Información Proyectos I.E.



FLÍPSICA: Experiencia de transformación metodológica en Física General basada en la investigación educativa

Coordinador(a): LUIS SEIDEL GOMEZ DE QUERO
Centro: E.T.S.I. INDUSTRIALES
Nivel: Nivel 2. Proyectos promovidos por otros colectivos de profesores de la UPM
Línea: E1. Aula Invertida
Palabras clave:
  • Abandono de estudiantes
  • Alumnos nuevo ingreso
  • Analíticas de aprendizaje-Learning analytics
  • Aprendizaje Activo
  • Aula Invertida-Flipped classroom
  • Calidad en la enseñanza
  • Competencias específicas
  • Evaluación del aprendizaje
  • Grupos numerosos de estudiantes
  • Investigación educativa
  • Just in Time Teaching (JiTT)
  • Materias básicas en ingeniería y arquitectura
  • Moodle
Miembros de la comunidad UPM que lo componen
Nombre y apellidos Centro Plaza Email
M. ENCARNACION CAMARA MORAL E.T.S.I. INDUSTRIALES TITULAR UNIVERSIDAD me.camaramoral[at]upm[dot]es
LUIS SEIDEL GOMEZ DE QUERO E.T.S.I. INDUSTRIALES L.D. PRF.CONTR.DOCT. luis.seidel[at]upm[dot]es
ALVARO LAVIN HUEROS E.T.S.I. INDUSTRIALES L.D. PRF.CONTR.DOCT. alvaro.lavin[at]upm[dot]es
M. PILAR MARTIN BLANQUER E.T.S.I. INDUSTRIALES L.D. PRF.COLABORADOR mariapilar.martin[at]upm[dot]es
MARCOS DIAZ MUÑOZ E.T.S.I. INDUSTRIALES L.D. PRF.CONTR.DOCT. O.A. marcos.diaz[at]upm[dot]es
MARIA FE LAGUNA HERAS E.T.S.I. INDUSTRIALES L.D. PRF.CONTR.DOCT. O.A. mariafe.laguna[at]upm[dot]es
SARA LAUZURICA SANTIAGO E.T.S.I. INDUSTRIALES L.D. PRF.AYUD.DOCTOR sara.lauzurica[at]upm[dot]es
DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO

En los últimos diez años, la enseñanza de la Física de nivel universitario, especialmente en primer curso, ha experimentado un notable avance generado por los resultados de la investigación sobre la propia enseñanza, que se conoce como Physics Education Research (PER). Una gran cantidad de estudios, utilizando instrumentos propios, como los cuestionarios conceptuales, y con metodologías rigurosas, compartidas con investigaciones en áreas similares (lo que se conoce como DBER, Discipline-Based Education Research) han puesto a prueba metodologías tradicionales e innovadoras. Esta línea de investigación ha recibido también un fuerte apoyo institucional, por la importancia de fomentar las enseñanzas STEM (science, technology, engineering, mathematics). En este ámbito, se puede asegurar que la linea PER, que se refiere en particular a la enseñanza de la física, es la más avanzada y mejor establecida.

Dentro de las investigaciones más relevantes en PER, se encuentran las de los grupos liderados por Carl Wieman (premio Nobel de Física 2001, actualmente en la Universidad de Stanford) y Eric Mazur (Universidad de Harvard). En el primer caso, un artículo publicado en Science en 2011 (Improved Learning in a Large-Enrollment Physics Class; doi:0.1126/science.1201783) y que ha sido citado cientos de veces, demostró la espectacular mejora (más de dos veces la desviación típica) en el aprendizaje de un tema concreto de física general, al emplear las horas de clase (en grupos de más de 200 alumnos) en actividades que denominan de práctica deliberada (preguntas conceptuales, resolución de ejercicios, dudas,...). Para ello, el orden tradicional de la enseñanza de la física (exposición teórica - ejemplos - ejercicios - dudas - memorización) debía alterarse. La eficacia es mucho mayor si las horas de clase son aquellas en las que el estudiante tiene una participación mucho más activa, frente a la actitud muchas veces pasiva de la clase tradicional. Con este trabajo, Wieman puso un sólido fundamento a la metodología de flipped classroom en física.

