Propuesta metodológica para el desarrollo de competencias vinculadas con el pensamiento computacional

Introducción

Para promover el uso de las tecnologías generadas a comienzos del siglo XXI surgen en Iberoamérica proyectos impulsados por medio de políticas públicas, cuyo objetivo es dotar a las instituciones de herramientas digitales como computadoras, laptops, tabletas y tableros digitales, con el fin de propiciar la inclusión y el uso de dispositivos tecnológicos en la educación. Entre estos proyectos se encuentra el Programa Computadores para Educar (CPE) en Colombia, y de manera paralela otra serie de proyectos tales como Conectar Igualdad en Argentina, Programa Nacional de Informática Educativa (PRONIE) en Costa Rica, Me Conecto para Aprender en Chile y Plan Ceibal en Uruguay, en el 2007, entre algunos otros. Como se comentó, estos proyectos proponen la incorporación de las tecnologías de información y comunicación (TIC), para el trabajo en el aula, enfocado desde distintas visiones, algunas sociales, otras pedagógicas, en busca de mejorar la educación y enseñar de manera distinta (Lugo, 2015).

Junto a estos proyectos macro surgen experiencias desde las instituciones educativas que, además de buscar incluir las herramientas TIC en el proceso de enseñanza y aprendizaje, proponen las estrategias pedagógicas para poder hacer esta inclusión, al tiempo que buscan promover el desarrollo de habilidades para el manejo efectivo de información y de dispositivos tecnológicos variados, tanto en los docentes como en los estudiantes, habilidades pertenecientes a las competencias del siglo xxi (Unesco, IIPE y OEI, 2014). Entre ellas se incluye el pensamiento computacional (PC), que según Wing (2011) es el proceso de pensamiento que se utiliza para formular y dar soluciones a problemas o satisfacer necesidades, haciendo uso de agentes de información. Acerca de este tema Sarmiento et al. (2016) y Sarmiento (2019) recopilaron y analizaron diversas iniciativas encontradas alrededor de Iberoamérica, que promueven el desarrollo del PC al usar herramientas para la enseñanza de la programación y temas a fines trabajados con estudiantes de secundaria y primeros semestres de universidad. En esta investigación se revisaron las experiencias para conocer las estrategias utilizadas y los resultados obtenidos. Al hacer esta exploración, se percibió la necesidad de contar con una metodología que oriente el proceso para cumplir con las características mínimas que se deben tener en cuenta en el momento de generar las sesiones y actividades para el desarrollo de dichas competencias, de manera que se brinden pautas que faciliten su generación.

El siguiente artículo expone aspectos relacionados con el trabajo realizado por la autora como tesis de maestría, en el cual se diseña una metodología que sirve como aporte académico para la construcción de experiencias que fomenten el desarrollo del PC. Dicha metodología se probó mediante el diseño de actividades de aula realizadas y utilizadas en colaboración con una docente del área de Lengua castellana; la implementación se efectuó con un grupo de estudiantes de sexto grado de básica secundaria de la Institución Educativa Departamental Pío XII de Pacho, Cundinamarca, Colombia, quienes participaron de un espacio educativo que se llamó Club de lectura Cuenta un cuento con tecnología.

Iniciativas para el desarrollo del PC alrededor de Iberoamérica

En la investigación realizada por la autora, se hace un análisis de las estrategias para desarrollar el PC utilizadas por medio de las iniciativas institucionales encontradas alrededor de Iberoamérica, entre ellas: Argentina con la iniciativa Programando con robots y software libre, Program.AR, “Enfoque basado en gamificación para el aprendizaje de un lenguaje de programación”, “Herramientas lúdicas como apoyo a la enseñanza de la programación” y “El pensamiento computacional: experiencia de su aplicación en el aprendizaje de la resolución de problemas”; asimismo, la propuesta de Uruguay con el Programa de Pensamiento Computacional; en Costa Rica se encontró la iniciativa Programa Nacional de Informática Educativa PRONIE; en Chile se revisaron las propuestas “Desarrollo del pensamiento computacional con Scratch”, “Uso de Scratch y Lego Mindstorms como apoyo a la docencia en fundamentos de programación”, “Un taller de robótica para el apoyo de la enseñanza de programación de computadores basado en estilos de aprendizaje”; por otro lado figura un proyecto conjunto entre España, Ecuador y Colombia llamado “Desafío STEM”; también se encontraron iniciativas en la comunidad autónoma de Madrid como fueron: “Robótica DIY”, “Pensamiento computacional para mejorar la resolución de problemas”, junto con “Mejora del pensamiento computacional en estudiantes de secundaria con Tareas Unplugged”; en Colombia se analizó la iniciativa “Scratch + ABP”, como estrategia para el desarrollo del pensamiento computacional, y en Ecuador se examinó la iniciativa “Uso de Scratch como herramienta para el desarrollo del pensamiento computacional en programación I de la carrera de Informática de la Universidad Central del Ecuador”. En el cuadro 1 se muestran las quince propuestas revisadas.

