Resultados del estudio experimental de Flipped Learning en el ámbito de la enseñanza de matemáticas en ingeniería

RESULTADOS DEL ESTUDIO EXPERIMENTAL DE

FLIPPED LEARNING EN EL ÁMBITO DE LA

ENSEÑANZA DE MATEMÁTICAS EN INGENIERÍA

José4

1: Departamento de Ciencias y TIC Escuela de Arquitectura, Ingeniería y Diseño

Universidad Europea de Madrid

c/ Tajo, s/n – 28670 Villaviciosa de Odón (Madrid) e-mail: [email protected]

2: Departamento de Aeronaves y Vehículos Espaciales Escuela Técnica Superior de Ingeniería Aeronáutica y del Espacio

Universidad Politécnica de Madrid Pza. de Cardenal Cisneros, 3 | 28040 Madrid

e-mail: [email protected]

3: Departamento de Ingeniería Civil y Transportes

Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos Universidad Politécnica de Madrid

c/ Profesor Aranguren, s/n – 28040 Madrid e-mail: [email protected]

4: Escuela de Arquitectura, Ingeniería y Diseño Universidad Europea de Madrid

c/ Tajo, s/n – 28670 Villaviciosa de Odón (Madrid) e-mail: [email protected]

Resumen. La aplicación de la metodología Flipped Learning en ámbitos de educación superior es cada vez más frecuente. Los casos de éxito y guías de aplicación son frecuentes en toda clase de publicaciones y congresos, no así estudios realizados desde el punto de vista experimental con grupos de control que busquen calcular de forma cuantitativa los efectos que presenta la implantación de Flipped Learning frente a las clases magistrales tradicionales.

En el siguiente artículo se va a explorar un caso experimental que se estudió en la enseñanza de estadística a estudiantes de ingeniería de varias ramas distintas. Se verá cómo las mejoras son sustanciales tanto a nivel de asistencia de los estudiantes (aumento de un 10% de media) como, llamativamente, a nivel de mejora de las calificaciones (aumento medio de un 18%). Y se hará un breve desglose estadístico de los distintos datos recogidos.

Flipped Learning es una metodología activa, útil y de demostrada eficacia que puede lograr sacar mayor rendimiento a grupos desmotivados y dinamizar asignaturas áridas creando un entorno educativo del que todos los implicados podrán sacar partido.

1. INTRODUCCIÓN, OBJETIVO Y MAGNITUD

Las asignaturas de corte matemático generalmente resultan áridas para los estudiantes de cualquier área, pero en ingeniería y titulaciones de corte técnico, son fundamentales. Lograr motivar a los estudiantes y generar en ellos un interés creciente por estas asignaturas se convirtió en el objetivo fundamental del grupo de profesores que desarrolló el siguiente estudio.

Así, en septiembre de 2013 comenzó un periplo de 2 años de experimentación con le metodología Flipped Learning que tenía como objeto determinar su eficacia como herramienta motivacional frente a las clases magistrales tradicionales en el entorno de la educación superior en ingeniería. El experimento ha implicado a más de 200 estudiantes de 7 titulaciones distintas y a media docena de profesores. Y ha dado lugar a una tesis que se encuentra en proceso en el momento de escribirse este artículo, una comunidad de prácticas, tres ponencias en congresos internacionales y unas jornadas internacionales de intercambio que han tenido 600 asistentes de ambos lados del Atlántico.

2. ¿QUÉ ES FLIPPED LEARNING?

No hay un consenso claro sobre la definición de Flipped Learning. Como ocurre frecuentemente con las metodologías pedagógicas, bajo un mismo descriptor pueden hallarse multitud de realidades que pueden llegar a ser muy distintas entre sí.

Tucker (2012) remarca que "la idea central es dar la vuelta al método de enseñanza común: con vídeos creados por el profesor y lecciones interactivas, la lección que solía ocurrir en clase es ahora accesible desde casa, antes de la clase. La clase se convierte en el lugar ideal para trabajar a través de problemas, avanzar en conceptos, y participar en el aprendizaje colaborativo."

En Flipped Learning Network (http://www.flippedlearning.org/) la red de educadores y página web dirigida por el profesor Aaron Sams ofrecen una definición que trata de ser unificadora y que se ha traducido de su inglés original a continuación:

“Flipped Learning es una metodología pedagógica en la que la enseñanza formal se desplaza del ámbito grupal al ámbito individual, dejando el ámbito grupal libre para transformarse en un ambiente de aprendizaje dinámico, interactivo dónde el educador guía a los estudiantes mientras estos aplican los conceptos adquiridos y se sumergen de forma creativa en la materia cubierta.”