En el segundo caso, el grupo de Mazur ha dedicado muchos años a desarrollar (también para grupos grandes de física de primer curso) la metodología de Peer Instruction (instrucción por compañeros), demostrando también la mejora de los resultados (doi:10.1126/science.1168927 ; Peer Instruction: Ten years of experience and results doi:10.1119/1.1374249) con ideas muy parecidas a las aplicadas por Wieman.

Los resultados de ambos grupos de investigación son suficientemente contundentes (y, por otra parte, sencillos de aplicar y comprobar) como para que resulte muy atrayente plantearse replicar esas experiencias. Eso es lo que queremos llevar a cabo en el Proyecto de Innovación Educativa que solicitamos. Llevar a cabo una experiencia similar a la descrita en el primer trabajo mencionado, evaluar la aplicabilidad de la metodología de flipped classroom en nuestro entorno (física de primer curso de grados en ingeniería) y medir su eficacia.

La finalidad fundamental del proyecto es el diseño, aplicación y evaluación de una experiencia en física de primer curso basada en los trabajos antes mencionados, que incluyen la necesidad de "invertir" el aula y de la práctica deliberada mediante la instrucción por compañeros.

OBJETIVOS DEL PROYECTO

Los objetivos que pretende alcanzar el proyecto son los siguientes:

  • Dotar a los profesores de las asignaturas implicadas de la formación necesaria en los resultados de las investigaciones recientes en enseñanza de la física.
  • Desarrollar los materiales necesarios para el diseño y aplicación de la experiencia.
  • Evaluar la posible mejora en el aprendizaje, comparando los datos obtenidos en los grupos de clase en los que se aplica la metodología experimental con los de grupos de control en los que se mantiene el método tradicional.
  • Analizar los resultados obtenidos en la experiencia, valorando la posible aplicación a más temas de la asignatura en cursos sucesivos.
CONTRIBUCIÓN A LA MEJORA DE LA CALIDAD

Todas las investigaciones publicadas sobre métodos de implicación interactiva en la enseñanza de la física, desde el famoso trabajo de Hake en 1998 (Interactive-engagement versus traditional methods: A six-thousand-student survey of mechanics test data for introductory physics courses doi:10.1119/1.18809) coinciden en mostrar la mejora de resultados en los instrumentos de evaluación más utilizados, como los cuestionarios conceptuales. Sin embargo, nos parece interesante comprobar si se produce esa mejora en nuestros estudiantes, con un perfil y unas actitudes probablemente distintos de los estudiantes norteamericanos.

Las etapas del aprendizaje de la física en las que es más probable obtener una mejora significativa son: comprensión de conceptos, dismunuyendo notablemente los errores conceptuales más frecuentes y técnicas de resolución de problemas, tanto numéricos como analíticos.

Como se va a realizar la experiencia solo en algunos grupos de las asignaturas implicadas, se pondrá especial cuidado en que la posible mejora no perjudique a los estudiantes de los otros grupos. 

ALCANCE Y PÚBLICO OBJETIVO AL QUE SE DIRIGE

Los profesores participantes en el Proyecto pertenecen al Departamento de Física Aplicada e Ingeniería de Materiales de la ETSI Industriales (UPM).

La experiencia se va a llevar a cabo en la asignatura de Física General II, que se imparte en las titulaciones de Grado en Ingeniería en Tecnologias Industriales, Grado en Ingeniería Química y Grado en Ingeniería de Organización. Aunque los contenidos de la asignatura no son exactamente iguales para las tres titulaciones, el tema del programa sobre el que se hará la experiencia sí tiene resultados de aprendizaje idénticos. El perfil de los alumnos es bastante similar: la nota de corte en las tres titulaciones en el curso 2016/17 ha sido parecida (entre el 10,4 de GIQ y el 11,1-11,2 de GIO y GITI) por lo que se puede suponer que son buenos estudiantes, motivados y trabajadores, aunque la formación previa en física de bachillerato puede ser bastante distinta. El número de alumnos implicados es de unos 600: 460 (GITI), 70 (GIQ) y 70 (GIO).