Estas iniciativas desarrollan habilidades pertenecientes al pensamiento computacional, en su mayoría por medio del uso de entornos y lenguajes de programación, se aplican mediante estrategias propias utilizadas en cada institución educativa, enfocadas al trabajo con estudiantes de secundaria hasta los primeros años de universidad. Las actividades incluyen talleres, sesiones o concursos, como desafíos, retos y torneos que forman parte de un currículo, o se trabajan como clases optativas. A veces se desarrollan virtualmente y otras de manera presencial en jornadas de entre tres y dieciséis días con una hora u hora y media de clase semanal; esta duración se relaciona con la profundidad con que se trata el tema abordado y el logro de la habilidad que se busca desarrollar.

Otro aspecto analizado en la investigación es el relacionado con las herramientas de software que se utilizan en estas iniciativas. Se observó que en su mayoría desarrollan las actividades de aula con el uso de herramientas libres y/o gratuitas como es el caso de algunos lenguajes y entornos de programación, entre ellos Scratch y los kits de robótica lego, entre otros. Con el análisis realizado a los resultados de estas experiencias se pudo confirmar que el uso de estas herramientas permite el desarrollo de diversas habilidades relacionadas con el PC y mejora el aprendizaje en otras disciplinas, mientras se trabajan los conceptos de programación, como lo indica Resnick (2007).

La revisión y análisis que se hizo a las estrategias utilizadas en las iniciativas encontradas sirve como sustento en el momento de reconocer las características por tener en cuenta para diseñar actividades que promuevan el desarrollo del PC y, de este modo, poder generar propuestas metodológicas pensadas desde lo pedagógico, donde se tengan en cuenta el grupo objetivo y sus particularidades, que a su vez guíe el proceso y lo haga comprensible para los docentes que lo quieran aplicar desde cualquier área del conocimiento, no solo para docentes de áreas tecnológicas.

Marco teórico

A continuación se abordan conceptos de importancia tomados en cuenta para el diseño metodológico presentado como resultado de esta investigación.

Con respecto al pensamiento computacional existen expertos en diversos temas educativos, de ciencia y de tecnología que han propuesto conceptos relacionados al PC, definiciones formuladas desde el área en la cual se desempeñan; por este motivo, no se ha llegado a acuerdos acerca de la definición. Entre los conceptos de interés para esta investigación se encuentra la propuesta inicial hecha por Wing (2006), quien utilizó el pensamiento computacional para hacer referencia a la habilidad de dar respuesta a problemas usando herramientas computacionales. Este concepto se complementó en el 2010 en un trabajo conjunto con Jan Cuny y Larry Snyder, quienes lo definieron así:

Pensamiento computacional es el proceso de pensamiento donde están involucradas la formulación de los problemas y sus soluciones, donde las soluciones están representadas en una forma que se pueden llevar a cabo con eficacia por un agente de procesamiento de información. (Cuny et al., 2010)

Otro de los conceptos de interés es el referido por la Sociedad Internacional para la Tecnología en Educación (ISTE) y la Asociación de Docentes en Ciencias de la Computación (CSTA), quienes propusieron la siguiente definición operativa del PC para educación escolar: “El pensamiento computacional PC es un método para resolver problemas de manera que puedan ser implementados con una computadora. Los estudiantes no son solo usuarios de la herramienta sino constructores de ellas” (Barr y Stephenson, 2011).

