Software de simulación en la enseñanza

Margarita Figueroa Segura
María de Lourdes García Cotero
María del Carmen Verónica Quiroga Plaza
María del Rocío Reaño Gutiérrez
María Itzel Sainz González

“El software es como la entropía:
difícil de atrapar, no pesa,
y cumple la Segunda Ley de la Termodinámica,
es decir, tiende a incrementarse.”
Norman Augustine

Introducción

Se ha escuchado hablar acerca de las grandes posibilidades que ofrecen las TIC para diversos sectores sociales, sea por el ahorro de tiempo, para agilizar tareas o porque son fáciles de transportar. Se vuelven cada vez más indispensables; en el campo educativo es común enterarse de proyectos que tratan de aprovechar los recursos, en primer lugar, para facilitar la labor del docente, y en segundo, para que se logre involucrar a los estudiantes en sus propios procesos de aprendizaje.

Como ejemplo se pueden mencionar los simuladores, los cuales se convierten en poderosos aliados para promover y crear entornos de aprendizaje, potencian las competencias de los estudiantes y mantienen un espacio para la colaboración y la cooperación. En los últimos años ha crecido la cantidad de este tipo de software y las áreas del conocimiento en que puede ser utilizado –Matemáticas, Física, Geografía, entre otros–. Se pueden conseguir mediante un pago o inclusive de manera gratuita en la Red. Pero ¿cuánto se sabe acerca de ellos? ¿Se estaría interesado en echar un vistazo y conocer los beneficios que ofrecen? A lo largo de estas páginas se expondrá información valiosa sobre estas herramientas, así como sus características, ventajas, desventajas, recomendaciones para su empleo y finalmente, algunos ejemplos, todo esto con el único objetivo de dar a conocer algunos de aquellos materiales que puedan servir como apoyo en el aula.

¿Qué es un simulador?

Desarrollados a principios de los años 60 en el contexto de la Segunda Guerra Mundial con la finalidad de agilizar practicas experimentales de la Física y posteriormente con fines militares, los simuladores se convirtieron en una valiosa herramienta para evitar el derroche monetario. Tras diversos cambios despertó el interés de otros sectores sociales; para los años 80 ya había incursionado en diversos campos de las ciencias y la ingeniería. (Facultad Internacional de Informática de Barcelona, s/f).

Un simulador se puede definir como una herramienta basada en cálculos numéricos y representaciones gráficas (Fernández, 2005). Representa un conjunto de instrucciones ejecutadas mediante un ordenador (Zonorza, 2006) que permite virtualmente reproducir, explorar y manipular situaciones basadas en la realidad. Así, el usuario adquiere habilidades, hábitos y competencias que difícilmente conseguiría sólo con el manejo de la teoría (Navarro & Santillán, s/f) logrando la experiencia directa sin la necesidad de alterar los fenómenos de la naturaleza o esperar hasta que estos sucedan.

En materia educativa los simuladores se han vuelto necesarios para ofrecer a los estudiantes un medio de experimentación en donde refuercen su capacidad de observación, análisis y toma de decisiones. Se presentan como un medio interactivo y dinámico que les brinda la oportunidad de recrear escenarios complejos de la naturaleza pudiendo aplicar los conocimientos teóricos, entender conceptos y procedimientos, estudiarlos y hacerlos conscientes de los resultados (sean negativos o positivos) y sobre cómo pueden éstos afectar el medio.

Los simuladores pueden ser aliados del docente para motivar a los educandos y aproximarlos a una realidad, guiarlos en la adquisición de destrezas necesarias para enfrentarse a diversas situaciones sean de la física o las matemáticas, las ingenierías o la medicina, en lugar de solo suponerlas. Se convierten en el medio de entrenamiento ideal para bajar los costos que implica una verdadera experimentación en laboratorio (instrumentación, recursos materiales y personal auxiliar).

Características de los simuladores

Glass-Husain (2010) menciona que todo simulador debe tener tres atributos:

  • Imitar la realidad
  • No ser real en sí mismo y
  • Poder ser modificado por sus usuarios.

