De ejercicios a casos y simulación, de profesor a coach Un cambio radical de como enseñar física Dr. Willy H. Gerber Instituto de Ciencias Física y Matemáticas, Universidad Austral de Chile Se reporta los resultados de un proyecto de tres años en que se reemplazan los tradicionales ejercicios y pruebas por un caso semanal asistido por un sistema computacional. El sistema verifica cada operación realizada por el alumno, indica errores y sus posibles causas y obliga al alumno a encontrar la solución correcta para poder proseguir. Los casos se relacionan con temas de interés para el área de especialización de los alumnos e incluye posibilidades de jugar con un simulador para explorar el resultado de este. Su solución es asistida por el profesor en clase, práctico, ayudantías y vía una página de Facebook dedicada que se integra en las redes sociales del alumno y fomenta el trabajo grupal entre estos. Las clases en si son de corte tradicional a excepción de que cierran con una checklist con preguntas sobre la materia vista y existe una versión filmada por tópico que permite el repaso posterior. La ponencia cierra con un análisis realizado con las psicólogas de la Unidad de Apoyo a la Enseñanza enfocado a detectar los grupos de estudiantes débiles en forma prematura y su soporte dirigido para el logro de una alta taza de aprobación del ramo.

1. Necesidad A mi juicio surgen cinco evoluciones que gatillaron la necesidad del desarrollo de un método radicalmente distinto de enseñanza a nivel pregrado en Universidades: N1: Enseñanza de temas mas complejos El avance científico y tecnológico de nuestra sociedad que requiere que se enseñen cada vez temas más complejos. N2: Reducción de tiempos por materia El aumento de tópicos a ser incluido en las carreras que lleva a que cada vez exista un menor tiempo para cada materia. N3: Aumento de alumnos menos preparados La tendencia a masificar la educación que conlleva a que cada vez alumnos menos preparados, o con mas deficiencias educacionales, se enrole en los cursos. N4: Se estudia para pruebas y no cómo se aplicará La masificación lleva a la necesidad de simplificar la forma de evaluar a los alumnos, lo que a su vez crea incentivos de estudiar para pasar la prueba y no para practicar como algún día se aplicará el conocimiento adquirido. N5: Posibilidad de que a futuro se deban reducir costos La futura tendencia, que hoy aún no se da, de que la masificación debiese llevar a un abaratar los costos de la educación. Por ello el presente documento muestra una estrategia que he desarrollado y aplicado en los últimos tres años. No lo veo como “EL” camino, si no que como una experiencia para que también otros exploren las posibilidades que hay para enfrentar los cambios que ya se están dando en la educación. Nota: El punto 5 se asocia a que en la educación se está dando lo mismo que en el mercado de los medicamentos: la salud se encarece aun que cada vez más personas la requieren. Esto debido a que algunos pocos controlan patentes y con ello precios y tratan de maximizar sus retornos. En la educación son los títulos profesionales y la marca que representan las Universidades que los avalan. Sin embargo, con el tiempo debiesen surgir las instituciones genéricas que probablemente generen un cambio mayor en el hoy tan lucrativo mercado. Por lo general son las crisis las que gatillan estos cambios. Como en los supermercados, en que en tiempos de crisis las personas migran a productos genéricos, pero cuando el problema económico pasa, aún continúan comprando el producto genérico.