Asimismo, se tiene en cuenta el concepto planteado por la Universidad Carnegie Mellon en su Centro de Pensamiento Computacional, que define el PC como la manera para dar solución a problemas usando conceptos fundamentales de la informática. Este brinda soluciones económicas, eficientes, seguras y justas, por medio de abstracción y pensamiento algorítmico para aplicar conceptos matemáticos. (Center for Computional Thinking, 2012)

Por otro lado, se consideró el concepto dado por la fundación Google for Education, la cual sugiere que el PC es un proceso para la resolución de problemas, que se utiliza desde diversas disciplinas y es fundamental para el desarrollo de aplicaciones informáticas al considerar que cuando se aprende a través del currículo escolar los estudiantes pueden encontrar una mayor relación entre lo que se aprende en la escuela y lo que les puede servir en la vida fuera del aula escolar.

Con relación al PC, según Panoff (2014), “El pensamiento computacional y modelado multi-escala son el corazón y alma intelectual de la ciencia del siglo XXI y, por tanto, son las habilidades esenciales de la fuerza laboral del siglo 21”.

Por otra parte, en un artículo escrito en la Universidad de Alicante, España, los docentes que realizan cursos de introducción a la programación de ordenadores dicen que el PC es el vehículo perfecto para desarrollar habilidades de pensamiento computacional ya que implica la resolución de problemas usando conceptos informáticos (Compañ Rosique et al., 2015). De estos conceptos brindados por expertos se acoge para esta investigación la definición dada por Wing et al. (2010), sin dejar de tener en cuenta el aporte de los demás conceptos mencionados que se han generado a partir del concepto primigenio.

Al recopilar y analizar las propuestas para el desarrollo del PC, enfocadas en estudiantes de secundaria y primeros años de universidad, Sarmiento et al. (2016) definieron los conocimientos, actitudes y habilidades más representativas de este tipo de pensamiento, entre ellas:

• Enunciar problemas que tengan solución haciendo uso de computadora.

• Abstraer datos relevantes para reconocer la información principal.

• Llegar de manera ordenada a una solución por medio del diseño de algoritmos.

• Modularizar o fragmentar datos, procesos o problemas en pequeñas partes que sean manejables.

• Diseñar modelos de las soluciones posibles antes de hacer las pruebas.

• Poner en práctica los modelos para verificar si la solución propuesta es la adecuada.

• Transferir y poder generalizar el proceso de la solución de problemas a diversas situaciones.

• Perseverar al trabajar en problemas complejos.

• Generar habilidades para llegar a acuerdos cuando se trabaja en equipo.

Por otro lado, como base para el diseño metodológico presentado se asume la definición de metodología que ofrece la Real Academia Española (RAE, 2019), esto es: los métodos que se siguen en una investigación científica; asimismo se toma la conceptualización de la palabra competencia como: los conocimientos, valores, capacidades, habilidades y en general atributos de una persona, relacionados con desempeños de éxito en trabajos, ocupaciones y relaciones (Cataldi et al., 2010).

Para continuar, es importante mencionar que la metodología diseñada toma aspectos relacionados con los modelos de integración de tecnologías en la educación como el TPACK (Technological Pedagogical Content Knowledge) y el modelo propuesto por Manso et al. (2011), puesto que estos se complementan en cuanto a la toma de decisiones pedagógicas que se tienen en cuenta para el diseño de experiencias educativas. Estas, según Magadán (2012), son de tres tipos:

• Decisiones curriculares: decidir los contenidos temáticos por abordar y plantear el objetivo de aprendizaje.

• Decisiones pedagógicas: definir las actividades por trabajar y el producto que se espera obtener, junto con los roles de docentes y estudiantes, del mismo modo las tácticas que se utilizarán para la evaluación.

• Decisiones tecnológicas: elegir los recursos digitales según las necesidades pedagógicas, conseguir esos recursos y planificar su utilización.

De igual manera, la metodología propuesta por esta investigación retoma una estructura de pasos ordenados como se plantean en la propuesta de Manso et al. (2011) y en los modelos de proceso para el desarrollo de software, que son sencillos, fáciles de entender, ordenados y coherentes (Roa, 1985), y que pretenden guiar de manera organizada el desarrollo de experiencias educativas.

Estos conceptos son la base de la metodología para el desarrollo del pensamiento computacional, que se describe a continuación.

