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⭐INVESTIGACIÓN EN EDUCACIÓN MATEMÁTICA
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María Ángeles Marín Gómez
1 INVESTIGACIÓN EN EDUCACIÓN MATEMÁTICA Noveno Simposio de la Sociedad Española de Educación Matemática SEIEM EDITORES Alexander Maz Machado Bernardo Gómez Alfonso Manuel Torralbo Rodríguez Córdoba, 7-10 de Septiembre de 20052 Editores: Alexander Maz Machado Bernardo Gómez Alfonso Manuel Torralbo Rodríguez Comité científico: Bernardo Gómez Alfonso (coord.) Modesto Sierra Vásquez Maria del Mar Moreno Moreno Maria José González López Pablo Flores Martínez Pilar Bolea Catalán Todas las comunicaciones aquí publicadas fueron sometidas a evaluación y selección por parte de investigadores miembros de la Sociedad Española de Investigación en Educación matemática SEIEM. Edita: Servicio de Publicaciones de la Universidad de Córdoba y la Sociedad Española de Investigación en Educación Matemática SEIEM ISBN: Deposito Legal :CO:1014/2005 Imprime: Copisterías Don folio, S.L Córdoba3 INVESTIGACIÓN EN EDUCACIÓN MATEMÁTICA4 5 Seminarios de Investigación6 7 Presentación Desde que se constituyó en 1996, la Sociedad Española de Investigación en Educación Matemática (SEIEM) viene celebrando simposios anuales que se convierten en foro de encuentro, de intercambio de experiencias y de discusión de los últimos resultados obtenidos por los investigadores en Educación Matemática. Después de un largo recorrido por la geografía nacional, esta novena edición llega a Córdoba y lo hace en un momento de consolidación de la Sociedad y de visualización de los objetivos para los que se creó. Según el Diccionario de la Real Academia, discusión es el análisis o comparación de los resultados de una investigación a la luz de otros existentes y posibles. El progreso del ser humano está inquebrantablemente ligado a los descubrimientos científicos así como al debate y reflexión surgidos en torno a ellos. Decía José Ortega y Gasset que Ciencia es todo aquello sobre lo cual siempre cabe discusión. Esta frase parece hecha a medida del IX Simposio de la Sociedad Española de Investigación en Educación Matemática que reúne en Córdoba a especialistas, investigadores y expertos que durante tres días debatirán, analizarán y reflexionarán sobre los últimos trabajos en esta materia. La inminente puesta en marcha del Espacio Europeo de Educación Superior va a traer consigo importantes cambios en los estudios de grado y postgrado. Desde hace algún tiempo la SEIEM viene pronunciándose sobre la formación de los Maestros y de los Profesores de Matemáticas de Enseñanza Secundaria. Muestra de esta preocupación fue la participación de esta sociedad el pasado mes de febrero en la reunión celebrada en Alcalá de Henares sobre la Situación actual y las necesidades en el currículo y en la formación del Profesorado de Matemáticas. Paralelamente, la SEIEM ha jugado un papel activo en el Comité Español de Matemáticas donde se está impulsando la creación de un Centro Nacional de Matemáticas, en el que desde la Sociedad se espera que la Educación Matemática tenga un lugar propio. Son muchos los retos a los que nos enfrentamos y que dan al encuentro de Córdoba un significado especial y una oportunidad para profundizar en los temas que a todos nos afectan, así como para conocer los últimos resultados de las recientes investigaciones en el área. De esta manera, el noveno simposio se ha articulado en torno a dos seminarios de gran interés en el momento actual: la Investigación en Tecnologías de la Información y Comunicación (TIC) en Educación Matemática y la Investigación en Didáctica del Análisis.8 El primer seminario, coordinado por el Dr. José María Fortuny, se centra, a través de tres ponencias, en las aportaciones de la utilización de las TIC en la mejora de los procesos de enseñanza y aprendizaje y en desarrollos de e-learning, entornos dinámicos y e-tutorización. El segundo de los seminarios esta coordinado por la Dra. Carmen Azcárate Jiménez y analiza a través de otras tres ponencias el papel de la didáctica en la enseñanza del cálculo, la enseñanza y aprendizaje del análisis matemático haciendo uso de CAS y concluye con una aproximación ontosemiótica a la didáctica de la derivada. Además de estos dos seminarios, y como es ya tradicional, el simposio incluye la presentación de comunicaciones donde se presenta una interesante muestra del trabajo investigador más actual. Este noveno simposio también acoge la reunión anual de los distintos grupos de investigación que conforman la SEIEM, presentando en ellos avances de los estudios que se vienen realizando en cada línea específica de trabajo. A todo este programa, desarrollado de acuerdo con las directrices marcadas por el Comité Científico, se añade una atractiva oferta de actividades culturales que permitirán a los asistentes conocer la riqueza histórica y cultural de Córdoba así como disfrutar de su belleza. Finalmente, en esta edición del simposio hemos organizado una exposición de libros antiguos de matemáticas con el propósito de difundir autores y obras españolas un tanto olvidadas o desconocidas para el gran público pero que encierran una gran riqueza documental tanto matemática como didáctica. A todos los participantes damos una cordial bienvenida y el deseo de que disfruten y saquen el máximo provecho de este noveno