Los autores de este estudio proponen una definición alternativa, que a su entender engloba y amplía la anterior y se ajusta mejor al caso estudiado: “Flipped Learning define la metodología educativa presencial en la que el estudiante se convierte en agente activo de su propio aprendizaje. El estudiante adquiere los conocimientos teóricos fuera del aula mediante contenidos multimedia seleccionados por el docente o investigados por él mismo, pudiendo darse un modelo mixto con tanto peso en cada lado como se desee. El aula pasa a ser un espacio donde de forma individual o en grupos reducidos, los estudiantes se enfrentaran a pruebas prácticas que contextualicen y asienten lo aprendido de forma autónoma, actuando el docente como figura de guía y de apoyo”.

Esta metodología ha sido practicada en multitud de áreas de conocimiento con resultados positivos en todas ellas. Así, McLaughlin et al (2014) y Pierce&Fox (2012) experimentaron en Farmacia destacando el incremento de aprendizaje significativo obtenido entre los estudiantes. Strayer (2012) aplicó Flipped Learning en Estadística, comparando los resultados con un grupo de control de la misma universidad que recibieron enseñanza tradicional y obteniendo una mayor disposición para el aprendizaje colaborativo en el grupo principal. Zappe et al (2009) realizaron una investigación en un curso de ingeniería arquitectónica obteniendo como resultado una percepción por parte de los estudiantes de mayor efectividad de este nuevo método de aprendizaje. Ruddick (2012) comparó las calificaciones obtenidas en la asignatura de química aplicando Flipped Learning en un grupo y enseñanza tradicional en otro, obteniendo mejores resultados en el grupo no tradicional, además de una mejor predisposición al aprendizaje y menor intimidación frente al aprendizaje autónomo. 3. ¿POR QUÉ FLIPPED LEARNING?

Se escogió utilizar Flipped Learning para este experimento ya que ha demostrado ser una metodología de motivación con buena acogida entre los estudiantes y educadores de educación primaria y secundaria y se está abriendo paso con fuerza hacia la educación superior a lo largo de los últimos años. ¿Pero por qué Flipped Learning y no otra metodología?

 Es activa, luego coloca al estudiante en el centro, obligándole a ser artífice de su propio aprendizaje, cosa que es muy necesaria en educación a todos los niveles, pero aún más en la enseñanza de estudios de corte técnico dónde el aprendizaje para toda la vida es una condición necesaria para que los conocimientos técnicos no queden obsoletos.

 Es (preferiblemente) colaborativa. Funciona mejor cuando se aplica en grupos de trabajo y estos son una constante en la vida del ingeniero. Adquirir competencia en grupos de trabajo cambiantes resulta no solo deseable sino hasta un punto deseable y Flipped Learning lo permite de manera natural.

McLaughlin et al (2014) apuntan que “fomentar el aprendizaje significativo es una responsabilidad compartida entre los estudiantes y los instructores y que la implementación de soluciones creativas puede facilitar la excelencia académica y preparar mejor a nuestros futuros líderes.”

Diversos estudios han demostrado que el aprendizaje basado en vídeos es ligeramente más efectivo que las charlas tradicionales presenciales (Cohen et al, 1981), incrementándose esta diferencia cuando los videos son interactivos (Zhang et al, 2006 & McNeil, 1989). Además, establecen que las tareas para casa que se realizan online son tan efectivas como las tareas realizadas en papel (Bonham et al, 2003 & Fynewever, 2008), en contra de la creencia difundida que señala que se produce un mayor aprendizaje cuando se realiza una tarea manual tal como escribir.

aprendizaje y la posibilidad de emplear tecnología para lograr el aprendizaje, adaptándose la enseñanza a las nuevas generaciones tecnológicas.

Además, Herreid & Schiller (2013) añaden que con esta metodología se aumenta el tiempo efectivo con los estudiantes, es decir, el tiempo empleados en auténtica investigación, que se emplea mayor tiempo trabajando con equipos científicos solo disponibles en el aula, que se promueve el pensamiento “dentro y fuera de la clase”, y que se involucra de una manera más notoria a los estudiantes en su propio proceso de aprendizaje.

