El efecto del aprendizaje combinado en STEM en los resultados afectivos, cognitivos y académicos de los niños pequeños

El efecto del aprendizaje mixto en STEM en los resultados afectivos, cognitivos y académicos de los niños pequeños.

Antecedentes del estudio Tradicionalmente, la investigación en educación científica se ha centrado predominantemente en el aprendizaje formal en el aula. Con el avance de la tecnología, Gilbert (2015) argumenta que el currículo formal de ciencias está limitado en su elaboración y uso de ilustraciones y equipos científicos interesantes. Además, si bien este contexto de aprendizaje facilita la adquisición de conocimientos, es posible que no promueva el aprendizaje permanente ni la motivación para aprender (Vedder-Weiss & Fortus, 2011). La motivación para el aprendizaje de las ciencias puede mejorarse a través de contextos de aprendizaje informales, como actividades y programas extracurriculares relacionados con las ciencias (Fortus & Vedder-Weiss, 2014). En estos contextos, las experiencias que se enfocan en problemas del mundo real, fuera de la escuela, pueden ayudar a su vez a fortalecer las habilidades de razonamiento y la comprensión en ciencias. El estudio actual investiga el impacto del enfoque de aprendizaje combinado en un entorno de aprendizaje informal en los resultados afectivos, cognitivos y académicos de los niños en ciencias. En particular, la motivación, la identidad, el razonamiento y el desempeño de los estudiantes en ciencias se consideran holísticamente.

Objetivos de la investigación El estudio actual tiene como objetivo implementar un programa de intervención basado en una aplicación que se centre en el aprendizaje STEM fuera del entorno de un aula formal. El objetivo general es examinar la eficacia del aprendizaje combinado que utiliza una combinación de una aplicación y experimentos de laboratorio en los resultados afectivos, cognitivos y académicos de los niños.

Métodos

Participantes Los participantes serán 400 estudiantes de primaria de 8 a 10 años de 3 escuelas de Hong Kong. Las escuelas serán seleccionadas en base a varios criterios: 1) Escuelas de Inglés Medio de Instrucción (EMI) con 2) clases de habilidades mixtas. Los datos se recopilarán durante las vacaciones de verano de 2021 y se anonimizarán antes de procesarlos y utilizarlos en los análisis. Las clases se asignarán aleatoriamente a la condición experimental o la condición de control según el método de muestreo aleatorio. La carta de contratación y el cartel publicitario se publicarán tanto en línea como fuera de línea a través de diferentes plataformas. La hoja de información, el formulario de consentimiento y el formulario de asentimiento se distribuirán a los directores de las escuelas.

Diseño y Procedimientos Las clases se asignarán aleatoriamente al grupo experimental y al grupo de control. Como tratamiento, se asignará al grupo experimental a una intervención que utiliza una aplicación de aprendizaje combinado STEM con videos gamificados para el conocimiento del contenido junto con experimentos prácticos. Los videos son narraciones educativas ficticias relacionadas con el conocimiento del contenido y se les pidió a los estudiantes que "se pusieran en los zapatos" del científico de dibujos animados (una ardilla listada) para resolver varios problemas durante las historias. Los experimentos científicos se completarán con una guía de video paso a paso en la aplicación. Al grupo de control se le asignará leer el mismo contenido en un libro electrónico y recibirá un kit de manualidades para cada lección que no esté relacionada con el conocimiento del contenido. El contenido está diseñado para estar alineado con el plan de estudios; ambos grupos aprenderán sobre los mismos temas:

1. Electricidad (Física): 4 lecciones sobre temas como introducción a la electricidad, circuitos eléctricos simples y complejos, energías renovables y electricidad estática.
2. Partes del cuerpo (biología): 4 lecciones sobre temas como el sistema musculoesquelético, los pulmones, el corazón y el cerebro
3. Ciencias ambientales: 4 lecciones sobre temas como una introducción a la selva tropical, clasificación, partes y etapas del crecimiento de las plantas, fotosíntesis y transporte de agua en las plantas.

Los participantes del grupo experimental recibirán una intervención de 2,5 meses con la aplicación de aprendizaje combinado, mientras que el grupo de control recibirá capítulos de libros electrónicos durante el mismo período. Se realizarán cinco evaluaciones, cada una de las cuales tendrá una duración de aproximadamente 20 a 30 minutos, a lo largo del estudio: (1) antes de la intervención (Tiempo 1) y; (2) después de la finalización de la intervención (Tiempo 2). Independientemente de la tarea del grupo, ambos grupos completarán las evaluaciones previas una semana antes de la intervención utilizando el mismo conjunto de evaluaciones en el salón de clases. Además, ambos grupos recibirán materiales prácticos durante la intervención, aunque los materiales difieren entre los grupos. Como parte del estudio, el grupo experimental recibirá un kit experimental de ciencias para cada una de las lecciones que vean en la aplicación. Cada experimento corresponde al conocimiento del contenido que aprenden para una lección en particular. El grupo de control recibirá un kit de manualidades por cada capítulo que lean en el libro electrónico. Todos los estudiantes participarán en la misma cantidad de tiempo para cada lección (45 minutos) durante 12 lecciones durante los 2,5 meses.