2. Soluciones diseñadas 2.1 Necesidades de aumentar el nivel (N1) y reducir el tiempo (N2) Las necesidades de aumentar el nivel (N1) y reducir el tiempo (N2) se pueden abordar en una forma simple, modificando radicalmente los contenidos de la materia. Tradicionalmente cada especialidad enseña sus conceptos básicos dejando al alumno la tarea de aplicarlos a su correspondiente carrera. De hecho el académico no estudia el ámbito de trabajo del futuro profesional y enseña los “fundamentos” de la materia. La expectativa es que el alumno sea el que adecua después ese conocimiento a su campo de acción, cosa que difícilmente ocurre tanto por tiempo como dificultad de realizar esto. En esta solución el académico debe interiorizarse en las áreas de trabajo del futuro profesional, comprender cuáles son las herramientas que este va a emplear, la jerga que se usa en el rubro y proceder a reescribir la cátedra en función de esto. En el caso que no exista un uso directo y lo aprendido debe soportar a otra cátedra se debe trabajar con dicho colega para lograr una cátedra que de el soporte necesario. Por ello la solución para aumentar el nivel (N1) y reducir el tiempo (N2) S1: Cátedra a medida de la necesidad de la carrera del alumno Redefinir las cátedras en función de lo que el alumno empleará como futuro profesional, ya sea en forma directa o vía el soporte de otras cátedras. Se debe eliminar todo lo que se enseña por tradición y no tiene una aplicación directa. Adicionalmente debe redactarse basándose en los temas pertinentes del área y empleando la jerga típica del área. Esto se debe hacer necesariamente con los colegas del área o estudiando el trabajo de estos. De esta forma desaparecerían los ramos genéricos con nombres tales como “Física Básica”, siendo reemplazados por ramos a medida de la carrera. En estos solo se incluyen por ejemplo aquellos temas de mecánica o hidrodinámica que se necesitan. Si el ámbito de la hidrodinámica solo incluye líquidos que muestran un comportamiento laminar se omiten temas no relacionados. Esto aplica también a la enseñanza dentro del área en si. A modo de ejemplo, si se enseña física a un futuro pedagogo en física, se debe visualizar que el tema no es que el sea capaz de solucionar un problema físico con su matemática asociada, se debe enfocar en que el debe ser capaz de enseñar a alumnos como resolver el problema. Esto incluso aplica a la enseñanza de física a un alumno de licenciatura en física, que algún día se dedicará a la investigación, en ese caso se debe lograr enseñar como la persona modela y con ello formula las ecuaciones que son la base del problema a resolver. De esta forma el tradicional resolver de problemas solo se mantiene para aquellos alumnos que estudian carreras tipo ingeniería, que en lo futuro deberán justamente resolver este tipo de problemas.

2.2 Bajo nivel de los alumnos (N3) En este punto se tiende a culpar a los colegios y se olvida que la masificación significa que se está dando más oportunidades a alumnos que en el pasado, simplemente el sistema no les permitía estudiar. Sin embargo, no se trata de volver a limitar el ingreso, se trata de que nuestra sociedad necesite la masificación y con ello los sistemas de educación deben ser capaces de entrenar alumnos con menores puntajes de ingreso. Si se asume que la debilidad no se debe a la capacidad final de aprender si no que a la velocidad del aprendizaje entonces se puede concluir que la mayor dificultad es que habrán alumnos que “pierden el hilo” durante la clase y que después no son capaces de suplir la deficiencia por sus propios medios. Por ello es necesario crear las instancias para que el alumno pueda repasar lo visto y realizar consultas puntuales. Esto es también útil cuando al estudiar surgen dudas, por lo que dicho backup también es útil para los alumnos que en gran medida comprenden la clase. El backup que mejor resultados ha dado es el uso de videos sobre cada uno de los conceptos o desarrollos explicados. Al ser videos cortos, el estudiante puede volver a ver varias veces la presentación, sin sentir que está molestando al profesor o que alguien va a considerar que es incapaz. Adicionalmente se debiese complementar el video con un foro. Esto da la posibilidad de hacer preguntas, que las puede contestar el profesor u otro compañero. Muchas veces las preguntas expresadas por una persona, la tienen también otros estudiantes, con lo que el foro les da la posibilidad a todos de leer la respuesta. Por ello una parte de la solución para el problema de la debilidad de los alumnos (N3) está en: S2: Videos Contar con videos específicos de cada tema en que el alumno puede repasar/volver a consultar tópicos explicados en clase. A esto se debe sumar un foro que permita hacer preguntas y en que también otros alumnos pueden leer las respuestas, que muchas veces son dudas de más de un estudiante. La existencia de videos que permiten que el alumno pueda revisar y completar el aprendizaje después de clases, pueden llevar a un efecto negativo en que algunos alumnos se confían, no ponen atención o incluso no asisten a clases. Para evitar esto y asegurar que se ponga atención, se puede introducir un cuestionario básico (checklist) que se evalúa al final de la clase. Las preguntas son hechas públicas antes de la clase, siendo la idea de que el alumno durante de ésta, vaya verificando si le están quedando claros los temas, pudiendo preguntar y anotar comentarios en la misma hoja. Una vez concluida la clase, cada alumno recibe una hoja con tres preguntas seleccionadas al azar del cuestionario. Para facilitar la ejecución, la selección de preguntas es distinta para cada alumno. Por ello la tercera parte de la solución la comprenden: S3: Checklist Se genera para cada clase una lista de preguntas (Checklist), que el alumno debe poder contestar. Las preguntas son seleccionadas al azar y distintas para cada alumno. Las respuestas son alternativas