4. LA SELECCIÓN DE GRUPOS Y ASIGNATURA 4.1. Los grupos

Se decidió optar por una metodología experimental para estudiar cuál era el efecto real de Flipped Learning sobre el aprendizaje de los estudiantes y para ello se dispuso de 85 estudiantes. Éstos a su vez se encontraban divididos en tres grupos de dos grados ingeniería distintos el grado Ingeniería Informática y el grado de ingeniería mecánica. Uno de los dos grupos del Grado en ingeniería mecánica se mantuvo como grupo de control, en decir, no se aplicaría la metodología Flipped Learning en él, sino que se darían clases magistrales tradicionales a lo largo de toda la asignatura.

Los otros dos grupos, uno del Grado en Ingeniería Mecánica y el otro del Grado en Ingeniería Informática, serían experimentales. A partir de la mitad de la asignatura se implantaría la metodología Flipped Learning en ambos.

Para facilitar la comprensión de la distribución de estudiantes y grupos se ha realizado una tabla explicativa.

Grupo A B C

Tipo Flipped Learning

Grupo de control (no se utilizó el sistema Flipped

Learning)

Flipped Learning

Grado Ingeniería Informática Ingeniería Mecánica Ingeniería Mecánica Número de

matriculados 28 22 35

Tabla 1.Reparto de estudiantes por los grupos implicados en el experiment.

En pos de una mayor facilidad, de aquí en adelante, este artículo adoptará la nomenclatura utilizada en la Tabla 1 para los grupos: A y C son los experimentales y B el grupo de control.

4.2. La asignatura

Se decidió que la asignatura qué serviría de marco para el experimento fuese una de corte matemático, dónde a menudo es necesario impulsar la motivación y pueden polarizarse mucho las calificaciones debido a la afinidad (o falta de afinidad) con la materia en cuestión. Como se ha mencionado, los estudios que se han realizado en enseñanza secundaria demuestran que resulta mucho más efectiva cuando las actividades realizadas son colaborativas frente a actividades realizadas individualmente. Las matemáticas en ingeniería se dividen entre cálculo, álgebra, análisis matemático y estadística. De todas ellas la única que admite colaboración real es la estadística.

la discusión.

Una integral de cálculo no se puede realizar entre dos personas y cualquier tipo de contextualización que se le dé únicamente añadirá “ruido” al problema.

Razones Cálculo (I y II)

Álgebra (y matemática

discreta)

Análisis

matemático Estadística

Flipped Learning

Conocimiento modular Sí Sí Sí Sí

Orientación a la práctica Sí Sí Sí Sí

Admite colaboración No No No Sí

Contorno

Tamaño suficiente para incluir

grupo de control Sí Sí No Sí

Es trasversal a todas las

ingenierías Sí No No Sí

Tabla 2.Estudio de viabilidad de la aplicación de la metodología Flipped Learning en las asignaturas de corte matemático de ingeniería.

Además, Estadística para la Ingeniería presenta otras tres ventajas que la hacían idónea para poder realizar el experimento entre grupos de grados en ingeniería distintos:

 Se imparte en segundo curso de todos los grados en ingeniería ofertados por la institución donde se realizó el experimento (a excepción del Grado en Ingeniería Civil).

 En todos los programas tiene la misma estructura interna con una extensión de 6 ECTS

 Se imparte en inglés (tanto en grados bilingües como en grados en español).

5. FASES DEL EXPERIMENTO

El experimento se dividió la asignatura en dos mitades que se describirán a continuación:

5.1. Primera mitad de la asignatura. Común para A, B y C.

En esta primera mitad de la asignatura, la docencia se impartió mediante clases magistrales en los tres grupos por igual.

Durante este periodo, se encomendó a los estudiantes realizar una actividad de análisis estadístico individual que suponía un 10% de la calificación total de la asignatura. El enunciado fue idéntico para los tres grupos A, B y C.

Al finalizar esta mitad (al cabo de unas 5 o 6 semanas, dependiendo del grupo) se realizó una prueba objetiva de conocimientos para evaluar lo cubierto hasta ese momento en las clases. Fue idéntico para los tres grupos A, B y C.

