PROPUESTA DE APLICACIÓN DEL PENSAMIENTO DE SISTEMAS
EN LA EDUCACIÓN MEDIA, CON UN SOPORTE INFORMATICO

Hugo Hernando Andrade Sosa, Carlos Arturo Parra Ortega, Grupo SIMON de Investigaciones en Modelos y Simulación. Escuela de Ingeniería de Sistemas e Informática.
Universidad Industrial de Santander.
Ciudad Universitaria. Calle 9 Cra. 27 Bucaramanga, Colombia
TEL/FAX: (976)-349042
A.A. 678
Correo Electrónico: handrade@uiscol.uis.edu.co


RESUMEN

Esta propuesta de aplicación del Pensamiento de Sistemas (PS) en la educación, constituye una alternativa al enfoque actual de aprendizaje dirigido por el profesor, preponderante en nuestro medio; y consiste en una planteamiento pedagógico e informático orientado al aprendizaje dirigido por el alumno, para lo cual se apoya en una visión constructivista del aprendizaje y en el paradigma de Pensamiento Sistémico, identificando puntos de convergencia que integran un todo contructivista y sistémico que potencializa el proceso educativo. Como útil informático para recrear las situaciones de aprendizaje se utilizó la Dinámica de sistemas (DS), metodología de modelado conceptual y matemático de fenómenos de diversa naturaleza. Para instrumentalizar esta propuesta, se diseño un ambiente educativo informatizado, el cual redefine los roles del profesor y del alumno y las características de los materiales educativos, los que tienen un alto componente infomático y combinan características de software simulador, micromundos y tutores; un prototipo para el área de Ciencias se encuentra en desarrollo y se evaluará su aceptación por alumnos y docentes así como su efectividad en los resultados. Esta labor de investigación se desarrolla en el marco de las actividades del grupo SIMON de investigaciones en modelos y simulación de la Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga Colombia.

INTRODUCCION

El Pensamiento de Sistemas (PS) es un paradigma de razonamiento que nos permite observar un fenómeno como un todo sistémico, y que tiene un gran potencial para proponer soluciones a problemas complejos. El objeto de este trabajo es proponer un marco general de referencia y un instrumento informático para difundir el paradigma del PS a través del sistema educativo formal. Esta propuesta es el resultado del estudio de las siete formas de Pensamiento lógico-matemático planteadas por Richmond y de considerar los grandes enfoques educativos para seleccionar de ellos el enfoque constructivista por sus puntos de convergencia con el PS, que facilitan su integración en el proceso educativo.

Algunos de estos puntos en común son:

No solo basta usar el PS con un enfoque constructivista, sino que es necesario poner a prueba los modelos mentales que representan las ideas previas. A esto aporta la informática y la Dinámica de Sistemas (DS) como una metodología de modelado, la cual nos permite construir a partir de un modelo mental de la realidad un modelo formal, representado gráficamente con un conjunto de símbolos y relaciones que facilita el proceso de lograr ecuaciones que puedan simularse en un computador, para representar la dinámica del comportamiento de dicha realidad mediante dibujos representativos de cada elemento del sistema modelado. La aplicación del PS con enfoque constructivista tiene implicaciones en la redefinición de los roles del docente, del alumno y el papel de los materiales educativos. Esta redefinición hace necesario el diseño de un ambiente educativo que integre docentes, alumnos, material educativo y formulación de objetivos y contenidos de la clase.

Dentro de ese ambiente educativo, los roles del alumno son, entre otros:

Aplicando el mismo razonamiento para el docente: Para instrumentalizar la metodología se utilizaron materiales educativos informatizados, con los cuales los alumnos se ayudan en la construcción de modelos, encargándose el docente de conformar el ambiente de simulación adecuado (proporcionando solamente los elementos de ese ambiente). Para este fin, se ha diseñado un software de simulación con ciertas características educativas para que la persona recree su propia realidad y pruebe sus modelos, y cuando ajuste sus modelos mentales, se producirá el cambio conceptual deseado.

EL PROCESO EDUCATIVO Y EL CONSTRUCTIVISMO

Como casi todo sistema, el sistema de educación formal está evolucionando con el tiempo. En las últimas décadas se han visto varios experimentos innovativos en proceso educativo y en tecnología. Los salones abiertos, la instrucción apoyada por el computador y los cursos interdisciplinarios son algunas de las iniciativas que se experimentan.

A pesar de estos intentos, un proceso educativo sigue dominando la enseñanza: aprendizaje dirigido por el profesor. En algún grado todos somos productos del aprendizaje dirigido por el profesor, donde el salón de clase está organizado en filas o en semicírculos y al frente está el profesor, cuyo trabajo es transmitir lo que sabe a los estudiantes; el trabajo del estudiante es recibir la mayor cantidad de información que se le transmite, para lo cual debe "estar quieto y prestar atención".