FASES DEL PROYECTO Y ACCIONES QUE SE VAN A DESARROLLAR

La convocatoria de PIE actual obliga a concentrar los proyectos en pocos meses. Por eso hemos elegido una experiencia que se desarrolla íntegramente en el segundo semestre del curso 2016/17.

La experiencia se lleva a cabo durante una semana de clase. En nuestro caso, hemos elegido el tema de Inducción Electromagnética, que se aborda en la semana 9 del semestre (última semana de marzo de 2017). En esa semana, los grupos de clase se dividen en dos: grupos T (tradicionales) y grupos F (de flipped, o aula invertida). En los grupos T la clase se desarrolla como en cursos anteriores. En los grupos F, los estudiantes son advertidos la semana anterior del desarrollo de la experiencia.

En cuanto se conozca la resolución de la convocatoria de proyectos de IE, el grupo de profesores que participan en la experiencia pondrán en marcha la misma siguiendo las fases que se detallan a continuación:

  • En primer lugar se informará a los delegados de curso de la experiencia y de lo que se espera que hagan los alumnos de los grupos T y F. Es fundamental para el éxito de la experiencia la participación activa de todos los alumnos. Para fomentarlo, se aplicará una bonificación en la nota de evaluación continua a los alumnos que participen en el conjunto de la experiencia, tanto de los grupos T como F. Además, se asegurará que no habrá ninguna discriminación posible en la nota final de la asignatura por haber estado en un grupo T o F.
  • Durante el mes de marzo se elaborarán los materiales que se describen en el apartado siguiente.
  • En la semana anterior a la experiencia, se pasarán cuestionarios breves en clase (tanto en los grupos T como F) para comprobar si en los temas cubiertos hasta ese momento hay diferencias significativas entre los grupos (por experiencias anteriores tenemos bastante confianza en que no hay diferencias significativas). También se pondrá a disposición de los alumnos de los grupos F el material de lectura que contiene la exposición teórica del tema.
  • En la semana posterior a la experiencia se pasará otro cuestionario breve en clase (en todos los grupos) sobre el tema propuesto (Inducción Electromagnética). Este cuestionario, de unas 10 preguntas, tanto conceptuales como numéricas, de elección múltiple, es el que permitirá medir la eficacia de la metodología de aula invertida. También se pasará una breve encuestra de calidad sobre la experiencia realizada en los grupos F.
  • Durante el mes de abril se analizarán los datos obtenidos.
  • En el mes de mayo, posiblemente coincidiendo con la última prueba de evaluación continua, se propondran uno o dos ejercicios adicionales sobre el tema en el que se ha realizado la experiencia, para comprobar si se mantiene el efecto del cambio de unos grupos frente a otros.
  • Durante junio y julio, se realizará el informe final, que se hará llegar a la dirección del departamento y a los delegados, y se llevarán a cabo acciones de difusión, si los resultados han sido tan relevantes como se espera (noticia en la web de la UPM, comunicaciones a congresos,...).
RECURSOS Y MATERIALES DOCENTES

En el trabajo seminal que hemos citado al principio, se destaca que la mejora tan importante que se observa en los grupos F no se debe a que utilicen materiales docentes muy elaborados (videos, animaciones interactivas,...) ni a que los profesores de esos grupos sean los mejores (de hecho, el grupo en el que mantuvieron la metodología tradicional estaba impartido por un profesor con mucha experiencia, muy buena valoración y que utilizaba herramientas "modernas" en sus clases) sino al cambio en la actitud e implicación activa de los alumnos en esas horas "invertidas" de clase. Por eso no planteamos como objetivos del proyecto la elaboración de materiales (como videos, animaciones interactivas, ejercicios para Moodle) sino el diseño y evaluación de la experiencia, limitada a una semana de clase.

