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• Alizon Valencia Chura

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INFLUENCIA DEL SOFTWARE EDUCATIVO INTERACTIVE PHYSICS EN EL APRENDIZAJE DE LA CINEMÁTICA Y FÍSICA EN ALUMNOS DEL PRIMER AÑO DE INGENIERÍA DE MINAS DE LAS UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN

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RESUMEN El presente trabajo de investigación titulado “El software educativo Interactive Physics y su influencia en el aprendizaje de la cinemática y física, en los alumnos de primer año de Ingeniería de Minas”. Es el resultado de una investigación real y consciente, y que a su vez tiene el propósito de tener información sobre la influencia del Software Educativo Intercative Physics. El objetivo general es Determinar la influencia del software educativo Interactive Physics mediante la generación de simulaciones en el aprendizaje colaborativo, en los alumnos. Se formuló para ello la hipótesis siguiente El software educativo Interactive Physics mediante la generación de simulaciones influye en forma determinante en el aprendizaje de la cinemática y Física, en los alumnos. La investigación realizada pertenece al tipo de estudio descriptivo explicativo, cuyo diseño de estudio es cuasi-experimental y el método de investigación cuantitativa. La población de investigación esta conformada por los alumnos de Quinto Grado de la Institución Educativa Secundaria Industrial 32 de la Ciudad de Puno.

Para el análisis e interpretación de resultados se utilizan los cuadros y gráficos estadísticos debidamente organizados.

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INTRODUCCIÓN En cumplimiento a las exigencias formales de la Universidad, presentamos a consideración, la investigación: " INFLUENCIA DEL SOFTWARE EDUCATIVO INTERACTIVE PHYSICS EN EL APRENDIZAJE DE LA CINEMÁTICA Y FÍSICA EN ALUMNOS DEL PRIMER AÑO DE INGENIERÍA DE MINAS DE LAS UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN”. La tesis desarrollada bajo la modalidad de investigación cuasi experimental, pretende hacer una revaloración del programa educativo Interactive Physics, que trata de solucionar uno de los aspectos descuidados en la actualidad del trabajo didáctico. Asimismo, la aplicación del aprendizaje colaborativo, basado en conceptos de cooperación, trabajo en equipo, comunicación y responsabilidad. La tesis en su conjunto, integra la siguiente estructura: Capítulo I: describe el problema objeto de investigación, frente al proceso de aprendizaje de la física uno de los factores que motivaron la decisión de investigar sobre el tema, fue el hecho de observar en la práctica docente la relación vertical entre docentes y alumnos, quienes pasivamente interiorizan la enseñanza del maestro; por otro lado, los docentes de ciencias en su mayoría, hacen uso de una metodología convencional, debido a ello la práctica docente no concibe el material educativo que facilite la búsqueda de aprendizajes significativos. Capítulo II: comprende el marco teórico conceptual, establece aspectos relevantes referidos a la informática educativa “el software educativo Interactive Physics”, las teorías del aprendizaje, aprendizaje de la cinemática y Física y el aprendizaje colaborativo. Capítulo III: está referido al marco metodológico en el cual se establece las hipótesis de investigación, así como las variables: variable independiente el software educativo Interactive Physics y el aprendizaje colaborativo; la variable 3

dependiente el aprendizaje de la física. Asimismo la investigación corresponde al tipo de estudio descriptivo – explicativa, con el diseño de investigación cuasiexperimental, con pre test y post test de dos grupos: el grupo control sin tratamiento y el grupo experimental con tratamiento.

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LISTA DE CONTENIDO

CAPITULO I PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO................................................6 1.1.

DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA.............................................................6

1.2.

FORMULACIÓN DE OBJETIVOS.............................................................6

1.2.1.

OBJETIVO GENERAL............................................................................6

1.2.2.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS...................................................................7

1.3.

JUSTIFICACIÓN O IMPORTANCIA..........................................................7

1.3.1.

JUSTIFICACIÓN SOCIAL......................................................................7

1.3.2.

JUSTIFICACIÓN PROFESIONAL..........................................................8

CAPITULO II MARCO TEÓRICO........................................................................9 2.1. MARCO HISTÓRICO....................................................................................9  SOFTWARE EDUCATIVO PARA LE EDUCACIÓN EN EL PAÍS................9 2.2. BASES TEÓRICAS.....................................................................................10 1. DEFINICIÓN DE SOFTWARE EDUCATIVO...............................................10 2. EL ORDENADOR EN LA ENSEÑANZA DE LA CINEMATICA Y FÍSICA.11 3. PROGRAMAS INFORMÁTICOS................................................................13 3.1. DINAMIC PARA WINDOWS......................................................................13 3.2. MOBILE......................................................................................................13 3.4. INTERACTIVE PHYSICS...........................................................................14 3.5. EL SOFTWARE EDUCATIVO INTERACTIVE PHYSICS..........................14 3.6. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SOFTWARE...........................................16 3.6.1. RECONOCIENDO EL ENTORNO DEL INTERACTIVE..........................17 3.6.2. PASOS PARA CREAR Y GRABAR NUEVAS

SIMULACIONES........18

3.6.3. INTERACTIVE PHYSICS, UN PROGRAMA PARA LA..........................26 5

3.6.4. ALGUNAS SIMULACIONES A MODO DE EJEMPLO.........................27 2.3. FORMAS DE APLICACIÓN........................................................................32 2.4. LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN....................................................................37 CAPITULO III DISCUSIÓN O ANÁLISIS...........................................................38 CONCLUSIONES...............................................................................................40 SUGERENCIAS..................................................................................................41 REFERENCIAS..................................................................................................42 APENDISES.......................................................................................................49

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CAPITULO I PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO 1.1.

DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA En los momentos actuales la enseñanza de cualquier disciplina requiere de herramientas tecnológicas en donde los medios informáticos juegan un papel fundamental. Estos medios permiten agilizar los procesos de aprendizaje de los estudiantes, y son a la vez una herramienta para los docentes que orientan la construcción y elaboración del conocimiento en dichas disciplinas. Es muy común pensar que la física y cinemática son materias difícil de aprender, más aún cuando ha sido causa de frustración de muchos alumnos, que han reprobado el curso en alguno de los niveles donde se enseña, desde la secundaria hasta la universidad. Una de las razones por las que la física resulta difícil de aprender está en su esencia misma como disciplina, ya que la física se encarga de mostrarnos cómo se comporta la naturaleza con la que estamos en contacto día a día. En este contacto vamos observando y construyendo nuestros preconceptos, muchas veces de manera errónea.