Medidas

Las variables demográficas La edad, el género y las calificaciones académicas de los estudiantes se recopilarán a través de los maestros durante el Tiempo 1.

Medidas previas y posteriores a las pruebas El estudio consistirá en cuestionarios autoadministrados de múltiples medidas. Incluirá los siguientes cuestionarios que miden la motivación científica, la identificación científica, el rendimiento científico y el razonamiento científico.

Motivación por la ciencia La motivación por la ciencia se evaluará utilizando la Escala de Expectativa-Valor-Coste basada en el modelo de valor de expectativa (Kosovich et al., 2015). El cuestionario fue diseñado para medir la motivación de los estudiantes en STEM. Incluye 10 ítems para evaluar 3 subdominios: qué tan exitosos los estudiantes creen que pueden desempeñarse (expectativa); cuán valiosa es la ciencia (valor) y; esfuerzo percibido para hacerlo bien (costo). Los estudiantes informaron sus respuestas utilizando una escala Likert de 6 puntos que varió de 1 (totalmente en desacuerdo) a 6 (totalmente de acuerdo). Las instrucciones se explican a los estudiantes antes de la administración: "Esto no es una prueba. Es una breve encuesta sobre cuánto te gusta tu clase de ciencias. Puede responder abierta y honestamente. Todas sus respuestas se mantendrán confidenciales. Nadie verá tus respuestas individuales (ni tu maestro, ni tus compañeros de clase, ni tus padres)".

Identidad científica La identidad científica es posiblemente una construcción multidimensional que involucra muchos aspectos y contextos. En este estudio, nos centraremos en entornos informales fuera del aula. Es decir, cómo se relacionan los estudiantes con la ciencia en general y en su vida cotidiana. Se adaptó un subconjunto de 8 ítems de la escala de actitud científica de (Pell & Jarvis (2001)) para evaluar la identidad científica. Los elementos del cuestionario se centran en la ciencia del mundo real en lugar de la ciencia en el contexto del aula. Los estudiantes reportaron el grado de acuerdo con cada ítem en una escala tipo Likert de 6 puntos (1= muy en desacuerdo, 6= muy de acuerdo).

Rendimiento en ciencias El rendimiento en ciencias se medirá mediante una combinación de cuestionarios de conocimiento de contenido en tiempo real diseñados como parte de la aplicación, así como un subconjunto de elementos del Estudio internacional de tendencias en matemáticas y ciencias (TIMSS). Los cuestionarios de conocimiento del contenido están diseñados para ser cuestionarios interactivos, inmersivos y en tiempo real como parte de las historias con las que los estudiantes interactúan en la aplicación. Las preguntas están diseñadas para estar alineadas con el plan de estudios y fueron revisadas por maestros de ciencias. Cada tema tiene 40 preguntas; en total, hay 120 preguntas para los tres temas tratados en la aplicación. La puntuación total se utiliza para cuantificar el rendimiento científico en la aplicación. Los elementos seleccionados de TIMSS se utilizarán como una segunda medida del conocimiento científico de los estudiantes. Se seleccionarán un total de 12 elementos de opción múltiple que sean relevantes para los temas.

Razonamiento científico El razonamiento científico se evaluará utilizando la versión de 7 ítems del Inventario de Razonamiento Science-P (SPR-I) diseñado para estudiantes de primaria (Koerber & Osterhaus, 2019). El SPR-I es un inventario que se basa en el modelo conceptual de razonamiento científico que se basa en la comprensión de la relación hipótesis-evidencia en múltiples niveles no exclusivos (es decir, ingenuo, intermedio y avanzado). Los 7 elementos incluyen 3 elementos sobre la naturaleza de la ciencia, 3 elementos sobre experimentación y 1 elemento sobre interpretación de datos. Todos los ítems se califican utilizando una escala de crédito parcial (0,1,2), que representa los tres niveles de razonamiento científico. Una puntuación de 0 indica una comprensión ingenua; una puntuación de 1 indica una comprensión intermedia y; una puntuación de 2 indica un nivel avanzado de comprensión.

Análisis En este estudio se emplearán métodos estadísticos descriptivos e inferenciales. En primer lugar, se realizará un análisis de fiabilidad utilizando las puntuaciones obtenidas de las evaluaciones previas y posteriores. Luego se realizan comparaciones entre las puntuaciones medias del grupo experimental y de control en todas las medidas de resultado evaluando la equivalencia de los grupos antes de la intervención. Se utilizará un análisis de varianza multivariante (MANOVA) como análisis principal con puntajes de motivación científica, identidad, logro y razonamiento científico como variables dependientes y el estado de asignación de grupo como variable independiente. El estado de asignación tuvo dos niveles, experimental y de control.