5.2. Encuesta de autopercepción del aprendizaje inicial

Después de la prueba parcial pero antes de comenzar la segunda mitad de la asignatura, se realizó una encuesta de autopercepción del aprendizaje, en ella los estudiantes debían valorar del 1 al 5 los siguientes puntos, siendo 1 la valoración más baja y 5 la más alta:

2. Calidad de los contenidos

3. Tiempo de trabajo autónomo en la asignatura 4. Rendimiento percibido del tiempo dedicado 5. Percepción de la retención de contenidos 6. Percepción del conocimiento adquirido

Mediante esta encuesta se pretendía recoger datos cualitativos sobre la implantación de la metodología y entender cómo percibe el estudiante su propio aprendizaje dentro de su marco.

5.3. Segunda mitad de la asignatura para los grupos A y C. Flipped.

La segunda mitad de la asignatura para los grupos A y C se desarrollo bajo el marco metodológico de Flipped Learning.

Los contenidos teóricos de esta segunda mitad se hicieron en formato multimedia para que los estudiantes los prepararan fuera del aula. Dejando el tiempo de clase para practicar lo aprendido en las sesiones de trabajo colaborativo.

Los profesores crearon videos y los subieron a la plataforma youtube.com en un canal de tutoriales académicos disponible a tal fin. Se generaron también materiales escritos, que junto con los videos se indexaron en el campus virtual de entorno Moodle de la asignatura. Ahí los estudiantes sabrían qué materiales debían haber estudiado para qué sesión de clase presencial.

Las clases presenciales consistían en sesiones colaborativas de resolución de problemas. Estos problemas eran recogidos al final de la clase y calificados por un valor total de 40% de la nota final de la asignatura. Los grupos de estudiantes podían ser de 2 o de 3, aunque excepcionalmente se admitía alguno de 4. La condición que se les planteaba era que no podían repetir compañeros en su grupo hasta no haber trabajado con el resto de la clase. La logística de esta condición era compleja, pero se hizo una tabla de doble entrada para poder hacer un seguimiento de qué posibilidades de agrupación quedaban. La razón de imponer esta condición era evitar la polarización de los grupos, obligando a una mayor heterogeneidad de las colaboraciones. Evitaba situaciones en las que un estudiante pudiese permitirse no estudiar los contenidos antes de la sesión por saber que su grupo lo habría hecho por él. El hecho de que cada sesión correspondía a entre un 4% y 5% de la calificación final. Hacía que no se tomasen a la ligera faltar a una ni permitirse no puntuar en el ejercicio propuesto.

Los ejercicios de cada sesión eran comunes para todos los grupos (A y C).

Tras las sesiones colaborativas se realizó el examen final de la asignatura, correspondiente a un 30% de la calificación total. Fue idéntico para los dos grupos. 5.4. Segunda mitad de la asignatura para el grupo B. Tradicional.

El grupo B continuó con las clases impartidas de forma tradicional. Las actividades colaborativas que se habían realizado en el aula en los grupos A y C en esta ocasión se realizaron fuera de ella, como deberes a resolver y entregar antes de la siguiente sesión. Su valoración también ascendía a un 40% de la nota total. Los enunciados fueron idénticos a los de las sesiones de Flipped Learning.

5.5. Encuesta de autopercepción del aprendizaje final

Al igual que se hizo tras la prueba parcial, después del examen final se pasó una encuesta a los 3 grupos para que valorasen su percepción de su propio aprendizaje y la metodología (solo en el caso de los grupos A y C, lógicamente).

Los puntos encuestados fueron los siguientes:

1. Satisfacción con la forma de impartir los contenidos 2. Calidad de los contenidos

3. Tiempo de trabajo autónomo en la asignatura 4. Rendimiento percibido del tiempo dedicado 5. Percepción de la retención de contenidos 6. Percepción del conocimiento adquirido

7. Influencia del cambio de metodología en tu rendimiento (solo A y C)

8. Influencia del cambio de metodología en tu retención de contenidos (solo A y C) 6. RESULTADOS

A partir de los datos de encuestas, calificaciones de todas las pruebas evaluadas y resúmenes de asistencia a clase recogidos se realizó un estudio estadístico para determinar la mayor cantidad de información posible acerca de la influencia de la implantación de la metodología y sus efectos.

En primer lugar se realizó un test ANOVA sobre las calificaciones de los grupos A, B y C. El test ANOVA analiza la pertenencia o no a una misma población de distintas muestras. El objetivo era determinar si A y C podían considerar se de una misma población y B de una distinta, por haber utilizado metodologías distintas. Esto sería destacable ya que B y C pertenecen ambos al mismo grado, mientras que A y C a grados distintos.