1.2.

FORMULACIÓN DE OBJETIVOS

1.2.1. OBJETIVO GENERAL Determinar la influencia del software educativo Interactive Physics mediante la generación de simulaciones en el aprendizaje de la cinemática y la Física, en los alumnos del primer año de Ingeniería De Minas de las Universidad Nacional de San Agustín.

1.2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

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a. Determinar los niveles de aprendizaje de la física, sin aplicación del software educativo Interactive Physics en los alumnos del primer año de Ingeniería De Minas de las Universidad Nacional de San Agustín. b. Identificar los niveles de conocimiento informático de los alumnos para la generación de simulaciones con el software educativo Interactive Physics. c. Determinar el efecto del aprendizaje colaborativo en cada equipo de trabajo en relación al logro de capacidades del area de cinemática y física.

1.3.

JUSTIFICACIÓN O IMPORTANCIA 1.3.1. JUSTIFICACIÓN SOCIAL El presente trabajo de investigación se realizará con el afán de contribuir a la solución del problema metodológico en el proceso de enseñanza y aprendizaje de la física, asimismo servirá para dar a conocer a los docentes, alumnos y a la ciudadanía en general, sobre las bondades del Interactive Physics, ya que el programa en mención contribuirá a que los alumnos aceleren sus procesos de aprendizaje y a su vez el programa mencionado permite la observación, descubrimiento y exploración del mundo de la cinemática y Física mediante un amplio y excitante juego de simulaciones.

1.3.2. JUSTIFICACIÓN PROFESIONAL El aprendizaje de la cinemática y Física en el alumno, en cierta medida depende del grado y trabajo individual que desarrolla los 8

docentes. Hoy frente al reto, es necesario un nuevo estilo de trabajo pedagógico mucho más ameno, y atractivo que involucre a los alumnos en su propio aprendizaje. Es entonces que surge la necesidad de aprovechar adecuadamente algunos software, en la medida que los alumnos experimenten indirectamente. Por ello el programa educativo Interactive Physics permite explorar el mundo físico con simulaciones emocionantes. En la Institución Educativa, el presente trabajo de investigación servirá para adecuar y potenciar su aplicación, en beneficio de los alumnos como también de los docentes en la mejora del aprendizaje para lograr la calidad educativa.

CAPITULO II MARCO TEÓRICO 2.1. MARCO HISTÓRICO 

SOFTWARE EDUCATIVO PARA LE EDUCACIÓN EN EL PAÍS Uno de los problemas, en lo que a la educación respecta, más lesivos en nuestra sociedad, es la educación en matemáticas. Demos algunos datos de dominio popular para sentar bases al respecto:

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Es conocido que los índices de reprobación en la secundaria son tan alarmantes que los profesores son obligados a maquillar sus resultados. Existe la regla de que no se puede reprobar más del 10%. Sin embargo numerosas investigaciones demuestran que muchas de las veces los estudiantes de secundaria en lugar de adquirir nuevas habilidades pierden algunas que tenían de la educación elemental (smm, 1986). Más recientemente la SEP reconoce y se acaba de publicar que 50% de los estudiantes de sexto año de primaria fallan en matemáticas. El estudio comprende tanto escuelas públicas como privadas. La subsecretaría de la SEP reconoció que particularmente en matemáticas, los estudiantes no sólo no mejoran, en la secundaria, sino que decrecen en su rendimiento (Reforma, 16-oct-2001). Tres de cada 4 egresados de secundarias en el D. F. tienen nulas o escasas habilidades para resolver problemas matemáticos (Reforma, 21/ago/01) En la UAM atzcapotzalco el índice de reprobación en el primer curso de matemáticas cálculo I es del orden del 76% (Informe DCBI – 1995/1996) Se han creado cursos de regularización de verano en los tecnológicos del país, con el fin de abatir los altos índices de reprobación en los cursos de matemáticas que rebasan el 80% Esto nos da un índice acerca de la problemática en la enseñanza de las matemáticas, cabe anotar que por desgracia algunos de estos problemas tiene repercusión internacional. A pesar de que los alumnos de preescolar y primer año escolar, disfrutan sinceramente de las matemáticas...pregunte a los adultos acerca de sus recuerdos y sentimientos respecto a las matemáticas ..se describirán como malos...nunca les gusto...odian la materia...nunca la comprendieron (Ruby, J. Reforma 26-ago-2001).

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Una respuesta a este problema podría ser tratar de instrumentar cursos de actualización para el personal docente de nuestro país. Pero debido a problemas de índole socio-político y económico esto resulta ser muy difícil (es curioso pero también este problema es internacional). ¿Podrá entonces ser el software en educación matemática una alternativa de solución a este problema? La respuesta es que si. Sin embargo hay un largo camino por recorrer antes de que en realidad, no potencialmente, el software educativo ofrezca una alternativa de solución.

2.2. BASES TEÓRICAS 1. DEFINICIÓN DE SOFTWARE EDUCATIVO A riesgo de mencionar una trivialidad les diré que el software educativo o más específicamente el software para la educación en matemáticas involucra a tres grandes ciencias: La sicología, mediante un conocimiento no elemental de las ciencias cognitivas; La matemática, mediante la creación de un adecuado dominio de conocimiento para cualquier tipo de sistema o programa y con la creación de algoritmos eficientes. La computación, como una ciencia que hace factible el instanciar la reunión de los dos mundos anteriores. Esto que parece una obviedad no lo es, en evaluaciones recientes de software educativo se ha encontrado que la mayoría del software en el mercado tiene en general uno o dos de los atributos mencionados, pero 11