Metodología

Resultados y análisis

Al tener en cuenta el concepto de pensamiento computacional propuesto por Wing (2016), que lo define como la habilidad de dar respuesta a problemas haciendo uso de herramientas computacionales, y las orientaciones ofrecidas por los modelos TPACK y por Manso et al. (2011), que guían el proceso mediante el cual se incorporan apropiadamente las TIC en el aula, junto con el orden que propone el modelo de proceso para el desarrollo de software, se genera la propuesta metodológica que se presenta a continuación.

Análisis de información recopilada

La experiencia educativa diseñada se implementó en un grupo de dieciséis estudiantes con las características mencionadas, por medio de un diseño preprueba-posprueba de un solo grupo, junto con instrumentos de recolección de información como cuestionarios escala tipo Likert y entrevistas (individuales, semiestructuradas y grupos focales). Se hizo el seguimiento a esta implementación, por medio de estos instrumentos se evaluó el grado de desarrollo de las habilidades, conocimientos y actitudes relacionadas con el PC; de igual manera, se evaluó la experiencia de los estudiantes con relación al nivel de satisfacción y dificultad durante las sesiones en la realización de las actividades propuestas.

Para saber el grado de aprobación al seguir las etapas de la metodología por parte de la docente de Lengua Castellana que diseñó la experiencia educativa, se aplicaron dos entrevistas semiestructuradas en las cuales la docente manifestó conocer bien la metodología y estar de acuerdo con los pasos por seguir para la generación de la experiencia, opinó que las etapas son necesarias para diseñar actividades centradas en las características del grupo de estudiantes. Con respecto a las competencias que se optaron por trabajar desde las dos áreas del conocimiento, la docente opina que son adecuadas puesto que sirven para que los estudiantes se desenvuelvan en diversos ambientes, no solo en el académico. De igual manera, le parece que el trabajo transversal entre dos áreas del conocimiento, como en este caso, beneficia a los estudiantes, en la medida en que descubren la importancia de vincular el conocimiento desde diferentes entornos.

Por otro lado, a través de los cuestionarios tipo Likert y las entrevistas se dio a conocer que los participantes se sintieron satisfechos respecto a:

• El trabajo realizado: los estudiantes comentaron que todas las actividades fueron interesantes y se sintieron animados a acudir a cada sesión, aunque estas se realizaron fuera del horario escolar.

• Abstraer información y usarla en su creación literaria: los estudiantes manifestaron agrado al poder integrar actividades tecnológicas con el uso de la computadora con la escritura creativa de cuentos, relacionada con el área de Lengua Castellana.

• Diseñar algoritmos para llegar a la solución de los desafíos: los estudiantes señalaron que resultó útil entender el concepto de algoritmo porque pudieron recurrir a él en la solución de los desafíos propuestos.

• Descomponer problemas en pequeñas partes para solucionarlos fácilmente: en este caso, los estudiantes expresaron la importancia que tiene poder modularizar problemas complejos y dividirlos en partes pequeñas que se puedan solucionar de manera sencilla.

• Hacer acuerdos en el equipo de trabajo para cumplir metas: los estudiantes afirman que, a pesar de las dificultades que tuvieron en ciertos momentos de las sesiones, pudieron dialogar con sus compañeros de equipo de trabajo para concertar cómo iban a dar respuesta a los desafíos.

• Colaborarse, compartir y conocer mejor a sus compañeros; este espacio académico, según exponen los estudiantes, se convirtió en un lugar para socializar y aprender junto a sus compañeros de equipo de trabajo.

Al mismo tiempo se reveló que las dificultades encontradas por los estudiantes fueron:

• Hacer la animación de la creación literaria en Scratch, debido a que faltó un mayor número de sesiones para la exploración, el reconocimiento y la práctica del entorno de programación, de modo que se pudieran reconocer otras herramientas del entorno de programación que facilitaran la producción del cuento creado.

• Llegar a acuerdos cuando la actividad tenía alto rango de complejidad. Se evidenció que a mayor dificultad, mayor conflicto para pactar acuerdos entre los equipos de trabajo y poder llegar a solución de los desafíos propuestos.