Contrasta con la anterior idea de proceso educativo, el enfoque constructivista, este asume que el aprendizaje es fundamentalmente una construcción en vez de un proceso de asimilación. Esto significa que para aprender el estudiante tiene que construir o reconstruir lo que está tomando significado. Según la idea constructivista, las estrategias para lograr el aprendizaje no pueden estandarizarse, debido a que la persona construye en diferentes formas, diferentes lugares y en secuencias diferentes. La construcción es un proceso activo, en el cual el alumno no solo puede estar "quieto" y escuchar. Profesor y alumno tienen nuevos roles: El profesor provee de materiales y estrategias alternas para la construcción, con un contacto individual para cada alumno dentro del ambiente de educación; los estudiantes tienen la opción de trabajar en equipo o individualmente. Para que el enfoque constructivista sea viable, se requerirán no solo cambios en los roles señalados, sino en los demás componentes del sistema educativo, y a dicho cambio integral puede aportar significativamente el Paradigma del PS y las herramientas de aprendizaje que se apliquen, potencializadas con la tecnología computacional del presente.

EL PARADIGMA DEL PENSAMIENTO DE SISTEMAS Y SU APLICACION

El paradigma del PS, de combinarse con el proceso de aprendizaje constructivista, produciría estudiantes ansiosos de entender como trabajan realmente las cosas, y cómo estas pueden cambiar con el tiempo como consecuencia de cambios en las relaciones dinámicas que las sustentan; faltaría entonces construir herramientas adecuadas para instrumentalizar este planteamiento y lograr alternativas para introducir el Pensamiento Sistémico como componente guía y objetivo del proceso educativo mismo. Para introducir el PS esta propuesta asume siete formas del PS , en el contexto educativo llamadas formas de pensamiento crítico. Las siete formas que constituyen las destrezas de este son descritas a continuación, agregándoseles las actividades que permiten que se desarrollen, y el grado de educación media donde es propuesta la ejercitación.
 
 

Forma de Pensamiento Características Forma de desarrollo
Pensamiento estructural (PE) Reconocer causalidad entre diversos factores Ciclos causales simples, simulación por computador de fenómenos. (Grado 6).
Pensamiento dinámico (PD) Hallar patrones de comportamiento Asociar ciclos causales con su comportamiento, simulación por computador. (Grado 7).
Pensamiento genérico (PG) Identificación de similitudes y analogías entre fenómenos de naturaleza diferente Uso de arquetipos causales (Se requiere PE y PD).
Pensamiento operacional (PO) Identificar como trabajan realmente las cosas Prueba de modelos causales en computador (Grado 6-8).
Pensamiento científico (PC) Pensar en términos de cuantificación de las cosas y de probar hipótesis Manipular modelos preconstruídos, probar modelos propios (Grado 9).
Pensamiento cíclico (PCI) Relación entre estructura y comportamiento de un fenómeno Explicación de arquetipos de sistemas, pruebas de micromundos. (Grado 10).
Pensamiento continuo (PCO) Mirar los fenómenos como interdepencias contínuas, en lugar de hechos aislados Diseño y construcción de modelos, manipulación de micromundos con modelos contínuos (Grado 11).

Tabla 1. Formas de PS, características y actividades de desarrollo



La lista en la tabla de los niveles de actividad asociados con formas de PS ha surgido a través de este estudio y de observaciones de clases y estudiantes individuales en aplicaciones piloto de esta metodología. Según experiencias de este tipo llevadas a cabo en Estados Unidos y Europa, parece que mucha gente progresa a través de diferentes tipos y niveles de pensamiento en el orden listado. Con esta suposición, se hacen las siguientes sugerencias acerca del currículo de PS, no sin antes recalcar dos puntos:

LA SIMULACION CON DINAMICA DE SISTEMAS

La Dinámica de Sistemas (DS) es una metodología para la resolución de problemas, incluso de actividades cotidianas, pues la conducta "asistida por realimentación" es una vía importante para enfocar y tomar decisiones concernientes a problemas de tipo social, natural, económico, ambiental y de otra índole (Martínez 1989).

Dinámica de Sistemas en la enseñanza de ciencias básicas

La DS tiene un gran potencial didáctico para la educación. El uso de sistemas de modelado matemático en el salón de clases crea nueva oportunidades para:

Para el caso particular de enseñanza de ciencias, la instrucción convencional está a menudo dominada por un conglomerado de ecuaciones para casos específicos. En contraste, los modelos de DS ayudan a los estudiantes a darse cuenta de que el núcleo de la física puede expresarse por un número limitado de representaciones. Basándose en experiencias internacionales y buscando las deficiencias de la educación de la física y sus orígenes, los profesores de ciencias en Alemania llegaron a los siguientes propósitos, los cuales se consideran válidos para nuestro sistema educativo: El modelado por computador bajo el enfoque de DS puede hacer contribuciones importantes a estos objetivos.
  • Ejemplo. La DS acentúa estructuras conceptuales en la física.
  • La estructura de un concepto de un dominio físico consiste en unas cantidades interrelacionadas y unas reglas para su uso. La mecánica newtoniana puede ser reducida a un pequeño conjunto de definiciones y principios generales. Los más importantes son: (Schecker, 1994).

