Resolución de problemas antes de la instrucción (PS-I): Un protocolo para la evaluación e intervención en estudiantes con diferentes habilidades

Una de las preguntas que más preocupan a los profesores actualmente es cómo estimular la reflexión de los estudiantes. Esta preocupación es común en cursos de naturaleza matemática, como los cursos STEM (Ciencia, Tecnología, Ingeniería y Matemáticas), en los que la abstracción de muchos conceptos requiere un alto grado de reflexión, sin embargo, muchos estudiantes informan que abordan estos cursos puramente a través de métodos basados en la memoria¹. Además, los estudiantes a menudo muestran un aprendizaje superficial de los conceptos^1,2,3. Las dificultades que experimentan los estudiantes para aplicar procesos de reflexión y aprendizaje profundo, sin embargo, no son solo cognitivas. Muchos alumnos sienten ansiedad y desmotivación ante estos cursos^4,5. De hecho, estas dificultades tienden a persistir a lo largo de la educación de los estudiantes⁶. Por lo tanto, es importante explorar estrategias educativas que preparen motivacional y cognitivamente a los estudiantes para el aprendizaje profundo, independientemente de sus diferentes predisposiciones.

Es particularmente útil encontrar estrategias que complementen los enfoques instructivos típicos. Una de las más típicas es la instrucción directa. La instrucción directa significa guiar completamente a los estudiantes desde la introducción de conceptos novedosos con información explícita sobre estos conceptos, y luego seguir con estrategias de consolidación como actividades de resolución de problemas, retroalimentación, discusiones o explicaciones adicionales^7,8. La instrucción directa puede ser efectiva para transmitir fácilmente contenido^8,9,10. Sin embargo, los estudiantes a menudo no reflexionan sobre aspectos importantes, como cómo se relaciona el contenido con su conocimiento personal, o posibles procedimientos que podrían funcionar y no¹¹. Por lo tanto, es importante introducir estrategias complementarias para hacer que los estudiantes piensen críticamente.

Una de estas estrategias es el enfoque¹²de Resolución de problemas antes de la instrucción (PS-I), también conocido como el enfoque de invención¹¹ o el enfoque de fracaso productivo^13. PS-I es diferente a la instrucción directa en el sentido de que los estudiantes no son introducidos directamente a los conceptos, sino que hay una fase de resolución de problemas previa a las actividades típicas de instrucción directa en las que los estudiantes buscan soluciones individuales a los problemas antes de obtener cualquier explicación sobre los procedimientos para resolverlos.

En este problema inicial, no se espera que los estudiantes descubran completamente los conceptos objetivo¹³. Los estudiantes también pueden sentir sobrecarga cognitiva^14,15,16 e incluso afectar negativamente a¹⁷ con la incertidumbre y los muchos aspectos a considerar. Sin embargo, esta experiencia puede ser productiva a largo plazo porque puede facilitar el pensamiento crítico sobre características importantes. En concreto, el problema inicial puede ayudar a los alumnos a tomar más conciencia de las lagunas en sus conocimientos^18,activar conocimientos previos relacionados con el contenido para abarcar^13,y aumentar la motivación por la oportunidad de basar su aprendizaje en el conocimiento personal 7,17,19.

En términos de aprendizaje, los efectos de PS-I se ven generalmente cuando los resultados se evalúan con indicadores de aprendizaje profundo^20,21. En general no se han encontrado diferencias entre los estudiantes que aprendieron a través de PS-I y los que aprendieron a través de la instrucción directa en términos de conocimiento procedimental^20,22, que se refiere a la capacidad de reproducir procedimientos aprendidos. Sin embargo, los estudiantes que pasan por PS-I generalmente exhiben una educación superior en conocimiento conceptual^7,19,23,que se refiere a la comprensión del contenido cubierto, y la transferencia^7,15,19,24,que se refiere a la capacidad de aplicar esta comprensión a situaciones novedosas. Por ejemplo, un estudio reciente en una clase sobre variabilidad estadística mostró que los estudiantes a los que se les dio la oportunidad de inventar sus propias soluciones para medir la variabilidad estadística antes de recibir explicaciones sobre los conceptos y procedimientos generales en este tema demostraron una mejor comprensión al final de la clase que aquellos que pudieron estudiar directamente los conceptos y procedimientos relevantes antes de involucrarse en cualquier actividad de resolución de problemas²³. Sin embargo, algunos estudios no han demostrado diferencias en el aprendizaje^16,25,26 o la motivación^19,26 entre PS-I y las alternativas de instrucción directa, o incluso un mejor aprendizaje en las alternativas de instrucción directa^14,26,y es importante considerar las posibles fuentes de variabilidad.

Las características de diseño que subyacen a la implementación de PS-I son una característica importante²⁰. Una revisión sistemática²⁰ encontró que era más probable que hubiera una ventaja de aprendizaje para PS-I sobre las alternativas de instrucción directa cuando las intervenciones de PS-I se implementaron con al menos una de dos estrategias, ya sea formulando el problema inicial con casos contrastantes o construyendo la instrucción posterior con retroalimentación detallada sobre las soluciones de los estudiantes. Los casos contrastantes consisten en ejemplos simplificados que difieren en algunas características importantes¹¹ (ver Figura 1 para un ejemplo), y pueden ayudar a los estudiantes a identificar características relevantes y evaluar sus propias soluciones durante el problema inicial^11,20. La segunda estrategia, proporcionar explicaciones que se basan en las soluciones de los estudiantes^13,consiste en explicar el concepto canónico mientras se retroalimenta sobre las affordances y limitaciones de las soluciones generadas por los estudiantes, lo que también puede ayudar a los estudiantes a centrarse en las características relevantes y evaluar las brechas en su propio conocimiento²⁰, pero después de que se complete la fase inicial de resolución de problemas (ver Figura 3 para un ejemplo del andamiaje de las soluciones típicas de los estudiantes).