Los resultados del ANOVA se resumen en la siguiente tabla:

Grupos Media Varianza

A -0,1490 0,0737

C 0,3033 0,0358

Origen de las variaciones F Valor crítico de la F

Entre grupos

23,1140 4,2597

Dentro de los grupos

Grupos Media Varianza

B 0,0154 0,0574

A & C 0,1815 0,0853

Origen de las variaciones F Valor crítico de la F

Entre grupos

2,1314 4,1491

Dentro de los grupos

Tabla 3.Resultados del test ANOVA entre los grupos A y C y entre los grupos A+C y B.

Lo que se traduce en:

estudiarán agrupados.

 A y C agrupados pertenecen a una población distinta a B. Además se recogieron los siguientes resultados:

 Las calificaciones en A+C frente a B crecieron en torno a un 20%. Se realizó un test t para comprobar la consistencia de esta mejora en las calificaciones y se obtuvo lo era.

 La asistencia a clase en A+C frente a B a partir de la implantación aumentó en torno a un 10%.

 Los estudiantes percibieron de forma cualitativa que su retención y comprensión de la asignatura había aumentado.

7. CONCLUSIONES

La aplicación de Flipped Learning en la asignatura de Estadística para la Ingeniería puede considerarse un éxito.

Los estudiantes asisten más a clase, sacan mejores calificaciones a igualdad de pruebas de evaluación y perciben que su aprendizaje es mayor y mejor.

8. ¿CÓMO AFECTA FLIPPED LEARNING AL DOCENTE?

Lo que no se ha descrito es la carga de trabajo que supone el poner en marcha el sistema, sobre todo a la hora de generar los contenidos multimedia. Tampoco la enorme cantidad de pruebas de evaluación que han de corregirse (aunque esto puede resolverse mediante el uso de co-evaluaciones supervisadas). Una vez creados los materiales y orientado el sistema de evaluación para que no sea abrumador, la docencia de una asignatura que aplica Flipped Learning no se diferencia demasiado en tiempo ni cargas para el docente de una clase tradicional.

9. LÍNEAS FUTURAS DE INVESTIGACIÓN

A la vista de los buenos resultados obtenidos, se insta a la colaboración con otros profesionales de la educación interesados en reproducir el experimento para crear una base de datos de resultados ajustada a un conjunto común de indicadores, a fin de poder comparar la efectividad de la aplicación de la metodología en ámbitos educativos diferentes dentro de la educación superior.

10. REFERENCIAS

Bonham, S.W., Deardorff, D.L.&Beichner, R.J. (2003).Comparison of student performance using web and paperbased homework in college-level physics.Journal of Research in Science Teaching, 40(10):1050–1071.

Cohen, P.A., Ebeling, B.J.&Kulik, J.A. (1981). A meta-analysis of outcome studies of visual-based instruction. Educational Technology Research and Development, 29(1):26–36.

Fulton, K. (2012). Upside down andinside out: Flip your classroom toimprove student learning. Learning& Leading with Technology, 39(8),12–17.

Fynewever, H. (2008). A comparison of the effectiveness of web-based and paper-based homework for general chemistry.The Chemical Educator, 13(4):264–269.

McLaughlin, J. E., Roth, M. T., Glatt, D. M., Gharkholonarehe, N., Davidson, C. A., Griffin, L. M.&Mumper, R. J. (2014). The flipped classroom: a course redesign to foster learning and engagement in a health professions school. Academic Medicine, 89(2), 236-243.

McNeil, B. J (1989). A Meta-analysis of interactive video instruction: A 10 year review of achievement effects. PhD thesis, University of Idaho.

Milman, N. B. (2012). The flipped classroom strategy: What is it and how can it best be used?. Distance Learning, 9(3), 85.

Pierce, R., & Fox, J. (2012). Vodcasts and active-learning exercises in a “flipped classroom” model of a renal pharmacotherapy module. American journal of pharmaceutical education, 76(10).

Ruddick, K. W. (2012). Improving chemical education from high school to college using a more hands-on approach.Unpublished doctoral dissertation, University of Memphis

Strayer, J. (2012). How learning in an inverted classroom influences cooperation, innovation and task orientation. Learning Environments Research, 15, 171–193

Tucker, B. (2012). The flipped classroom. EducationNext, 12(1), 82-83.