    Definiciones:

    Principio general:

    En todo movimiento hay fuerzas actuando en un cuerpo. Si se desea predecir el movimiento de un cuerpo primero encuentre las fuerzas, vea de qué dependen y luego súmelas.

    Para los físicos algunas definiciones pueden ser inusuales, el término cambio

    se refiere a la dinámica del cambio de una magnitud, incluso los libros de texto hablan de velocidad como "desplazamiento por tiempo", pero esas palabras no reflejan la característica central de velocidad, la cual es un proceso de cambio de posición.
     


    Figura 3. Modelo newtoniano en DS



    La figura 3 muestra un modelo simple hecho en el software de simulación Evolución 2.0, software de soporte para el micromundo. Basado en las definiciones y principios anteriores. Este modelo es suficiente para describir y predecir una gran cantidad de fenómenos de la mecánica clásica, entre los cuales se cuentan:

    Las soluciones a todos estos problemas pueden basarse en el mismo núcleo del modelo de la figura. Los estudiantes deben seguir el principio "encuentre las fuerzas, mire de qué dependen y luego súmelas". El modelo puede duplicarse para movimiento bidimensional o para problemas de dos cuerpos, con los cambios adecuados.

    Cómo se aplica? tópicos metodológicos

    Los modelos preferiblemente deben ser desarrollados en clase, como trabajos grupales, mientras el profesor les proporciona los elementos necesarios para que el alumno trabaje en su construcción (del modelo), y luego lo pruebe utilizando las herramientas computacionales adecuadas (Evolución 2.0).

    Herramientas de aprendizaje informatizadas con soporte de DS

    Para integrar el enfoque constructivista con el paradigma del PS, es esencial disponer del conjunto correcto de herramientas de aprendizaje para su uso en el salón de clases y fuera de el, además, deben de conocerse las teorías de aprendizaje para una mejor aplicación. Para llevar a cabo un proceso de aprendizaje autodirigido, orientado a la investigación, los libros de texto y los tableros tienen que compartir el escenario con una herramienta emergente: el computador personal. El computador, con sus capacidades de sonido y animación gráfica mejorándose rápidamente, contiene el potencial para comprimir espacio y tiempo, utilizando básicamente software simulador. Tanto la medida de los pasos y la secuencia del descubrimiento pueden ser dejadas al control del educando individual o al de un grupo de aprendices.

    Conclusiones

    Los puntos ya expuestos sugieren que es posible que se produzca un cambio en la forma de producir aprendizaje dentro del sistema educativo. Pero aún cuando estas corrientes - Proceso constructivista, Pensamiento de Sistemas, Dinámica de Sistemas y Herramientas computacionales de aprendizaje, estén aptas para la integración dentro de un ambiente educativo particular, queda la pregunta de cómo equipar a los profesores con un conocimiento del marco de trabajo, proceso y tecnología del PS. Sin embargo, la propuesta de aplicación es quizás, el primer paso para facilitar este proceso de integración.

    El trabajo de investigación en Informática educativa, desde la perspectiva del PS, desarrollado por el grupo SIMON de investigaciones, constituye un intento por aprehender experiencias internacionales y formular un marco general de referencia y una herramienta software para el desarrollo de micromundos, que guíen futuras investigaciones y aplicaciones prácticas en nuestro medio educativo.

    Bibliografía

    ARDILA, Carlos. DURAN, Pedro. ANDRADE, Hugo. Evolución 2.0, Herramienta Software para el modelado de sistemas dinámicos. Universidad Industrial de Santander. 1995.

    DRAPER, Frank. A proposed secuence for developing Systems Thinking in a grades 4-12 curriculum. Systems Dynamic Review. Vol 9. N.2, Summer 1993. Pgs 207-214.

    GALVIS PANQUEVA, Alvaro. Ingeniería del software educativa. Editorial Uniandes, 1990.

    MARTINEZ, Silvio. Introducción a la Dinámica de Sistemas. Modelos. Grupo Alianza Editorial. 1988.

    RICHMOND, Barry. Systems Thinking, Critical Thinking Skills for the 90s and beyond. Systems Dynamic Review. Systems Thinking in education. Summer 1993. Vol 9 No. 2 Págs 118-130.

    SCHECKER, Horst. Dynamic Systems in Hign School Physics. Systems Dynamic Conference. 1994