relegan de manera importante a otro de ellos (Caftori & Paprzycki, 1997. p. 2). Por ejemplo podemos encontrar software con gran capacidad de manejo de imágenes y que en realidad constituye todo un portento de programación pero de una pobreza enorme en su capacidad de enseñar matemáticas. O bien software con intenciones didácticas pero de una pobreza en los algoritmos empleados que conlleva a errores conceptuales matemáticos. Es necesario entonces, que para la producción de software educativo las personas tengan presentes estos tres elementos y, que la carencia de alguno de ellos debilita la intención del mismo que es ayudar o ser un instrumento de ayuda en el aprendizaje y enseñanza de las matemáticas. 2. EL ORDENADOR EN LA ENSEÑANZA DE LA CINEMATICA Y FÍSICA La aparición de computadoras1, que en forma integrada permiten trabajar con audio y video, proporciona una eficiente herramienta para la docencia, pues posibilita mostrar directamente en el aula de clases el material elaborado en ellas y también relacionar interactivamente los conocimientos teóricos con la realidad que nos rodea; lo cual constituye un valioso recurso en la enseñanza, especialmente en aquellas materias que tienen un carácter experimental como es el caso de la Física y sus áreas afines. Rojano2 describe la experiencia de un proyecto de innovación educativa desarrollado en México, en el que se incorpora el uso de las tecnologías de información y la comunicaron a la enseñanza de la Física y las Matemáticas, lo cual se traduce en modelos específicos para la

1 Paniagua, Adriana y Pobrete, Héctor. (2002). “Uso de Multimedia en el Aprendizaje de la Física”. Departamento de Física. Facultad de ciencias. Universidad de Los Andes. Venezuela. En: [http://lsm.dei.uc.pt/ribie/docfiles/txt200341732941EL%20USO%20DE%20LOS %20MULTIMEDIOS.pdf] 2007: 14 de Mayo.

2 Rojano, Teresa. (2006). Incorporación de entornos tecnológicos de aprendizaje a la cultura escolar. Proyecto de innovación educativa en matemáticas y ciencias en escuelas secundarias publicas de México. Revista Iberoamericana. Nº 33. En: [http://www.rieoei.org/rie33a07.htm] 2007: 19 de Mayo. 12

enseñanza de las áreas mencionadas, se concibe bajo los siguientes principios: 

Didáctico, mediante el cual se diseñan actividades para el aula siguiendo un tratamiento fenomenológico de los conceptos que se enseñan.



De especialización, por el que se seleccionan herramientas y piezas de software de contenido. Los criterios de selección se derivan de didácticas específicas acordes con cada materia (Física y Matemáticas).



Cognitivo, por cuyo conducto se selecciona herramientas que permiten la manipulación directa de objetos matemáticos y de modelos de fenómenos mediante representaciones ejecutables.



Empírico, bajo el cual se seleccionan herramientas que han sido probadas en algún sistema educativo.



Pedagógico, por cuyo intermedio se diseñan las actividades de uso de las TIC para que promuevan el aprendizaje colaborativo y la interacción entre los alumnos, así como entre profesores y alumnos.



De equidad, con el que se seleccionan herramientas que permiten a los alumnos de secundaria el acceso temprano a ideas importantes en ciencias y matemáticas. El método computarizado3, se desprende de la instrucción programada, de la que sigue sus conceptos y procedimientos, pero con el uso de una computadora, la que debe ser manejada a través de una serie de instrumentos, ordenes datos, funciones, etc. establecidos previamente en un “programa”. El diseño del modelo es de carácter lógico, es decir simbólico o matemático.

3 Almeida Sáenz, Orlando. (2000). “Tecnología educativa en el enfoque pedagógico y aplicación básica del constructivismo”. Editora Gráficos “J.C”. Lima. Pág. 127. 13

El ordenador requiere que el alumno sepa manejarlas correctamente, aprendiendo primero a utilizar el aparato, conocer su lenguaje, la forma de programar y operar. Asimismo el ordenador puede emplearse en todo nivel educativo y en todas las áreas, creatividad, juegos, simulaciones, etc., resultando cada vez más eficaz el uso de la multimedia. La enseñanza de la Física se puede beneficiar del uso del ordenador, a través de varias vías: el cálculo numérico y la programación, la utilización de programas interactivos, y finalmente, las expectativas que abre Internet. 3. PROGRAMAS INFORMÁTICOS 3.1. DINAMIC PARA WINDOWS Se trata de un programa didáctico para la simulación del movimiento bidimensional de una partícula, confinada a un recinto cerrado y sometida a fuerzas definidas por el alumno y que puede colisionar contra las paredes, según distintos coeficientes de restitución. El alumno puede modificar distintas variables del fenómeno. 3.2. MOBILE Este programa constituye una versión de Dinamic evolucionada que incorpora importantes mejoras técnicas y didácticas. Simula el movimiento de hasta tres cuerpos simultáneamente, incorporando distintos entornos de simulación con modelos físico-matemáticos de diferente nivel de complejidad, estos entornos de simulación ofrecen al alumno la posibilidad de modificar distintos variables relevantes. 3.4. INTERACTIVE PHYSICS 14

El Interactive Physics es el programa educativo premiado de Design Simulation Technologies, hace fácil observar, descubrir, y explorar el mundo físico con simulaciones emocionantes. Trabajando de cerca con los educadores de la física, el equipo de Interactive physics ha desarrollado un programa fácil de usar y visualmente atractivo que realiza grandemente la enseñanza de la física. En el presenta trabajo de investigación elegimos el programa Interactive physics dado que es un simulador de problemas de física válido para secundaria o primeros cursos universitarios. Capaz de modelar una amplia colección de problemas y experimentos físicos trabajando como laboratorio virtual, asimismo contamos con el software en la institución educativa y a la vez esta en el idioma español, lo que facilita en cierta medida su aplicación; más no de los otros programas mencionados. 3.5. EL SOFTWARE EDUCATIVO INTERACTIVE PHYSICS Todo programa de simulación es mínimamente abierto por cuanto permite al usuario variar algunos datos y/o parámetros de control de la simulación. Sin embargo, el caso de Interactive Physics, supone un tipo de simulación con características que lo hacen especialmente adaptado para su uso instructivo:  Es un entorno de simulación (esto es, permite realizar diferentes pruebas de simulación) dentro de la enseñanza de la Física. El tipo de contenidos curriculares que cubre son la enseñanza de Mecánica Clásica.  Las simulaciones que pueden organizarse de parte del profesor y alumnos son ilimitadas. Cada simulación consiste en el diseño 15