múltiples y no son conocidas previamente. Dicha evaluación es considerada en la nota final. Para permitir algo de flexibilidad en caso de inasistencia se elimina un porcentaje previamente definido de las checklists con menor puntaje. De esta forma se premia la asistencia y se deja una holgura para quienes tengan que faltar por fuerza mayor.

2.3 Soporte, masificación y reducción de costos (N3 y N5) La clave de la masificación es el uso de herramientas virtuales. Esto porque permite un apoyo continúo del alumno vía los chats descritos, el acceso a herramientas de repaso como los videos y el acceso apoyado a sistemas de resolución de casos. Por otro lado permite el trabajo con un número grande de alumnos sin necesidad de aumentar la planta académica. Por ello una parte clave de la solución es S4: Trabajo remoto Implementación de una plataforma basada en la web que permita un trabajo remoto con el alumno y un profesorado dispuesto a innovar y de trabajar en forma radicalmente distinta a la actual. La segunda parte de la solución puede ser el principal problema del cambio y significar que no van a ser las organizaciones tradicionales las que migren a los nuevos esquemas, si no que sean nuevas organizaciones las que se creen y desplacen a las antiguas.

2.4 Estudiando para ser un profesional (N4) La mayor parte del aprendizaje ocurre en el estudio posterior a la clase. Se realiza bajo la presión de que se deberá poder responder una prueba. En ese sentido se estudia no para dominar los conceptos y poder aplicarlos como futuro profesional, si no para poder pasar la prueba. Por ello es clave que la prueba que se defina corresponda al uso futuro de lo aprendido. Por otro lado existe la visión minimalista, en que muchos alumnos se dan por satisfechos si logran el mínimo para aprobar. Con ello lo que se está creando es un profesional a medias, uno que logra cumplir el mínimo y no que domina el tema en forma integral. Por todo ello uno de los esquemas que se pueden introducir es que el proceso de aprendizaje esté orientado en el trabajo futuro y su desarrollo del estudio en si sea la base de la evaluación. Por otro lado se puede evaluar no como una foto de la situación encontrada, si no que como el nivel alcanzado, permitiendo al alumno continuar trabajando hasta lograr un dominio integral. Para ello se pueden introducir casos que se basan en situaciones reales simplificadas. El alumno va desarrollando el caso, trabajando sobre un sistema que va directamente evaluando, indicando si se está trabajando en forma correcta o se están cometiendo errores y empleando esta misma información como base para la medida del desempeño. El sistema de apoyo que va revisando cada acción del alumno e indicando los errores cometidos debe ser flexible, permitiendo todas las distintas estrategias que el alumno puede emplear. En ese

