y/o reactivos, es limitada. Por lo tanto, el trabajo aqu� presentado tiene sentido como estudio piloto, por el potencial que representa para fomentar el aprendizaje activo en los estudiantes.

La propuesta did�ctica se implement� utilizando metodolog�as activas en un contexto docente durante el ciclo escolar 2021B con estudiantes del segundo ciclo de IBIO. La intervenci�n se llev� a cabo en 4 grupos que cursaron materias del �rea de formaci�n b�sica: i) Tecnolog�a de la Informaci�n y Comunicaci�n, ii) Biolog�a Celular.� Se design� un grupo control y un grupo experimental en cada materia. Para realizar el presente estudio se establecieron los siguientes objetivos:

Objetivo general

� Analizar la contribuci�n del uso de los LV en el desarrollo de las competencias transversales y disciplinares del ingeniero bioqu�mico.

Objetivos espec�ficos

� Evaluar el nivel de conocimiento y percepci�n de los estudiantes sobre el uso de LV como una tecnolog�a digital que favorece el aprendizaje activo.

� Evaluar el uso de LV como metodolog�a activa en el aprendizaje significativo de la estructura de las c�lulas procariotas y eucariotas.

2. ESTRATEGIAS METODOL�GICAS O MATERIALES Y M�TODOS

En la propuesta did�ctica se consider�, por un lado, analizar el desarrollo de competencias transversales (blandas), para lo cual se dise�aron instrumentos y actividades que eval�an el nivel de conocimiento y percepci�n de los estudiantes sobre el uso de LV. Por otro lado, analizar el desarrollo de competencias disciplinares (duras), mediante formularios y actividades que eval�an el efecto del uso de LV como metodolog�a activa en el aprendizaje significativo de la estructura de las c�lulas procariotas y eucariotas.� La implementaci�n de este estudio consisti� de dos etapas, que se describen a continuaci�n:

En la primera etapa, se trabaj� con dos grupos que cursaron la materia de Tecnolog�a de la Informaci�n y Comunicaci�n, un grupo control y un grupo experimental, integrados por 17 y 19 estudiantes respectivamente. Se realizaron diferentes actividades para fomentar el desarrollo de competencias transversales como trabajo en equipo, uso de tecnolog�as digitales, y comunicaci�n efectiva. En esta etapa se aplicaron pre-test y post-test como instrumentos de observaci�n. El pre-test fue aplicado como diagn�stico en ambos grupos para evaluar el nivel de conocimiento de los estudiantes sobre el uso de tecnolog�as digitales y LV como apoyo para potencializar su aprendizaje. Las actividades consistieron en lectura de documentos, revisi�n de videos (h5p o edpuzzle), elaboraci�n de mapas mentales, participaci�n en debates y elaboraci�n de un video en equipo para presentar las ventajas del uso de los LV, todas las actividades fueron evaluadas mediante el uso de r�bricas. El post-test fue aplicado para� evaluar el conocimiento de los alumnos sobre los LV. Los cuestionarios fueron basados en el contenido del m�dulo II: Tecnolog�as para la Informaci�n y Comunicaci�n (TIC), en el subtema Nuevas Tecnolog�as Digitales, y m�s espec�ficamente en el tema Laboratorios Virtuales.

En la segunda etapa, se trabaj� con 2 grupos que cursaron la materia de Biolog�a Celular, un grupo control y un grupo experimental, integrados por 22 y 21 estudiantes respectivamente. Se realizaron diferentes actividades, en ambos grupos, como lectura de art�culos, revisi�n videos, consulta de informaci�n en diferentes fuentes bibliogr�ficas, para contribuir en el desarrollo de una competencia disciplinar: conocer y comprender� la estructura de las c�lulas procariotas y eucariotas; por otro lado, al grupo experimental se le proporcion� enlaces de acceso a LV disponibles en la web de la Universidad Nacional Aut�noma de M�xico (UNAM, 2022) y en plataformas educativas (CUVSI, 2022), para desarrollar habilidades en el uso y manejo del microscopio e identificaci�n de las estructuras celulares. Posteriormente se aplic� un examen de conocimiento a ambos grupos, para evaluar el conocimiento y comprensi�n sobre el tema. Al grupo experimental adicionalmente se les aplic� una encuesta para valorar su percepci�n sobre el uso de LV en el proceso ense�anza aprendizaje.