de uno o varios móviles (construidos mediante formas poligonales), de una situación espacial entre ellos (planos, objetos fijos, etc.) y la aplicación de unas fuerzas que determinaran su movimiento. Una vez diseñada la simulación, se ejecuta: los móviles se mueven en función del resto de objetos y fuerzas de la situación.  Las simulaciones son siempre visuales. El movimiento se ve en la pantalla del ordenador y es una representación (idealizada como toda representación) de los movimientos reales de los cuerpos. La representación es “realista” en el sentido de describir las trayectorias que las leyes de la Física prescriben. Factores generales como la fuerza de la gravedad, el rozamiento o la elasticidad pueden ser variados globalmente y afectan a la trayectoria de los objetos implicados.  El alumno puede obtener datos numéricos o gráficos de un buen número de variables implicados (velocidad, aceleración, rotación, posición, momento angular, etc.) Los simuladores de los aparatos de medida de estos datos pueden verse en pantalla de manera simultánea en la ejecución de la simulación. Los datos obtenidos pueden ser trasvasados fácilmente a una hoja de cálculo para su análisis posterior.  Finalmente, el desarrollo animado de la simulación queda registrado en la memoria del ordenador, pudiendo ser tratado como una cinta de video: parándolo, acelerándolo, volviendo tras, etc. En conjunto, se trata de un entorno de simulación muy poderoso a la vez que es muy circunscrito a su dominio. La posición de profesor o del alumno cuando lo utiliza es la de poseer un control muy elevado sobre un numero de parámetros muy importantes, con un interfaz de uso inmediato basado en el ratón y teclado. Las 16

limitaciones del entorno responden a las limitaciones y/o simplificaciones en la enseñanza de la Física a los niveles educativos mencionados. 3.6. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SOFTWARE Interactive Physics es un software4 que permite realizar simulaciones en diferentes áreas de la Física con objetos dibujados en la pantalla del computador. Podría decirse que es un laboratorio en movimiento elaborado desde el computador, en donde la animación da vida a los fenómenos simulados. El número de simulaciones que se puede realizar es limitado sólo por la imaginación del usuario. Interactive Physics combina una simple interfaz de usuario con la poderosa máquina que simula los fundamentos de la mecánica newtoniana. Se pueden generar simulaciones dibujando con el ratón sobre la pantalla del computador objetos, como se hace en los programas de dibujo en los cuales pueden aparecer resortes, cuerdas amortiguadores, poleas, medidores y una gran variedad de masas de diferentes formas. En otras palabras, se establece un modelo, que es una representación computarizada de algún sistema del mundo real y se produce con el fin de simular su comportamiento y estudiar sus características. El Interactive Physics, el modelo se define utilizando un conjunto de cuerpos y constricciones (por ejemplo, cuerdas, poleas, motores y articulaciones). Al ejecutar una simulación, los cuerpos y las

4 Hurtado Márquez, Alejandro y Fonseca, Mercado. (2002). Op. cit. Pág. 15-16. 17

constricciones actúan de modos definidos, por lo general para producir un movimiento. 3.6.1. RECONOCIENDO EL ENTORNO DEL INTERACTIVE PHYSICS Después de cargar el programa, Interactive Physics inicia una nueva ventana sin título y mostrando sobre la pantalla los diferentes elementos del programa (ver Fig. 1). FIGURA 1. PANTALLA INICIAL DEL INTERACTIVE PHYSICS 2000 EN ESPAÑOL.

 La barra de herramientas contiene todos los elementos que pueden ser usados para crear simulaciones. Con las herramientas se pueden definir objetos, resortes, cuerdas, fuerzas y muchos otros objetos.  Los controles de la simulación permiten manejar la ejecución y la visualización de la simulación, con ello se pueden controlar los pasos y tiempos de la simulación.

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 La barra de coordenadas permite ver las coordenadas del objeto y algunas de sus características como radio u orientación.  La franja de ayuda describe de manera concisa las características de la herramienta u objeto localizado con puntero del ratón. Por ejemplo, para el caso mostrado en la Figura 1, después de ubicar el cursor en el icono

,

aparece un mensaje, el cual muestra que esta herramienta determina una fuerza aplicada a un determinado objeto. 3.6.2. PASOS PARA CREAR Y GRABAR NUEVAS SIMULACIONES5 Los pasos para crear y grabar simulaciones con el software educativo Interactive Physics es como sigue: 

Ir al menú Archivo y seleccionar Nuevo para abrir un nuevo documento.



Dibujar y ubicar diferentes objetos con sus constricciones en el Espacio de trabajo: para realizar cualquier simulación en el Interactive Physics se debe disponer algún objeto sobre el espacio de trabajo, el cual representa el sitio donde se realizará la simulación de acuerdo con propiedades físicas del mundo como: el campo gravitacional, campo eléctrico, resistencia del aire, entre otros. Antes de colocar el objeto, es necesario que dicho

espacio de trabajo se adecué a un sistema de coordenadas 5 Ídem. Pág. 17-22. 19

(en este caso, cartesianas x, y), que contenga escalas que puedan dar información de la posición del objeto en un momento determinado. Para que aparezcan las divisiones de las respectivas escalas se va al menú Vista y se pica (hace clic) en Espacio de trabajo, donde se despliega ahora una caja de herramientas (ver Fig. 2), se pica en Líneas cuadriculadas y en Ejes X, Y. Las líneas cuadriculadas nos ayudaran a alinear los objetos. Si se desean otros atributos, el usuario puede seleccionarlos. FIGURA 2. CAJA DE HERRAMIENTAS DEL SUBMENÚ: ESPACIO DE TRABAJO

 Elegir un objeto (un círculo, por ejemplo), colocarlo y dibujarlo del tamaño que se desee en el Espacio de trabajo. Al hacer doble clic (o ir al menú Ventanas al escoger la opción de propiedades) aparece el cuadro de diálogo, en la Figura 3, allí se pueden especificar sus Propiedades, por ejemplo masa, coordenadas, componentes de velocidad, coeficiente de fricción, elasticidad, momento de inercia, entre otras. FIGURA 3. CUADRO DE DIÁLOGO PARA DEFINIR PROPIEDADES DE LOS OBJETOS.