Además, utlizamos los resultados y materiales producidos en PIEs anteriores en los que hemos participado. En concreto, el PIE "LOP: Learning Outcomes in Physics; Resultados de Aprendizaje en Física" (IE1415-05019) y el PIE "Desarrollo de ejercicios interactivos de autoevaluación para las asignaturas de Física General de la ETSI Industriales" de la convocatoria 2010-11. 

Los recursos necesarios para la experiencia son los ya disponibles en las aulas: ordenador y proyector, acceso al Moodle UPM. Será muy conveniente que los alumnnos accedan al Moodle UPM individualmente en clase a través de su móvil para responder a las preguntas y ejercicios que se irán planteando.

Para llevar a cabo la experiencia elaboraremos los siguientes materiales docentes:

  • Los alumnos de los grupos F deben trabajar, antes de cada una de las dos clases "invertidas", unos apuntes que contienen la exposición teórica de la materia. Este material será idéntico al que podrían obtener copiando apuntes en la clase tradicional.
  • Cuestionario previo de comparación de grupos, basado en cuestionarios conceptuales estándar, como el BEMA (Brief Electricity and Magnetism Assesment) con el que tenemos amplia experiencia.
  • Actividades para llevar a cabo en los grupos F en la semana de la experiencia (preguntas conceptuales, ejercicios cortos, dudas frecuentes,...)
  • Cuestionario de evaluación para todos los grupos, como se ha descrito antes.
  • Encuesta de calidad y valoración de la experiencia, para los grupos F. 
SEGUIMIENTO Y EVALUACION

La memoria final del proyecto recogerá el análisis detallado de los resultados. En particular, se analizarán los resultados del cuestionario de evaluación. Si el número de alumnos que participan permite hacer un buen estudio estadístico, se pretende comparar también si la mejora obtenida es distinta entre los mejores alumnos del grupo y los alumnos con más dificultades y si hay diferencias por otras variables (sexo, nota de entrada, ...).

Si es posible, se analizará para cada grupo y para cada alumno la ganancia de Hake. También se pretende discriminar en los resultados obtenidos, la mejora en aspectos conceptuales y resolución numérica y analítica de ejercicios.

Las herramientas analíticas que se uilizarán son las habituales en los trabajos publicados en PER (Physics Education Research). 

PRODUCTOS RESULTANTES

La experiencia obtenida en el proyecto permitirá tomar decisiones sobre posibles cambios metodológicos en la asignatura, sobre su alcance y sobre la carga de trabajo adicional que impone sobre los profesores. En el informe final nos comprometemos a evaluar estos aspectos, y a reflexionar sobre los resultados reales de la experiencia, tanto si han sido comparables a los que queríamos reproducir como si no lo han sido tanto, y por qué no lo han sido.

Confiamos que la experiencia nos permita profundizar en los procesos de enseñanza/aprendizaje de la física mediante la investigación educativa y nos ponga a un nivel comparable al de grupos internacionales que trabajan en el mismo campo y con herramientas parecidas.

Por tanto, el potencial del proyecto es grande, tanto por su posible aplicación a corto plazo en la mejora de la asignatura de Física General II, como en su extensión a otras asignaturas del departamento (Fïsica General I, Mecánica, Electromagnetismo) con las que comparte objetivos y competencias. También es muy posible que la difusión del proyecto en congresos y publicaciones produzca un efecto positivo en la enseñanza de la física en primer curso de grados de ingeniería.

MATERIAL DIVULGATIVO

Si los resultados del proyecto son positivos, como se prevé, se elaborará una noticia para su difusión en la UPM.

COLABORACIONES

No está prevista una colaboración formal con otros departamentos o instituciones durante los meses que abarca el proyecto. Sin embargo, la línea de investigación en la que se enmarca ya se lleva a cabo colaborando con varios departamentos de física de la UPM.