Por �ltimo, los resultados obtenidos de ambas etapas fueron analizados de manera cualitativa y cuantitativa.

3. RESULTADOS Y DISCUSI�N

A continuaci�n se presentan los resultados obtenidos de la aplicaci�n del pre-test a los grupos control y experimental que cursaron la materia de �Tecnolog�a de la Informaci�n y Comunicaci�n�, respecto al conocimiento y uso de los LV.� En la figura 1 se muestra el nivel de conocimiento de los estudiantes sobre el uso de tecnolog�as digitales, el 100% del grupo control identifica que es una tecnolog�a digital mientras que el 21% del grupo experimental no es capaz de discernir que es una tecnolog�a digital.

Este pre-test tambi�n mostr� que la mayor�a de los alumnos de ambos grupos relacionan primordialmente la tecnolog�a digital con aplicaciones o m�todos para procesar informaci�n, seguido posteriormente de la relaci�n con dispositivos electr�nicos (tel�fonos m�viles y tabletas); en tercer nivel lo relacionan con medios de comunicaci�n digital: correo electr�nico y redes sociales como se puede visualizar en la figura 2.

Por otro lado en el pre-test se identific� que el 100% de los alumnos de ambos grupos (control y experimental) saben lo que es un LV y lo relacionan con el uso de software para realizar pr�cticas de laboratorio sustituyendo la realizaci�n f�sica de la misma reduciendo los riesgos de accidente y principalmente utilizados previo a la realizaci�n de pr�cticas reales. La raz�n es porque la totalidad de los alumnos de ambos grupos utilizaron los LV para realizar pr�cticas relacionadas con la asignatura de qu�mica (materia cursada previamente a tecnolog�a de la informaci�n y comunicaci�n,� con base en su plan de estudios).

Se pudo identificar en los resultados obtenidos del pre-test que la tecnolog�a digital m�s utilizada actualmente es el tel�fono celular como se muestra en la figura 3; lo cual puede atribuirse a la facilidad de acceso y transporte de dicho dispositivo.

Algunas preguntas de tipo abierto en el pre-test permiten a los alumnos enlistar� las ventajas que ellos identifican respecto a la utilizaci�n de LV, ambos grupos coinciden en las siguientes: es posible realizar la pr�ctica sin tener que interactuar de manera presencial, disponibilidad de tiempo para realizar la actividad asignada,� facilidad para repetir las pr�cticas, no hay riesgo de accidentes. Por su parte, entre las limitaciones que enlistan se encuentran las siguientes: no hay interacci�n con compa�eros o profesor y cuando hay dudas no tienen a quien preguntar y por tanto la comprensi�n del proceso no es la mejor, no aprenden el manejo pr�ctico de los instrumentos y materiales, se requiere de equipo de c�mputo y conexi�n a internet.

De acuerdo a los resultados obtenidos en la encuesta aplicada a los alumnos del curso de Biolog�a Celular del ciclo escolar 2021-B (grupo experimental), sobre su percepci�n del uso de LV, se obtuvo que el 73% de los alumnos hab�a usado previamente un laboratorio virtual, para el 82% de los alumnos los materiales digitales proporcionados fueron comprensibles y adecuados, al 59% de los estudiantes los LV les ayudaron en su proceso de ense�anza-aprendizaje y para el 73% las tecnolog�as digitales les ayud� a la comprensi�n del tema, como se muestra en la figura 4.