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 Después de elegir las características del objeto hay que determinar físicamente las interacciones que dicho objeto podría tener con relación al mundo real, es decir, definir el Cuadro del mundo. En Interactive Physics la simulación tiene de manera que se puedan conformar diferentes parámetros físicos externos, que se denominan los parámetros del mundo. Al crear un documento para una simulación nueva, los ajustes iniciales para el mundo son: Gravedad (Gravity): La Tierra (9.81m/s2). Resistencia aérea (Air resistence): ninguno. Electrostática (Electrostatic): ninguno. Campo de fuerza (Field Force): ninguno. Estos valores asignados por defecto se pueden cambiar utilizando las opciones en el menú Mundo. Así por ejemplo cuando de dicho menú se escoge la opción Gravedad, se muestra un cuadro de diálogo como se ve en la Figura 4. FIGURA 4. CUADRO DE DIÁLOGO PARA EL MANEJO DE SIMULACIONES FÍSICAS CON GRAVEDAD.

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 Si se desea visualizar por ejemplo el vector velocidad, a medida que se realiza la simulación, se debe ir al menú Definir, se selecciona Vector y el submenú que aparece se pica en Velocidad. Un vector que se coloca sobre puntos y cuerpos representa gráficamente, por ejemplo, la velocidad, la aceleración y las propiedades de la fuerza. Para modificar la longitud del vector en la pantalla, se utiliza la opción Longitud de vectores en el menú Definir. Un vector es una flecha cuya longitud representa la magnitud de una cantidad física vectorial. Aquellos vectores que designan velocidad y aceleración tienen su origen en el centro de masa del cuerpo. Los vectores que exhiben valores de fuerza pueden originarse en el centro de masa del cuerpo o apuntar hacia el centro del mismo. Los vectores que exhiben fuerzas que aparecen entre cuerpos que chocan pueden estar en el punto de contacto o en el centro de masa de cada cuerpo. La longitud de un vector se basa en su factor de magnitud y escala. Según las propiedades de un vector, éste puede ser demasiado largo o corto para ser representado. El factor de escala de los vectores (ver figura 5) se puede 22

ajustar con la opción de Longitud de los vectores en el menú Definir. FIGURA 5. OPCIONES DE MODIFICACIÓN DE LA LONGITUD DE LOS VECTORES EN LA SIMULACIÓN.

Los vectores en Interactive Physics se pueden exhibir de varias maneras: a) mostrando sus componentes x, y. b) dibujando el vector resultante de colores diferentes, velocidad(azul), aceleración(verde), fuerza(rojo), o c) dibujando el vector en su punto de aplicación o en el Centro de masa del cuerpo sobre que actúa (para los vectores de fuerza solamente). La aparición de los vectores se puede cambiar desde la opción Exhibir vectores en el menú Definir (ver Fig. 6). Después de exhibir los vectores en la simulación. Se pueden quitar si ni se desea verlos, para ello se usa la opción Sin vectores del menú Definir para eliminar los vectores no deseados (el objeto debe estar relacionado).

FIGURA 6. OPCIONES PARA MODIFICAR LA APARIENCIA DE LOS VECTORES.

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 Ir al menú Medir para instalar medidores y gráficas que muestran la formación a ser analizada durante la simulación. El medidor aparece automáticamente en el espacio de trabajo; para el presente ejemplo se muestra la velocidad y en función del tiempo, el cual es obtenido de dicho menú picando la Velocidad y luego escogiendo el submenú la opción Gráfica Y. Se puede medir casi cualquier propiedad física en una simulación. Los medidores permiten obtener una información numérica y gráfica acerca de la simulación. Se pueden usar los medidores estándar o personalizarlos para medir, exhibir o evaluar expresiones aritméticas y matemáticas. Los medidores caen en un plano diferente del documento pera que no interfieran con la simulación efectiva. En Interactive Physics, las simulaciones tienen dos planos: uno para el modelo (construido de cuerpos y constricciones) y uno para otros objetos (como los medidores y controles). Al ejecutar una simulación del modelo ningún objeto en el otro plano (como un medidor o un control) va a interferir con el movimiento del modelo.

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 Para iniciar la simulación picar en el botón Arrancar de la barra de herramientas. Puede observarse que la trayectoria no aparece dibujada; para ver la se va al menú Ventanas luego el submenú Apariencia se escoge un criterio de selección (ver Fig. 7) que nos dará la forma en que se muestra dicha trayectoria a medida que se hace la simulación. FIGURA 7. CUADRO DE DIÁLOGO PARA DEFINIR LA APARIENCIA DEL OBJETO EN LA SIMULACIÓN.

 Al escoger una de las tres opciones de seguimiento mostradas en la Figura 7, Interactive Physics deja una imagen del objeto en movimiento, para los cuerpos y constricciones solamente, en ciertos intervalos ajustables. Se pueden seguir todos los objetos o uno a la vez.  Los objetos pueden dejar huellas visibles de su contorno, centro de masa, o vectores, para permitir seguir la acción física durante toda la simulación.  Se puede controlar el seguimiento mediante el comando Seguir en el menú del Mundo y las opciones de Seguimiento en la ventana de la Apariencia. Después de escoger alguna de las opciones de seguimiento y ejecutada la simulación, si se quiere borrar el trazo se va al menú Mundo y se escoge la opción Borrar huella automáticamente.  Si se desea poner un título o comentario para la simulación, simplemente hay que ir a la barra de 25

herramientas, se pica el ícono A y se lleva el cursor al apantalla y se edita como en cualquier software de dibujo. Esta opción permite añadir etiquetas a las simulaciones y alguna otra información. las etiquetas se consideran objetos textuales y se pueden corregir o borrar; su aspecto también se pude cambiar si se desea modificar el tipo de letra hay que ir al menú Objeto y seleccionar la opción Tipo, se escoge el tipo de letra (o el tamaño o estilo) deseado del submenú y el cambio nuevo afecta a todo el texto dentro de ese objeto textual. Si se desea borrar el texto, se pica sobre la herramienta (o icono) flecha

, se selecciona un objeto textual y se pulsa

Suprimir para borrar.  Además el texto que se pueda añadir con la herramienta texto, también es viable exhibir los nombres de los objetos en la pantalla. Esto se logra seleccionando Mostrar en el cuadro de Apariencia del objeto.  Para guardar la simulación ir al menú Archivo y escoger la opción Guardar como. No olvidar que los archivos almacenados que contienen las simulaciones realizadas por los usuarios tiene la extensión IP.