• Participar en todas las sesiones planeadas, puesto que algunas actividades personales interfirieron para poder asistir a todas las sesiones, sobre todo porque estas se realizaron fuera del horario escolar. Por esta razón, aunque el grupo inició con veinte estudiantes, cuatro de ellos no participaron en todos los encuentros y por eso no aparecen reportados.

Para reconocer el avance de los estudiantes en el desarrollo de las competencias pertenecientes al PC junto con el progreso de habilidades lectoescritoras, se utilizaron formatos de preprueba y posprueba, construidos a partir de afirmaciones referentes a las habilidades abordadas en cada sesión, donde se evaluaron las actividades de aula diseñadas siguiendo la metodología, de modo que los estudiantes las calificaran y se pudieran comparar ambos momentos, para así concluir al respecto.

En cuanto al uso de computadoras en la solución de problemas, como se puede observar en la gráfica 1, donde Siempre es (S), Algunas veces (A), y Nunca (N), la posprueba mostró que después del trabajo en las sesiones los estudiantes proponen en alguna medida utilizar la computadora para dar solución a problemas, puntuando el nivel N en 0 y el A en 13. Para evaluar esta afirmación, se les aclaró que no tuvieran en cuenta solo el trabajo de la sesión, sino que consideraran el uso de este dispositivo en otras situaciones, como las labores de la escuela y el hogar.

Gráfica 1: Resultados obtenidos en la pre- y posprueba en cuanto a usar la computadora en la solución de problemas.

Fuente: elaboración propia.

De igual manera, se preguntó a los participantes acerca de poder abstraer los datos importantes de un algún tipo de información presentada de forma visual o escrita. Después de realizar la experiencia, se observó que una mayor cantidad de estudiantes consideró que podía abstraer los datos principales de diversos tipos de información, sean imágenes o textos. Once estudiantes puntuaron en el nivel S, cinco en A y cero en N (gráfica 2).

Gráfica 2: Resultados obtenidos en la pre y posprueba en cuanto a la abstracción de información relevante.

Fuente: elaboración propia.

La siguiente afirmación que calificaron los estudiantes se relacionó con el diseño de algoritmos como medio para llegar a la solución de problemas de manera ordenada. La gráfica 3 muestra que en la preprueba los estudiantes puntuaron en su mayoría en el nivel S, esta respuesta se pudo presentar porque no tenían claro el concepto de algoritmo, luego de trabajar este concepto en las sesiones, saber con seguridad a qué hacía referencia y utilizar algoritmos para la solución de los desafíos, consideraron puntuar según la posprueba en mayor medida el nivel A con nueve estudiantes y ninguno en el nivel N.

Gráfica 3: Resultados obtenidos en la pre y posprueba en cuanto a diseñar algoritmos como medio para llegar a una solución de manera ordenada.

Fuente: elaboración propia.

Para continuar, los estudiantes calificaron la afirmación relacionada con tomar procesos o problemas, descomponerlos (modularizarlos) en partes pequeñas y manejables para poder llegar a una solución de manera sencilla. Al considerar los puntajes que proporcionaron los estudiantes y comparar los resultados entre la preprueba y posprueba se observó en la posprueba el aumento en el puntaje del nivel S con seis estudiantes y la disminución de los que puntuaron el nivel N, con cero estudiantes. Este resultado llevó a pensar que reconocieron la descomposición de tareas complejas como una herramienta útil al momento de dar solución a cierto tipo de problemas como se muestra en la gráfica.

Gráfica 4: Resultados obtenidos en la pre y posprueba en cuanto a descomponer problemas en pequeñas partes manejables.

Fuente: elaboración propia.

En la evaluación con respecto a la habilidad para hacer acuerdos en equipo y cumplir metas, a pesar de las dificultades que se presentaron en ciertos momentos, los datos mostraron que la mayoría de los estudiantes se mantuvieron en las dos pruebas entre los niveles S y A; según la posprueba, donde nueve de ellos puntuaron A, se percibió que en las sesiones donde se realizaron actividades de mayor complejidad se dificultó el llegar a acuerdos en los equipos de trabajo, a mayor dificultad, mayores conflictos.

Gráfica 5: Resultados obtenidos en la pre y posprueba en cuanto a comunicarse y llegar a acuerdos para alcanzar una meta.

Fuente: elaboración propia.