Para Navarro y Santillán (s/f), los simuladores tienen tres características principales:

  • Su papel motivacional, ya que permiten la representación de fenómenos de estudio que potencialmente captan la atención e interés del estudiante.
  • Su papel facilitador del aprendizaje, ya que el estudiante interactúa, favoreciendo la aprehensión de saberes a través del descubrimiento y la comprensión del fenómeno, sistema o proceso simulado; finalmente
  • Su papel reforzador, ayuda al aprendiz a aplicar los conocimientos adquiridos y, por ende, a la generalización del conocimiento.

De acuerdo a Alonso y Gallego (1997, en Cabero, 2007), las características de los multimedia y de los simuladores son:

  • Interactividad. Facilitan la comunicación recíproca, pues el usuario puede buscar información de forma personalizada, tomar decisiones y responder a distintas propuestas.
  • Ramificación. Dado que el sistema posee una multiplicidad de datos ramificados a los que cada usuario puede acceder de forma diferenciada.
  • Transparencia. En tanto que son sistemas que buscan la accesibilidad, rapidez y sencillez de manejo para los usuarios.
  • Navegación. Término que simboliza toda la actividad multimediática porque los usuarios “navegan por un mar de informaciones”.

Marqués (s/f) menciona que un buen programa educativo multimedia atiende a diversos aspectos funcionales, técnicos y pedagógicos:

  • Facilidad de uso e instalación.
  • Versatilidad (adaptación a diversos contextos).
  • Calidad del entorno audiovisual.
  • Calidad en los contenidos (bases de datos).
  • Navegación e interacción.
  • Originalidad y uso de tecnología avanzada.
  • Capacidad de motivación.
  • Adecuación a los usuarios y a su ritmo de trabajo.
  • Potencialidad de los recursos didácticos.
  • Fomento de la iniciativa y el auto aprendizaje.
  • Enfoque pedagógico actual.
  • Documentación (información sobre las características del programa, forma de uso y posibilidades didácticas).
  • Esfuerzo cognitivo (deben facilitar aprendizajes significativos y transferibles a otras situaciones mediante una continua actividad mental en consonancia con la naturaleza de los aprendizajes que se pretenden).

Ventajas

La simulación facilita la construcción de escenarios ideales, la manipulación de variables para observar su impacto en fenómenos determinados o para dotar al aprendiz de un recurso para la réplica de las teorías aprendidas. Una ventaja importante: “En lugar de que expertos construyan amplios modelos matemáticos, el software de simulación ha permitido modelar y analizar el funcionamiento de un sistema real para los no expertos, que son los administradores, pero no los programadores.” (Arsham 1995)

Otras ventajas son:

  • La reproducción de fenómenos naturales difícilmente observables de manera directa en la realidad por motivos de peligrosidad, de escala de tiempo, de escala espacial o de carestía del montaje (Fernández, 2005)
  • Y la manipulación y control a voluntad de variables para la identificación de condiciones necesarias que lleven a cumplir con objetivos determinados.

Las ventajas mencionadas ofrecen al usuario la posibilidad de:

  • Experimentar nuevas situaciones de las que no se tiene información suficiente, lo que impulsa el desarrollo de estrategias de aprendizaje exploratorio y el descubrimiento del modelo que simula el sistema motivo de análisis.
  • Poner a prueba sus ideas previas acerca del fenómeno que se simula mediante la emisión de hipótesis propias lo cual redunda en mayor autonomía del proceso de aprendizaje. (Fernández, 2005)
  • Comprender mejor el modelo utilizado para explicar el fenómeno, al observar y comprobar de forma interactiva la realidad que representa (Fernández, 2005). Los resultados de la modificación de parámetros en la simulación facilitan conocer cómo se comporta y reacciona el sistema, acrecentando el entendimiento sobre su funcionamiento.
  • Adiestrarse en la toma de decisiones y formulación de conclusiones al tener la oportunidad de valorar diversos escenarios próximos a la realidad en un ambiente controlado y seguro pudiendo repetir la experiencia las veces que se considere necesario, a un costo mucho menor del que implicaría la reproducción real. (Abello, López y Sara ,2003).
  • Comprender los conceptos más abstractos y menos intuitivos que forman parte del fenómeno estudiado, a través de la simplificación que ofrece el modelo simulado. (Barberá, 1990)
  • Implementar un software de simulación eficiente implica una inversión alta en tiempo, equipo y recursos humanos. El diseño de un buen software de este tipo requiere personal capacitado, tiempo para su desarrollo, el equipo necesario y planeación.
  • Muchas veces los resultados se muestran excesivamente simplistas por lo que no resultan adecuados para una distribución masiva. (Bartolomé, 1998)
  • Dado que es una versión simplificada de la realidad, puede provocar una visión reduccionista del fenómeno en el usuario.
  • Hay situaciones que difícilmente pueden reproducirse de manera artificial. (Bartolomé, 1998)
  • Los procesos implicados en el aprendizaje exploratorio pueden resultar difíciles para los estudiantes y, por otra parte, estos no son tan activos como asumimos, por tanto, aún teniendo las destrezas necesarias, los alumnos no suelen aplicarlas. (Njoo y de Jong)

Desventajas

  • Implementar un software de simulación eficiente implica una inversión alta en tiempo, equipo y recursos humanos. El diseño de un buen software de este tipo requiere personal capacitado, tiempo para su desarrollo, el equipo necesario y planeación.
  • Muchas veces los resultados se muestran excesivamente simplistas por lo que no resultan adecuados para una distribución masiva. (Bartolomé, 1998)
  • Dado que es una versión simplificada de la realidad, puede provocar una visión reduccionista del fenómeno en el usuario.
  • Hay situaciones que difícilmente pueden reproducirse de manera artificial. (Bartolomé, 1998)
  • Los procesos implicados en el aprendizaje exploratorio pueden resultar difíciles para los estudiantes y, por otra parte, estos no son tan activos como asumimos, por tanto, aún teniendo las destrezas necesarias, los alumnos no suelen aplicarlas. (Njoo y de Jong)

Recomendaciones para su empleo

El empleo de simuladores en los procesos educativos, como todo recurso didáctico, precisa responder de manera explícita a las metas y propósitos planteados de un curso, es decir, el simulador que se vaya a utilizar debe necesariamente estar adecuado al nivel educativo, temática a abordar y objetivos de aprendizaje propuestos.

Por otra parte, es menester integrar el simulador dentro del desarrollo de una sesión de aprendizaje interrelacionado con preguntas detonadoras que hagan de este recurso un medio de ampliación de las interacciones entre el estudiante y el objeto de su aprendizaje. Es decir, la observación de las necesidades de aprendizaje es también un punto a considerar al momento de elegir el modelo de simulador que se trabajará para el abordaje de los contenidos curriculares.

Finalmente, es necesario recordar que el uso de los simuladores es un medio para el aprendizaje y no un fin en sí mismo, por lo que el docente requiere tener siempre presente que la incorporación de los simuladores demanda una adecuada planeación didáctica.

Ejemplos de Simuladores

Todo sobre el ahorro (Condusef, 2011)

Se trata de un simulador de libre acceso sobre ahorro e inversión. Combina los datos sobre el tipo de ahorro que una persona busca con las opciones que hay en el mercado para que se realice una comparación y se realice una elección bien fundamentada. El simulador permite conocer conceptos básicos en:

  • Las opciones de ahorro y de inversión que existen en el mercado.
  • Consejos para antes y después de contratar una cuenta de ahorro.
  • Derechos de los ahorradores.
  • Principales aspectos contractuales que deberá considerar.
  • Aspectos fiscales.
  • Adicionalmente, incluye opciones para elaborar ejercicios de la evolución histórica de rendimientos otorgados por los pagarés con rendimiento liquidable al vencimiento, o bien, obtener los datos del día de consulta. Permite hacer ejercicios comparativos entre los pagarés y otras opciones tradicionales e instrumentos considerados de bajo riesgo como son las cuentas de cheques, cuentas de ahorro y los certificados de la Tesorería de la Federación (Cetes). Y finalmente, un espacio que ayuda a hacer un programa personal de ahorro, considerando una inversión inicial y aportaciones adicionales periódicas en el tiempo preestablecido.