3.6.3. INTERACTIVE PHYSICS, UN PROGRAMA PARA LA SIMULACIÓN EN FÍSICA6 REALIZACIÓN DE LAS SIMULACIONES Construir una simulación es relativamente sencillo a través de las herramientas de trabajo que incluye el programa. 6 De la Torre Barbero, Miguel. (1998) Op. Cit. Pág. 39. 26

Basta con dibujar un objeto y un escenario. Con él, se puede dibujar cualquier tipo de objeto, enlazarlo con otro a través de cuerdas, muelles, comunicarle cierta velocidad y/o aceleración. Se pueden incluir poleas, ruedas dentadas, motores, etc. A los objetos se le pueden asociar dibujos como coches, balones, personas, etc., que se moverán junto con el objeto, dando mayor sensación de realidad. Y todo esto se pone en funcionamiento accionando la tecla ARRAN. Así, la actividad con entornos de simulación se situaría en la interacción entre el mundo de los signos y el de las ideas, mientras que las actividades enfocadas hacia la manipulación de lo concreto pueden desarrollarse sólo en el eje mundo real-mundo de las ideas, y la utilización de los dispositivos experimentales permite la comunicación entre el mundo real y el de los signos. Por tanto, las actividades con entornos de simulación permiten y facilitan que el alumno relacione diferentes registros de representación, favoreciendo la comprensión de las teorías y modelos.

3.6.4. ALGUNAS SIMULACIONES A MODO DE EJEMPLO SIMULACIÓN Nº 1: TRAYECTORIA DE UNA PELOTA LANZADA POR UN VEHÍCULO EN MOVIMIENTO.

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SIMULACIÓN Nº 2. MOVIMIENTO DE UNA BARCA EN UN RÍO.

SIMULACIÓN Nº 3. UN EJEMPLO DE MOVIMIENTO PARABÓLICO.

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SIMULACIÓN Nº 4. FUERZAS SOBRE UN CUERPO APOYADO EN UNA SUPERFICIE HORIZONTAL.

SIMULACIÓN Nº 5. MOVIMIENTO SOBRE UN PLANO INCLINADO.

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SIMULACIÓN Nº 6. UN EJEMPLO DE BALANCE ENERGÉTICO.

SIMULACIÓN Nº 7. ESTUDIO DE LA FUERZA ELÁSTICA.

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SIMULACIÓN Nº 8. ESTUDIO DEL MOVIMIENTO DEL PÉNDULO SIMPLE.

SIMULACIÓN Nº 9. UN EJEMPLO DEL ESTUDIO DE CAMPO GRAVITATORIO.

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VENTAJAS DE LA SIMULACIÓN Todos los estudiantes de Física tienen dificultades alguna vez a la hora de visualizar qué es lo que ocurre en un problema físico. Una buena representación mental de lo que está pasando les ayudaría a resolver los problemas de forma más eficaz. Por lo tanto, es conveniente ver lo que ocurre en una situación física, ya sea en la vida real o con la ayuda de una simulación. Las simulaciones que se pueden realizar con el programa Interactive Physics son especialmente interesantes porque, la mayoría de ellas, permiten el control de uno o más de los parámetros relevantes. El programa Interactive Physics7 está centrado sobre el registro de representación figurativa y favorece la producción de representaciones gráficas de medidas.

2.3. FORMAS DE APLICACIÓN Dada la diversidad de producción de software educativo es difícil encontrar recomendaciones generales para la producción se software educativo. Y creo que en general se pueden separar en dos grandes ramas: El uso de software y la producción del mismo.

7 Schecker, H. (1993). “Learning physics by making models”. Physics Education, 28, Pág. 102106.

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Una primer recomendación general, es la dada al inicio de esta plática: No olvidar a ninguna de las tres componentes: La componente sicológica que se traduce en un buen modelo didáctico explicito, en donde se tenga muy clara la participación de cada uno de los elementos a saber: la computadora, el maestro y el estudiante y en donde se tenga alguna forma de evaluar la comprensión de los conceptos matemáticos a enseñar. La matemática, para poder enseñar matemáticas se tiene que saber matemáticas, así si pretendo enseñar un curso tradicional de cálculo diferencial o realizar un determinado software que ayude a la enseñanza del mismo, es necesario que se tenga muy claros por parte del profesor y/o diseñador los conceptos matemáticos implícitos y explícitos. De ello depende tener un dominio de conocimiento completo para que el estudiante al interactuar con la computadora-sistema pueda siempre tener una respuesta adecuada. Por otra parte la elaboración de algoritmos eficientes no es un trabajo trivial, los algoritmos que se publican en la mayoría de los textos de análisis numérico resultan en general insuficientes tanto en tiempo como en problemas de implementación (loops) en la computadora. Así que es necesario repensar estos algoritmos y en general proponer uno eficiente que en general resulta de una mezcla de partes teóricas de matemáticas con algoritmos conocidos: Por ejemplo para crear un eficiente calculador de raíces reales es necesario a veces examinar el polinomio propuesto, y de ahí proponer un determinado método o incluso la combinación de varios. Y la tercera: La computación, para Taylor, la computadora era un medio no muy eficiente para llevar a cabo tareas de educación, ¿en que sentido? En el sentido que cuesta mucho tiempo y esfuerzo realizar programas que pongan en práctica algunas de las tareas educativas. Una recomendación didáctica en general es tratar de ofrecer al estudiante en la enseñanza de un concepto matemático, la reunión de varios mundos, contextos o como se le llaman hoy registros de representación semiótica. Es decir, cuando enseñamos un 33