Por otro lado, se muestran las respuestas m�s relevantes que dieron los alumnos con respecto a las ventajas de utilizar un LV, i) se puede tener acceso a la informaci�n de cualquier cosa a tu alcance desde cualquier lugar, la informaci�n que brindan es buena, comprensible y clara, ii) se optimiza el tiempo y los materiales al realizar las pr�cticas de manera virtual, iii) son din�micos y muy visuales, lo cual permite una mayor comprensi�n de los temas previamente vistos en clase y, por otro lado, posibilita revisar los procedimientos y observar con detalle diversos tipos celulares cuantas veces se requiera y, algunos programas presentan las partes de las c�lulas, sus nombres y funciones de manera que ayuda a la mejor identificaci�n de las estructuras celulares, iv) son seguros ya que elimina por completo la posibilidad de un accidente que resulte peligroso para quien experimenta, v) permiten aprender y familiarizarse con los materiales, procedimientos y estructuras celulares, vi) ayuda a que no exponerse a contagios por covid.

Con respecto al uso de los LV como apoyo en los cursos, las respuestas m�s relevantes fueron las siguientes: i) a trav�s de la interacci�n con los LV es posible expandir nuestro conocimiento de los temas tratados en clase y mientras se siga con la modalidad en l�nea, resultan de gran ayuda para la comprensi�n y visualizaci�n de los procesos que se pueden desarrollar en los laboratorios de manera din�mica, ii) contribuyen a un mejor desempe�o y rendimiento en nuestra formaci�n, iii) representan una buena manera de tener otro punto de vista, porque dan un acercamiento a los laboratorios y pr�cticas cuando las circunstancias no lo permiten.� iv) representan una opci�n relativamente f�cil de desarrollar procesos y observar algo que hasta el momento solo se pod�a visualizar en un laboratorio f�sico.

Entre las principales dificultades para tener acceso a los LV expresaron lo siguiente: i) algunas p�ginas tardan mucho en cargar y en algunos casos al final marcaba error, ii) los programas son muy pesados lo que hace que sus equipos se vuelvan m�s lentos y no permiten su descarga en la computadora, iii) no contar con equipo de c�mputo propio iv) dificultad en el acceso a internet en las localidades que residen, lo que implica un gasto adicional a las finanzas del hogar.

En la figura 5 se muestra el resultado de la aplicaci�n del examen de conocimiento, en ambos grupos, que evalu� el conocimiento y comprensi�n sobre la identificaci�n de las estructuras c�lulas procariotas y eucariotas. La intenci�n del examen fue medir c�mo los LV influyen de forma significativa en el aprendizaje de un tema disciplinar que contiene la asignatura de Biolog�a celular. El gr�fico muestra la comparativa del grado de conocimiento del estudio de las c�lulas procariotas y eucariotas en los dos grupos analizados. En el diagrama de caja se puede observar de manera cualitativa que ambos grupos presentan la misma mediana, sin embargo, se aprecia que la distribuci�n de los resultados en el grupo experimental es m�s compacta comparada con la distribuci�n de resultados del grupo control en el que es m�s dispersa; esto puede ser atribuido a una combinaci�n de dos factores considerados dentro de esta propuesta did�ctica (de aprendizaje activo); por un lado, la secuencia de actividades de aprendizaje realizadas por los estudiantes y por otro lado, el uso de los LV como una herramienta digital para fomentar un aprendizaje significativo de la estructura de las c�lulas procariotas y eucariotas en el grupo experimental.

Por �ltimo, debe mencionarse que mediante un an�lisis cuantitativo con estad�sticos descriptivos se observa que los resultados del examen de conocimientos son pr�cticamente id�nticos en ambos grupos, con una media y desviaci�n est�ndar de 87.27 con 15.56 en el grupo control y de 88.09 con 16.91 en el grupo experimental. No obstante, la implementaci�n de esta propuesta did�ctica cumpli� su prop�sito como estudio piloto cuyos resultados e informaci�n obtenida ser�n muy valiosos y considerados en futuros estudios docentes.