Dado el apoyo en la literatura a estas dos estrategias, contrastando casos y construyendo instrucción sobre las soluciones de los estudiantes, es importante considerarlas al promover la inclusión de PS-I en la práctica educativa real. Este es el primer objetivo de nuestro protocolo. El protocolo proporciona materiales para una intervención PS-I que incorporan estos dos principios. Es un protocolo que, si bien es adaptable, está contextualizado para una lección sobre variabilidad estadística, una lección muy común para estudiantes universitarios y de secundaria, que generalmente son las poblaciones objetivo en la literatura sobre PS-I^29. La fase inicial de resolución de problemas consiste en inventar medidas de variabilidad para la distribución del ingreso en los países, que es un tema controvertido³⁰ que puede ser familiar para los estudiantes en muchas áreas de aprendizaje. Luego se proporcionan materiales para que los estudiantes estudien soluciones a este problema en un ejemplo trabajado, y para una conferencia que incorpora la discusión de soluciones comunes producidas por los estudiantes junto con problemas de práctica integrados.

El segundo objetivo de nuestro protocolo es hacer que la evaluación experimental de PS-I sea accesible para educadores e investigadores, lo que puede facilitar la investigación de PS-I desde una mayor variedad de perspectivas mientras se mantienen algunas condiciones constantes en toda la literatura. Sin embargo, las condiciones de esta evaluación experimental son flexibles a las modificaciones. La evaluación experimental descrita en el protocolo se puede aplicar en lecciones ordinarias, ya que a los estudiantes de una sola clase se les pueden asignar los materiales para la condición PS-I o los materiales para una condición de instrucción directa al mismo tiempo (Figura 4). Esta condición de instrucción directa también es adaptable a las necesidades de investigación y educación, pero como se describió originalmente en el protocolo, los estudiantes comienzan obteniendo las explicaciones iniciales sobre el concepto objetivo con el ejemplo trabajado, y luego consolidan este conocimiento con un problema de práctica (solo presentado en esta condición para compensar el tiempo que los estudiantes de PS-I pasan en el problema inicial), y con la conferencia²³. Las posibles adaptaciones incluyen comenzar con la conferencia y luego hacer que los estudiantes realicen la actividad de resolución de problemas, que es una condición de control típica para comparar PS-I que a menudo ha llevado a un mejor aprendizaje para la condición PS-I^7,13,19,26. Alternativamente, la condición de control puede reducirse a la exploración de un ejemplo trabajado seguido de la fase de conferencia, que, aunque es una versión más simplificada de los enfoques de instrucción directa que la propuesta originalmente, es más común en la literatura y ha llevado a resultados variados, con algunos estudios que indican un mejor aprendizaje en PS-I^15,24, y otros que indican un mejor aprendizaje de este tipo de condición de instrucción directa^14,26.

Finalmente, un tercer objetivo del protocolo es proporcionar recursos para evaluar cómo los estudiantes con diferentes predisposiciones y habilidades cognitivas pueden beneficiarse de PS-I^15. La evaluación de estas predisposiciones es especialmente importante si tenemos en cuenta las predisposiciones negativas que algunos estudiantes suelen tener con los cursos STEM, y el hecho de que PS-I todavía puede producir reacciones negativas en algunos casos¹⁴. Sin embargo, hay poca investigación al respecto.

Por un lado, dado que PS-I facilita la asociación del aprendizaje con ideas individuales, en lugar de solo conocimientos formales, se puede plantear la hipótesis de que PS-I puede ayudar a motivar a los estudiantes de niveles académicos bajos, aquellos que tienen bajos sentimientos de competencia o baja motivación sobre el tema^13,27. Un estudio mostró que los estudiantes con baja orientación al dominio, es decir, menos objetivos relacionados con el aprendizaje personal, se beneficiaron más de PS-I que aquellos con mayor motivación para aprender²⁷. Por otro lado, los estudiantes con otros perfiles pueden encontrar dificultades cuando participan en PS-I. Más específicamente, la metacognición juega un papel importante en PS-I³¹, y los estudiantes con habilidades de metacognición bajas podrían no beneficiarse de PS-I debido a las dificultades para ser conscientes de sus brechas de conocimiento o discernir el contenido relevante¹⁵. Además, como la fase inicial de PS-I se basa en la producción de soluciones individuales, los estudiantes con habilidades divergentes bajas, dificultades que generan una variedad de respuestas en una situación dada, podrían beneficiarse menos de PS-I que otros estudiantes. El protocolo presenta instrumentos confiables para evaluar estas predisposiciones (Tabla 1) aunque otros pueden ser considerados.

En resumen, este protocolo tiene como objetivo hacer que una implementación de una intervención PS-I que siga los principios aceptados en la literatura PS-I sea accesible para educadores e investigadores. Además, los protocolos proporcionan una evaluación experimental de esta intervención y facilitan la evaluación de las predisposiciones cognitivas y motivacionales de los estudiantes. Es un protocolo que no requiere acceso a nuevas tecnologías o recursos específicos, y que puede ser modificado en función de las necesidades de investigación y educativas.