sentido el sistema evalúa correcto uso de estrategias y no problemas específicos. Además los casos deben ser distintos para cada alumno, para evitar copias. Por ello la solución adicional que se incluye es: S5: Sistema de Casos Desarrollo del aprendizaje y evaluación basados en casos enfocados en la forma como el futuro profesional va a trabajar. Los casos deben de estar apoyados por sistemas que le permitan ir ingresando la solución, que a su vez es evaluada. Ante errores el sistema le debe señalar al alumno el origen del problema. Uno de los peligros de un sistema como el descrito, es que el alumno use el sistema para resolver el caso. Para ello él simplemente trata todas las alternativas hasta que alguna, sin entenderla, sea aceptada por el sistema. Fuera de ello, como el caso es resuelto fuera del aula de clases, existe la posibilidad que un tercero resuelva el caso y no el alumno. Por ello debe de existir un mecanismo de validación. Por ello el caso debe ser validado: S6: Validaciones de Casos Los casos deben ser posteriormente validados para asegurar que el alumno comprendió y no simplemente jugó con el sistema hasta que logró resolver o un tercero lo resolvió para el. En algunos casos se ha incluido un simulador que el desarrollo del caso va configurando. Los simuladores son pequeños programas gráficos, que permiten jugar con el resultado del caso. Esto contribuye a que el alumno explore lo estudiado y experimente la sensibilidad de distintos aspectos, frente a variaciones de los parámetros que definen el caso. Son percibidos por el alumno como un premio y permiten a corto plazo experimentar un beneficio obtenido del trabajo y no solo una inversión a largo plazo para cuando llegue a ser un profesional. Por ello hay un beneficio en incluir simuladores asociados al caso: S7: Simulador de Caso Cada caso debe configurar un simulador que le permite al alumno experimentar con la solución del caso. En particular puede estudiar como ésta varía si fueran otras las condiciones iniciales. El simulador debe ser motivante y ser percibido como un premio. Idealmente permite resolver o contestar algunas preguntas de interés. En algunos casos el trabajo remoto no es suficiente y se hace necesario crear espacios de trabajo para el alumno. Esto es salas con sistemas en que el alumno puede trabajar los casos y adicionalmente puede recurrir a un tutor en caso de dudas tanto conceptuales como relacionadas a la operatoria de los sistemas de apoyo. Por las barreras de autoridad que existen entre profesor y alumno es ventajoso que los tutores sean alumnos más avanzados. Por ello se puede apoyar mediante:

S8: Tutorías Las tutorías consisten en la habilitación de un espacio de trabajo para el alumno (lugar de trabajo y sistema computacional con acceso a los sistemas) y la posibilidad de que un tutor lo asista en la medida que se requiera. La ayuda se centra en el dominio de los sistemas, de los conceptos, de las ecuaciones asociadas a conceptos y modelos y la realización de los cálculos.

3. Forma en que se ha implementado Como se fue resumiendo, existe una serie de herramientas que soportan la implementación del método. A continuación se describirá brevemente como se implementó cada una.

3.1 Textos a medida El hecho que se deba aplicar los conceptos a una aplicación específica limita la posibilidad de emplear textos estándares, que tienden a ser genéricos. Por ello cada clase cuenta con un pdf específico que muestra los conceptos aplicados al rubro en cuestión.

Fig. 1: Los textos de soporte tienen que ser generados a Medida, ya que no existe mucha literatura.

3.2 La Checklist El segundo elemento de apoyo lo constituye la Checklist que contiene entre 20 a 40 preguntas relevantes para la materia de la clase. Contiene una pregunta, una ayuda y espacio en que el alumno puede escribir una nota que le permita recordar el significado.

Fig. 2: Ejemplo de Checklist Adicionalmente se generan por sistema las papeletas asociadas. Cada papeleta incluye tres preguntas y al reverso tres grupos de alternativas de respuestas.

Fig. 3: Papeleta con preguntas de la Checklist

Las preguntas son una selección de aquellas en la Checklist, las alternativas de respuesta no son hechas públicas para evitar que alumnos simplemente memorices las respuestas correctas.

3.3 Los Videos Para mantener una alta accesibilidad de los videos de las clases, éstos se cargaron a una cuenta youtube.com pública. Dicha cuenta tenía originalmente una clientela cautiva dada por los alumnos de la UACh, sin embargo hoy Chile representa sólo aproximadamente un 13% de las visitas.

Fig 4: El canal willyhgerber (http://www.youtube.com/user/willyhgerber) recibe hoy – junio 2013 - del orden de 24.000 visitas mensuales.

3.4 Descripción del Caso La base del estudio y de la evaluación la constituyen los casos. Estos no están formulados como ejercicios en que se entregan las variables necesarias y se piden resultados específicos.