concepto sería deseable ofrecer al alumno el concepto instanciado en un mundo geométrico, algebraico, aritmético, físico o real, etc. (esto desde luego si el concepto lo permite). Esto bajo el punto de vista de la programación ofrece dificultades muy serias al momento de crear interfases en donde los diversos mundos involucrados puedan interactuar. Además es necesario la creación de “parsers” o reconocedores de expresiones matemáticas, que un alumno puede escribir, con dos condiciones: Una que la expresión escrita en la computadora se refleje en la pantalla en forma muy semejante a la escrita con lápiz y papel y; Dos: que el sistema sea capaz de reconocer si la expresión escrita es sintácticamente correcta, antes de avaluar a la misma semánticamente. De no ser correcta sintácticamente, se requiere que el “parser” nos indique con precisión el tipo de error. Desde el punto de vista semántico es necesario que el sistema sea capaz de identificar la expresión y cualquier expresión equivalente, aún más a veces se requiere diferenciar entre dos expresiones equivalentes: (v. gr. Y = 3x + 5 ó 3x – y + 5 = 0) Todo esto traducido a trabajo de computo conlleva tares nada triviales en cualquier lenguaje. Sugerencias para la disposición de software educativo. Establecer con claridad el contrato didáctico en el curso a enseñar. Es decir, precisar en que forma y tiempo intervendrán: la computadora y/o software en el curso; el profesor con las explicaciones pertinentes y el alumno. Es necesario aclarar el rol de cada uno, antes de incorporar a la computadora en el aula. Se debe tener claridad en que conceptos matemáticos se van a enseñar y para cada concepto a enseñar a través del software se deberá de plantear una serie de actividades cuyo propósito es guiar al estudiante para que a través de sus acciones adquiera las habilidades deseadas, así como la comprensión del concepto. Es responsabilidad del profesor identificar tales operaciones y conectarlas bajo la guía de un planteamiento didáctico, transparente al estudiante, pero explicito para el docente. Seria deseable que la motivación para la realización de las actividades, se pudieran 34

plantear problemas que sean de interés para los estudiantes de acuerdo a su nivel escolar y social, y cuya solución conlleve la construcción del concepto matemático a enseñar. 

Diseñar las diversas actividades aprovechando la posibilidad de la computadora para que el estudiante visualice y manipule diferentes registros de representación de los conceptos bajo estudio;



Apoyar la formación de esquemas de visualización que permitan al estudiante construir su conocimiento acerca del dominio que se cubre; y



Considerar a la computadora como una herramienta cognitiva más que como una herramienta auxiliar para realizar cálculos numéricos y/o simbólicos. Sugerencias para la creación de ECAEM

El sistema debería de ser capaz de operar de un modo dual: como un ambiente exploratorio en donde el estudiante pudiera investigar sus ideas acerca de un cierto tema con la ayuda de las herramientas que le proporciona el sistema, y un ambiente tutorial en donde se presentan actividades que pueden ayudar al estudiante a construir un concepto de manera gradual y en cierta secuencia, de una manera similar a como lo haría un maestro real, lo anterior, bajo la concepción de un planteamiento didáctico transparente.

En el modo tutor de operación el orden de presentación de las actividades sería propuesta por el tutor del sistema, el cual debe ser flexible y adaptable a las necesidades del estudiante. Dicho orden puede quedar implícito en la organización y agrupación de las lecciones en el tutor, por ejemplo, a través de unidades, lecciones y actividades incluidas en las lecciones. Estas actividades deben fomentar los procesos de visualización y proponer actividades que efectúen tratamientos y procesos de conversión 35

entre registros en ambas direcciones, utilizando los registros como algo más que medios de ilustrar conceptos. El ECAEM puede tener un cierto “modelo de error del estudiante” constituido por una base de datos que contenga mensajes de errores que estadísticamente

ocurren

con más

frecuencia

para

las

diferentes

actividades que se proponen y que el tutor puede utilizar al detectar un error. Este modelo de error del estudiante desde luego no cubre todas las posibilidades de errores que se pueden cometer, pero esto no es vital para el sistema, ya que en este enfoque el ECAEM no es un sustituto del maestro,

sino

un

compañero

que

comparte

con

el

maestro

la

responsabilidad de la enseñanza, y es el maestro quien debe de tomar las decisiones de enseñanza.

En el modo tutor, para cada concepto a enseñar a través del ECAEM se deberá de plantear una serie de actividades cuyo propósito es guiar al estudiante para que a través de sus acciones adquiera aquellas operaciones (acciones interiorizadas) involucradas en el concepto. Es la responsabilidad del diseñador del ECAEM identificar tales operaciones y conectarlas siguiendo la idea de su organización en grupos. Así las actividades propuestas deben contemplar la realización de operaciones directas e inversas, adicionando a lo anterior diversas formas de solución con el fin de promover la asociatividad de las propias operaciones; en este sentido se propone seguir el modelo didáctico de Aebli (1995) y Cuevas (1999). La motivación para la realización de las actividades debería de ser la solución a problemas planteados por el tutor que sean de interés para los estudiantes de acuerdo a su nivel escolar y social. En síntesis, esta propuesta lleva consigo una tarea de investigación tanto en psicología cognitiva como en teoría didáctica. En este sentido coincidimos con Reusser (1993) quien propone a la computadora como una herramienta cognitiva

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El ECAEM pondría a la disposición del estudiante las herramientas incluidas en el sistema para las actividades propuestas en el modo tutor, permitiendo que el estudiante trabaje con el sistema en el modo exploratorio. Así el estudiante podría investigar ad libitum las operaciones relacionadas con los conceptos y podría aplicarlas a conjuntos de datos provenientes de problemas planteadas por el propio estudiante. El diseño de las actividades debe identificar para los conceptos considerados en el sistema los registros de representación involucrados y las unidades significativas en cada uno de ellos. El objetivo es promover con actividades la articulación de los registros por parte del estudiante y reflejar en los diferentes registros las acciones realizadas en uno en particular. Además de los registros de tipo algebraico, numérico y gráfico, sería conveniente considerar registros que simulen situaciones de problemas en contexto.