4. CONCLUSI�N O CONSIDERACIONES FINALES

Estamos en un siglo donde el avance tecnol�gico y el uso de las TIC�s es considerado de dominio p�blico, la respuesta de nuestros alumnos del conocimiento pleno de las tecnolog�as digitales, nos sit�a dentro de este panorama. Dentro de esas tecnolog�as digitales los laboratorios virtuales juegan un papel clave en did�cticas de ense�anzas activas, por lo que es satisfactorio la respuesta del conocimiento de los LV� por el 100% de nuestros alumnos estudiados.

En asignaturas donde la ense�anza-aprendizaje requiere del uso de laboratorios, se pueden presentar muchos beneficios al usar los LV, como, por ejemplo: los estudiantes, pueden mejorar su comprensi�n y rendimiento mediante el aprendizaje activo en el campo de la ingenier�a. Por su parte, los profesores pueden cumplir los objetivos de aprendizaje propuestos, caso contrario cuando se enfrentan a la falta de material y/o reactivos o en su defecto a la falta de laboratorios presenciales. Por �ltimo, la Universidad, se puede beneficiar en la optimizaci�n de recursos econ�micos, disminuyendo el uso y/o instalaci�n de laboratorios presenciales.

El uso de laboratorios virtuales representa un medio de apoyo �til como complemento para la mejor comprensi�n de los temas vistos en clase. Sin embargo, hay que saber elegirlos y tener en consideraci�n que no pueden sustituir las habilidades pr�cticas de manipulaci�n de materiales e instrumentos que brinda la experiencia de practicar en un laboratorio real. Por otro lado, el conocer qu� son los LV no siempre conlleva al uso de los mismos y m�s a�n, al� manejo y aprendizaje en ellos; tal como se observ� en los resultados, donde se aprecian opiniones divididas con respecto� a si el uso de los LV fue de apoyo en su aprendizaje. Estas diferencias de opiniones se pueden deber a varios factores: como bajo conocimiento cognitivo del alumno, falta de asesoramiento por parte del profesor y limitaciones en conexi�n e infraestructura, entre otras. Por lo que, es importante considerar que estos factores siempre van a existir y que es un compromiso constante, por parte de las entidades educativas actuar sobre ellos y tenerlos en consideraci�n.

5.� LISTA DE REFERENCIAS

CEAB Accreditation Criteria and Procedures Available online: https://engineerscanada.ca/accreditation/accreditation-resources (consultado el 13 de enero de 2022).

ABET Criteria for Accredition Engineering Program Available online: https://www.abet.org/accreditation (consultado el 13 de enero de 2022).

CACEI Marco de Referencia 2018 Available online: http://www.cacei.org.mx/nvfs/nvfs02/nvfs0210.php (consultado el 13 de enero de 2022).

CHAN, C., & FOK, W. (2009). Evaluating learning experiences in virtual laboratory training through student perceptions: a case study in Electrical and Electronic Engineering at the University of Hong Kong. engineering education, 4(2), 70-75.

CUVSI 2014 Available online: https://www.cuvsi.com/2014/11/laboratorios-virtuales-de-biologia.html#google_vignette (consultado el 7 de septiembre de 2021)

CUVSI 2016 Available online: https://www.cuvsi.com/2016/02/identificacion-microscopica-de.html (consultado el 7 de septiembre de 2021).

DYRBERG, N. R., TREUSCH, A. H., & WIEGAND, C. (2017). Virtual laboratories in science education: students� motivation and experiences in two tertiary biology courses. Journal of Biological Education, 51(4), 358-374.

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KAPILAN, N., VIDHYA, P., & GAO, X. Z. (2021). Virtual laboratory: A boon to the mechanical engineering education during covid-19 pandemic. Higher Education for the Future, 8(1), 31-46.

UNAM Available online: http://www.objetos.unam.mx/biologia/celulaProcariota/index.html (consultado el 7 de septiembre de 2021).