Fig 5: Descripción de casos Se formulan como una serie de preguntas “de interés” para explorar asociados a variables que no se necesitan, pueden y tienen que ser calculadas. Además se entregan una serie de datos, algunos necesarios y otros innecesarios, además de un formulario con todas las ecuaciones.

Fig. 6: Formulario

3.5 El sistema de trabajo en los Casos El sistema propio está conformado por un servidor dedicado, en que operan pequeñas rutinas java sobre una base de datos con toda la información operativa. El panel de trabajo permite que el alumno vaya indicando qué operación realiza y con qué ecuación:

Fig. 7: En este caso se está calculando la presión de vapor saturado en un caso relacionado con la formación de lluvia. El sistema no conoce la solución de cada caso, pero sí tiene las reglas para juzgar si la operación tiene sentido y si el valor calculado es correcto. Existe también la posibilidad de ingresar arreglos de números y ecuaciones permitiendo una variedad de posibles tipos de trabajo. En caso de que el sistema detecta un error, permite analizar la situación para que el alumno pueda comprender y corregir su error.

Fig. 8: Revisión de posibles errores: verificar variables, valores, conversiones y cálculo

Con la revisión de ecuaciones el alumno puede verificar que ha identificado correctamente las variables necesarias, si realizó las conversiones en forma correcta y si ha calculado bien.

3.6 La Validación La validación se lleva hoy a cabo en dos etapas. En una primera el alumno recibe tres cálculos seleccionados al azar y debe explicar que estaba haciendo. Para ello debe describir la situación física descrita por la ecuación, el significado y origen de las variables a usar y el propósito que se sigue con el cálculo en particular. Si se trata de un resultado final, debe explicar el significado de lo calculado. Si la explicación no es satisfactoria, se rechaza la validación y el alumno debe defender en 20 minutos su caso frente a la pizarra. Dentro de este proceso el profesor puede consultar/cuestionar de modo de poder verificar que existe la comprensión esperada. El proceso actual toma bastante tiempo, por lo que no se puede ver como la metodología final a operar. Sin embargo se mantiene, pues es una buena forma de dialogar con el alumno y explorar los posibles orígenes de los problemas de aprendizaje que este tiene.

3.7 Simuladores Actualmente solo algunos casos se asocian con simuladores, en que las variables ingresadas o calculadas configuran cómo opera el simulador (ejemplo dimensionar en kinesiología un cuerpo y hacerlo caminar). En algunos casos los controles permiten operar el simulador, modificando parámetros y buscando soluciones específicas. Dicha acción se puede diseñar como un juego (ejemplo en epidemiologia para medicina: controlar la epidemia).

Fig. 9: Parametrización del caminador en Kinesiología

3.8 Foros Para facilitar la comunicación no se implementó un foro privado, si no se usa directamente la creación de una página de Facebook asociada a la cuenta del profesor. Existen dos ventajas importantes en este tipo de solución: no requiere de un gran esfuerzo de mantención y es parte de la plataforma que el alumno usa en forma cotidiana.

Fig 10: Foros vía páginas Facebook dedicadas

3.9 Control de Avance El sistema además permite que el alumno tenga un control detallado de sus logros y temas que tiene pendientes

Fig 11: Ventana de control de avance para el alumno

La pantalla de control que indica tanto para los casos como las checklists la situación actual (la nota que se obtendría si no se hace nada más) y la nota proyectada (la nota que se obtiene si se atienden todos los temas pendientes).

4. Resultados a la fecha Para analizar la efectividad del método contamos con los datos de dos cursos de distinto nivel de puntaje PSU. El curso FSCA004 se caracteriza por alumnos de bajo puntaje mientras el FSCA022 lo es de alto puntaje. En el caso del curso FSCA004 se presentan sólo los datos del primer semestre, ya que por lo general el segundo semestre lo toman repitentes del primer semestre y de años anteriores. Además se eliminaron alumnos que presentaban una nota de 1.0, ya que corresponden generalmente a alumnos que nunca participaron en el curso. En este caso el año 2012 y 2013 fueron realizados con el método descrito. Si se observa la nota promedio del curso, se nota una variación significativa:

Fig 12: Promedio de nota de presentación a examen curso FSCA004 primer semestre de cada año El otro aspecto es la taza de alumnos con nota de presentación a examen inferior a 4.0 que baja dramáticamente:

Fig. 13: Taza de alumnos con nota de presentación a examen inferior a 4.0 en el curso FSCA004

Si se compara con el curso FSCA022 de alumnos de alto puntaje. Los años 2011 y 2012 son con el sistema descrito, aunque en el 2011 aun no existía la Checklist. La nota promedio no muestra un cambio significativo:

Fig. 14: Promedio de nota de presentación a examen curso FSCA022 De igual forma la taza de alumnos con nota de presentación a examen inferior a 4.0, que es muy baja se mantiene en el nivel histórico:

Fig. 15: Taza de alumnos con nota de presentación a examen inferior a 4.0 en el curso FSCA022 Si se analiza la distribución de notas, se observan cambios fundamentales en el caso del curso FSCA 004. Si se compara el año 2011 con el método tradicional con 2012 en donde opera el método descrito, se observa:

Fig. 16: Distribución de notas con ambos métodos en el curso FSCA 004 Aquí llama la atención que en el método tradicional la distribución presenta un peak en el primer rango y luego una distribución en torno del rango 4 a 5, mientras que en el nuevo método dicho máximo se desplaza al rango 6 a 7. Si comparamos esta distribución con la del curso FSCA022:

Fig. 17: Distribución de notas con ambos métodos en el curso FSCA022 Aquí ambas distribuciones son similares, por lo que el método no contribuye en forma significativa a mejorar la situación de alumnos de mayor puntaje. Lo que llama la atención es que la distribución del curso FSCA004 con el método nuevo, se parece más a la del curso FSCA002, lo que podría significar que el método nuevo logra un desempeño similar al de alumnos de mayor puntaje. La diferencia en el rango superior podría deberse a la ayuda que entregó la unidad al aprendizaje que realizó tutorías con alumnos del curso FSCA004.

5. Conclusiones y próximos pasos 5.1 Conclusiones Aún cuando se cuenta con pocos semestres para evaluar, existen indicios importantes de que el método logra acercar el desempeño de alumnos de menores puntajes del la PSU a los de alto puntaje. De igual forma da la impresión (totalmente subjetivo) que también los alumnos de mayor puntaje muestran un mayor dominio que se refleja en conversaciones sobre temas relacionados. Da la impresión que logran mejor analizar las situaciones que se discuten, comparado con la situación en que obtenían buenas notas por resolver ejercicios. El problema es que no contamos con una medida objetiva que muestre si esto es una mejora real.

5.2 Próximos pasos Una de las fortalezas que ha mostrado la experimentación en estos dos últimos semestres, es la fascinación que crean simuladores asociados al caso, que aún no han sido implementados en forma sistemática. Por ello el objetivo es extender los simuladores a todos los casos. Por otro lado la validación toma hoy bastante tiempo y existe en algunos alumnos la tendencia de “probar suerte”. Ha sido beneficioso el acortar a 20 minutos la revisión en oficina, ya que lleva a que el alumno estudie más para tener un dominio que le permita en 20 minutos defender su trabajo. Por otro lado la defensa ante la pizarra permite leer expresiones corporales que muestran que la persona domina o está adivinando, por lo que es un método poderoso de asegurar que se está validando correctamente. Por todo ello y ante la posibilidad de un semestre con problemas de paros y suspensiones de clases, se puede tratar de implementar una validación virtual. En ésta, el alumno tiene que explicar el caso ante su webcam en 3 minutos con el simulador, los datos y las ecuaciones. La idea es que en un minuto usando el simulador explique el caso en sí, en un segundo minuto explique con los datos del caso como procedió (secuencia) concentrándose en lo relevante y en el tercer minuto discuta el resultado. La idea es que pueda realizar varias veces el ejercicio hasta que sea satisfactorio y ese video es el que se entrega para la revisión por el profesor. Para evitar la pérdida de independencia en la evaluación el video solo se usa para confirmar o desechar la comprensión, no para evaluar y poner notas.