Dada las posibilidades que ofrece, es un simulador que se dirige principalmente a personas adultas que deseen ahorrar a través de las inversiones. Una sugerencia para insertarlo en el aula es a través de la exploración de metas y proyectos personales de los estudiantes. Por lo tanto, se inscribiría dentro del plan de clase como un medio para que los estudiantes exploren y definan metas económicas que les permitan lograr objetivos personales y profesionales al mediano y largo plazo con el uso de sus recursos monetarios. Disponible aquí.

Spore (Electronic Arts, 2009).

Es un programa, para 12 años en adelante, que ayuda a generar simulaciones “Desde amebas en fase marisma a prósperas civilizaciones, llegando incluso a naves espaciales intergalácticas”. Se compone de cinco juegos, cada uno correspondiente a una diferente etapa evolutiva, desde la más sencilla –con seres unicelulares-, a criaturas, tribus, civilizaciones y hasta múltiples planetas. Los retos y objetivos van de lo simple a lo complejo: se inicia con un trabajo individual en el cual el jugador crea su propio personaje y pasa a una dinámica de interacción social cuando las criaturas se colocan dentro de un ecosistema –vía Internet- y, de acuerdo a las defensas y debilidades que sus características biológicas les dan, así como a las decisiones que el jugador toma, son sus posibilidades de supervivencia y el efecto que tienen en el entorno colectivo. En las fases avanzadas se pueden también general vehículos y otras construcciones artificiales. Su uso en el aula puede ir, desde el estudio de las características morfológicas de una criatura, al de la interacción social entre especies, ambos para educación media superior. También es útil para biónica y diseño en niveles universitarios. Demostración aquí (The Long Now Foundation, 2006). Disponible aquí.

Simulador de experimentos químicos: titulación ácido-base en el laboratorio (Chemical Education Research Group, 2011).

El objetivo de este simulador es el conocer la concentración de uno de los reactivos que intervienen en la reacción de neutralización. Incluye un tutorial para su uso y genera gráficas de variación en el pH. El modelo permite compararlo en varios puntos durante el proceso. Recrea reacciones entre ácidos y bases fuertes y la combinación de ácidos débiles y bases fuertes. Las variables que se pueden modificar son la identidad del reactivo de molaridad conocida, del titulante y la solución a titular y el indicador que se usará. Al ir agregando el titulante se muestra el volumen agregado y se observa el cambio de color en la solución titulada al llegar al equilibrio. Posteriormente, el usuario debe realizar los cálculos para encontrar el valor de la concentración de la muestra desconocida.

El modelo es adecuado para usarse en el primer nivel de conceptualización sobre equilibrios de reacción y estequimetría, perteneciente al nivel Secundaria y podría utilizarse bajo la modalidad de una computadora en el aula, con ayuda de pizarrón electrónico.

Este programa permite a los alumnos realizar intentos de titulación al tanteo de una manera fácil y práctica que en el laboratorio real consumiría mucho tiempo y material, dando la oportunidad de relacionar los efectos de la combinación de ácidos y bases en distintas concentraciones en relación a la estequiometria de la reacción y colocar este concepto en un ambiente práctico. Disponible aquí

Google Earth (Google, 2011).

Este simulador combina imágenes de satélite, mapas y una base de datos. Estos elementos permiten al usuario navegar por cualquier lugar de la Tierra, observar sus territorios y desplegar sobre estos diversos tipos de información geográfica (topográfica, hidrográfica, demográfica, histórica y cultural, entre otros). Cuenta con tres versiones, todas disponibles en inglés: una gratuita llamada Google Earth Free y otras dos versiones de pago (Google Earth Plus y Google Earth Pro).