Para completar la evaluación en el formato de posprueba, se pidió a los estudiantes que entre un conjunto de alternativas eligieran cuál de ellas correspondía a los aprendizajes alcanzados en las sesiones. Los estudiantes seleccionaron todas las alternativas presentadas, de este modo se reconoce que mediante las actividades se logró abordar las competencias planteadas en el diseño de la experiencia educativa. La gráfica 6 muestra el resultado.

Gráfica 6: Aprendizajes logrados con las actividades realizadas.

Fuente: elaboración propia.

Los resultados anteriores señalan que la metodología propuesta logra guiar, paso a paso, la generación de experiencias académicas para el desarrollo del PC.

Conclusiones

La revisión de los aspectos metodológicos de un conjunto de variadas iniciativas para el desarrollo del PC, junto con constructos teóricos relacionados con la incorporación de las TIC en el aula, como lo son el modelo TPACK y el de Manso et al. (de los cuales se retoma la idea acerca de las decisiones que se deben tomar en cuanto a aspectos curriculares, pedagógicos y tecnológicos), al igual que los modelos de desarrollo de software en relación con el planteamiento de etapas que se deben seguir a cabalidad para cumplir con el proceso de diseño de actividades, sirvió para producir y presentar una metodología que guía el diseño de experiencias para el aula. Esta propuesta resultó ser clara y sencilla en el momento de ser utilizada por una docente no perteneciente a un área tecnológica.

Al poner en juego este diseño mediante un estudio de caso se pudieron reconocer las dificultades y potencialidades de la propuesta metodológica. El seguimiento realizado mostró que esta, además de guiar el proceso para la creación de experiencias educativas, logró hacer un trabajo transversal entre dos áreas del conocimiento como lo fueron las áreas de Lengua castellana y de Tecnología e informática. De la misma forma, se evidenció que las etapas y las preguntas orientadoras que conforman la metodología y que orientan la preparación de las actividades de aula resultan convenientes y sencillas de comprender y de seguir, como también resultan oportunas las recomendaciones expuestas en cuanto a las competencias por abordar y las herramientas de software que se pueden utilizar. Estas facilitan tomar decisiones apropiadas que complementan el diseño de la experiencia. Igualmente, se comprobó el alcance satisfactorio del diseño de una experiencia con tecnologías digitales en el aula, donde se tuvo en cuenta el grupo destinatario y el contexto, lo que a su vez permitió desarrollar habilidades tanto del pensamiento computacional como del proceso lectoescritor. Esta experiencia despertó interés en el diseño de actividades para el uso de TIC en el aula por parte de una docente en un área no tecnológica. De esta manera también logró enriquecer su área de conocimiento.

Por otro lado, es conveniente complementar la propuesta con mayor número de recomendaciones que acompañen cada una de las etapas y sus preguntas orientadoras, de tal manera que si la metodología es empleada por una docente de un área no tecnológica cuente con el sustento necesario para generar la propuesta sin necesidad de contar con apoyo tecnológico de algún experto, sino que la metodología brinde todas las recomendaciones necesarias. También es importante ampliar el rango de impacto para continuar la evaluación de la metodología en mayor profundidad y así definir qué otros ajustes son necesarios para mejorar la propuesta, y se hace indispensable lograr integrar al proceso a diversas áreas del conocimiento, para verificar el impacto de esta en un trabajo interdisciplinario.

Cabe anotar que se observaron algunos desafíos a los que se debe hacer frente para usar un modelo como el que se propone en esta investigación. El primero de ellos es que se requiere formación para docentes en cuanto al uso de dispositivos tecnológicos; en este caso, esa necesidad se resolvió con el apoyo y la participación de una docente del área tecnológica. Asimismo, aunque se cuenta con las herramientas tecnológicas prestadas por la institución, pero es importante que mayor cantidad de estudiantes cuenten con equipos propios y conectividad, de manera que puedan seguir explorando desde casa las potencialidades de los softwares que se trabajan en las sesiones.

La difusión de los resultados de esta investigación se realiza con el interés de compartir la experiencia y sus resultados para que otros docentes atraídos por el tema puedan aplicar la metodología propuesta en sus instituciones educativas y sea posible recopilar sus puntos de vista para aportar información que sirva para continuar con los ajustes necesarios en la metodología.