El entorno de aprendizaje con las características arriba mencionadas será más o menos inteligente según la calidad y flexibilidad de las respuestas que pueda ofrecer el tutor. En este sentido, más que buscar la inteligencia en el tutor lo que se desea es contribuir al desarrollo de la inteligencia en el estudiante. Es de tipo constructivista, no sólo por las facilidades proporcionadas por el sistema para que el estudiante realice actividades en el modo exploratorio, sino también porque su diseño es compatible con la idea de que el estudiante construya su conocimiento a través de la interiorización de actividades y la organización de operaciones en estructuras flexibles, esto es, en estructuras cognitivas.

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2.4. LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN

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REALIDAD VIRTUAL8 Realidad virtual: un sistema de computación usado para crear un mundo artificial donde que el usuario tiene la impresión de estar en ese mundo y la habilidad de navegar y manipular objetos en él. La realidad virtual es un camino que tienen los humanos para visualizar, manipular e interactuar con computadoras y con información extremadamente compleja.



SOFTWARE Es la parte lógica del sistema de cómputo. Es decir, conjunto de instrucciones en leguaje electrónico conocidos como programas. Estos programas están diseñados para resolver problemas y alimentan la memoria de la maquina a través de dispositivos de entrada como el teclado y el ratón.9



SOFTWARE EDUCATIVO Está constituido por programas creados para servir como medio didáctico, es decir, para facilitar los procesos de aprendizaje. Entre estos tenemos los programas tutoriales, los simuladores y constructores. Por ejemplo: Logo, Micromundos, clic, Interactive Physiscs, etc. 10

8Lycos.(s/f).Realidad Virtual.En: [http://usuarios.lycos.es/artofmusic/the_matrix_vr/definicion_vr.html] 2007: 26 de Mayo. 9 Estela Vilela, Carlos Daniel. (2004), Op. Cit. Pág. 26. 10 Ídem. Pág. 27. 38

CAPITULO III DISCUSIÓN O ANÁLISIS

En este punto, queremos informar sobre la manera de cómo se ha realizado el experimento, como ya se mencionó, se han utilizado dos grupos; un grupo experimental y un grupo control, en la cual cada grupo estuvo conformado por 66 alumnos. En el grupo experimental se han aplicado en el proceso de enseñanza aprendizaje de física, el refuerzo del aprendizaje asistido por el ordenador con el software educativo Interactive Physics y asimismo los alumnos han trabajado en pequeños grupos poniendo en práctica el aprendizaje colaborativo. En el grupo control, no se ha aplicado ninguna de las variables independientes mencionadas. La aplicación del software educativo Interactive Physics, ha consistido en los apartados siguientes: - Un apartado para “Diagnosticar” el conocimiento informático de los alumnos, para lo cual se ha aplicado una encuesta, cuyo resultado nos da a conocer que más de la mitad o sea el 50% de los alumnos no cuentan con una computadora en casa. el cuadro Nº 08, muestra los resultados sobre el conocimiento de los programas informáticos, utilizadas habitualmente por los alumnos en un nivel básico entre las siguientes: procesador de textos, hoja de cálculo, programas didácticos, correo electrónico, pagina Web, lenguajes de programación y programas de uso específico. - Un segundo apartado para la “Familiarización” del programa Interactive Physics, donde se le dio una información teórica y práctica sobre elaboración de simulaciones en el ordenador.

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- Un tercer apartado “Simulaciones” permitió presentar a los alumnos simulaciones físicas en un número de 2 a 3 por cada tema, simulaciones construidas por los mismos alumnos con ayuda del docente, en el conocido programa Interactive Physics, para lo cual cada alumno contaba con una guía elaborada por el docente. - Un cuarto apartado “Evaluación” en el cual cada alumno tenía que desarrollar y responder las preguntas propuestas en la guía de aprendizaje que previamente era trabajado en pequeños grupos. Sobre la realización de las actividades con simulador Interactive Physics se ha aplicado una encuesta con escalas de valoración a los alumnos a fin de que puedan mostrar su aprobación o rechazo a la forma como se ha realizado.

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CONCLUSIONES Dado los resultados de la investigación, nos permite llegar a las siguientes conclusiones: PRIMERA: El nivel de aprendizaje de los alumnos, en el cual no se aplicó el programa Interactive Physics, es regular, con un promedio aritmético de 12,56 puntos en el grupo experimental y 12,70 puntos en el grupo control. SEGUNDA: El conocimiento informático de los alumnos está en un nivel básico, lo cual es suficiente para la generación de simulaciones con el programa Interactive Physics mediante la cual dinamiza el aprendizaje de los alumnos a través de un número ilimitado de simulaciones. TERCERA: La influencia del software educativo Interactive Physics, se puede observar en el rendimiento de los alumnos (del grupo experimental), quienes en el pre test un 70% estuvo en el nivel regular, 18% en un nivel bueno y un 1% en un nivel muy bueno, pasando a un 26% en el nivel regular un 52% en el nivel bueno y un 11% en un nivel muy bueno; en el post test .

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SUGERENCIAS Dado los resultados de la investigación, nos permitiremos dar las siguientes sugerencias: PRIMERA: En definitiva, en todas las Instituciones Educativas de Nivel Secundario, para la enseñanza de la física y otras materias permanece abierta la oportunidad de integrar de una manera realista las Tecnologías de Información y Comunicación en el aula, sin perder de vista que el ordenador constituye una herramienta intelectual con la que el alumno puede aprender ciencia, siempre y cuando el profesor incorpore en el aula un diseño instruccional adecuado a su contexto escolar. SEGUNDA: A todos los profesores, invitamos a poner en práctica y fomentar el uso de la metodología de aprendizaje, empleando el simulador Interactive Physics para obtener mejores resultados en el aprendizaje de los alumnos y en la formación de la personalidad del mismo. TERCERA: A las Instituciones Educativas Secundarias, quienes cuenten con el aula de innovación pedagógica de la Dirección Regional de Educación de Puno, los software educativos interactivos, deben estar inmersos en la implementación de un diseño curricular como material pedagógico de apoyo, para traducir las grandes intencionalidades del currículo en el trabajo operativo de aula.

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