Se puede introducir el nombre de un hotel, colegio o calle y obtener la dirección exacta, un plano o vista del lugar. También es posible visualizar imágenes vía satélite del planeta. También medir distancias geográficas, ver la altura de las montañas, ver fallas o volcanes y cambiar la vista tanto en horizontal como en vertical pues ofrece características 3D para dar volumen a valles y montañas. Dispone de conexión con GPS (Sistema de Posicionamiento Global), alimentación de datos desde fichero y base de datos en sus versiones de pago. Tiene un simulador de vuelo con el que se puede sobrevolar cualquier lugar del planeta. Por su versatilidad, Google Earth es de utilidad para toda persona que necesite consultar información geográfica, desde estudiantes de secundaria hasta de doctorado, investigadores, profesionales que trabajan en alguna área de ciencias de la Tierra, inclusive, cualquier persona que necesite encontrar la ubicación de un lugar o negocio. Se puede utilizar Google Earth Free en el aula de clase como parte del trabajo por proyectos o resolución de problemas. Disponible aquí.

Prisma (Centro de Información y Comunicación Educativa, s/f).

Es una página que contiene diversos simuladores de Matemáticas y Física. Dirigido a estudiantes de Educación Media Superior, ayuda a manipular datos para comprender la suma de vectores, comportamiento de las gráficas de la función y=f(x). Además cuenta con otro simulador de astronomía para entender el movimiento de las órbitas planetarias, la aplicación de las leyes de Kepler. Aquí también se encuentra el comportamiento de diferentes tipos de ondas, del movimiento oscilatorio, la aceleración, el efecto Doppler, entre otros.

Es importante hacer uso de herramientas que faciliten comprender los conocimientos abstractos. Las ciencias y las matemáticas son el temor de muchos estudiantes en la formación inicial, y los altos niveles de reprobación en pruebas estándar como Pisa o Enlace son un claro ejemplo. La página se puede usar para asimilar los conocimientos teóricos adquiridos en el aula bajo ejercicios previamente establecidos por el docente. Los estudiantes podrán cambiar datos, jugar con ellos y observar sus efectos. Disponible aquí.

Conclusiones

La educación debe renovarse para aprovechar las nuevas oportunidades y recursos que actualmente ofrecen los sistemas de información en materia de aprendizaje. Los simuladores a lo largo del tiempo han logrado trascender fronteras muy especializadas para establecerse como una estrategia didáctica mediante la cual los estudiantes no sólo adquieren conocimientos, se les brinda la oportunidad de interactuar, experimentar y reflexionar alrededor de los conceptos implicados. Se facilita así su participación activa y la construcción del conocimiento mediante la toma de decisiones muy cercanas a ambiente reales. Aprenden de la experiencia, reduciendo el costo y los riesgos del proceso.

Se puede apreciar que las ventajas de un simulador, son muchas. Es importante considerar que, como recurso para el docente, debe cubrir ciertos requisitos para lograr sus fines: facilidad de uso, versatilidad, calidad de contenidos y apariencia, adecuación a los usuarios, fomento de un esfuerzo cognitivo, entre otros. Hay que cuidar aspectos como el costo –implementar un software de este tipo puede implicar una alta inversión–, que el resultado no sea simplista, que realmente involucre al alumno para lograr un aprendizaje significativo trasladable a otros campos del conocimiento.

La variedad de simuladores disponibles hoy en día abarca múltiples aplicaciones y áreas del conocimiento que pueden utilizarse en diversos niveles educativos y ámbitos extraescolares. Es menester conocer la complejidad de cada modelo y su relación con las capacidades cognitivas y analíticas de los alumnos. En suma el docente debe integrar su uso al desarrollo de un tema, es preciso tener claro el rumbo para seleccionarlo correctamente, y así, como un medio de apoyo, aprovechar y potenciar este tipo de recurso tecnológico para que sea, verdaderamente, un recurso didáctico.

Referencias

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