simposio, el que sin el apoyo y trabajo de todos no sería posible. Manuel Torralbo Rodríguez Alexander Maz Machado Comité organizador9 SEMINARIO DE INVESTIGACIÓN I: Investigación en Tecnologías de la Información y Comunicación (TIC) en Educación Matemática Coordinador: D. José María Fortuny Una de las finalidades de la investigación en Didáctica de las Matemáticas es mejorar los procesos de enseñanza y aprendizaje, proponiendo nuevos modelos de enseñanza que conduzcan a aprendizajes más significativos y, en consecuencia, un mayor éxito escolar y social. Es un hecho que un aumento en la calidad de las interacciones entre los distintos polos que intervienen en el sistema educativo (alumno, profesor, conocimiento y medio) produce beneficios cognitivos y sociales en el alumnado. Ese aumento en la calidad se puede conseguir diseñando, implementando y validando entornos de aprendizaje que centren la enseñanza en el alumnado y que se desarrollen teniendo presentes las últimas investigaciones en Didáctica de las Matemáticas y las aportaciones de la utilización de las TIC en desarrollos sobre e-learning, entornos dinámicos y e-tutorización, temas que trataremos en este seminario. Ponentes: Dª Olimpia Figueras Mourut de Montpellier (Cinvestav IPN, México) Atrapados en la explosión del uso de las tecnologías de la información y comunicación D. Ángel Gutiérrez Rodríguez (Universidad de Valencia) Aspectos de investigación sobre aprendizaje mediante exploración con tecnología D. Pedro Cobo Lozano y D. José María Fortuny (IES Pius Font i Quer Universidad Autónoma de Barcelona) La tutorización humana y artificial en la resolución de problemas de matemáticas10 411 Atrapados en la explosión del uso de las tecnologías de la información y comunicación Olimpia Figueras Departamento de Matemática Educativa Centro de Investigación y de Estudios Avanzados, México Resumen En el planteamiento general del uso de las tecnologías de la información y comunicación en la clase de matemáticas subyace una serie de cambios necesarios para llevar a cabo la labor docente. Se pueden mencionar aquellos que están vinculados con: la propia concepción de la función de la escuela, la forma de estructurar y organizar la enseñanza en el aula, la manera de obtener información, la forma de proponer actividades y tareas, las habilidades y competencias de los estudiantes. En consecuencia, el maestro de matemáticas del siglo XXI tiene que desarrollar competencias no incluidas en los objetivos de su formación inicial. Uno podría plantearse la pregunta, podrá el docente alcanzar el paso de los usuarios expertos que actualmente introducen en los curricula de la educación matemática el uso de tecnologías de información y comunicación de frontera? Abstract Transformations of teachers practices underlie the use of information and comunication technologies within the mathematics classroom. The school s conception, teaching structure and organization in the classroom, ways of collecting information, forms in which activities and tasks are proposed, abilities and competencies students most develop, are some of the changes that have to be taken in mind. The mathematics teacher of the twenty first century has to develop competencies that were not conceived in the goals of their initial education. Also in a constant way information and comunication technologies are introduced in mathematics education by researchers and expertise user s. Within this scenario, a question can be raised: Can the teachers keep pace in the race to introduce the new developed technologies in the classroom? En México, al intentar resolver la falta de opciones educativas en comunidades que carecían de educación media, surge la idea, en 1965, de utilizar la televisión para implementar un modelo de educación: Telesecundaria; con cualidades de penetración a bajo costo y diseñado para grupos con un número reducido de alumnos en zonas de difícil acceso geográfico. En el proceso educativo intervienen dos figuras docentes: los Telemaestros, profesores seleccionados que imparten clases, las cuales se graban en videocinta y se transmiten vía la televisión, y el Maestro coordinador que atiende a los estudiantes en una teleaula un espacio físico cualquiera habilitado para tal fin en la comunidad.12 6 OLIMPIA FIGUERAS Las autoridades de la Secretaría de Educación Pública (SEP) de aquella época encargan a la Dirección General de Educación Audiovisual la realización del proyecto. La primera transmisión de la puesta en marcha experimental se hace en circuito cerrado el 5 de septiembre de 1966, con 90 estudiantes, elegidos de entre 341 aspirantes, divididos en cuatro grupos. En uno de ellos se les solicitó a los estudiantes seguir las indicaciones y sugerencias de los telemaestros (de la Rosa, 2001, págs ). De entre los objetivos de este proyecto interesa mencionar los siguientes cinco: Complementar el servicio educativo de educación media ofrecido por la SEP. Poner a prueba nuevas técnicas audiovisuales para la escuela secundaria. Hacer llegar los beneficios a todos los mexicanos que por diversas causas no recibieron más que la educación primaria. Brindar la oportunidad a los trabajadores y amas de casa para que desde sus hogares, como alumnos libres sigan los cursos y tengan derecho a solicitar exámenes y obtener el certificado correspondiente. Proporcionar sugerencias didácticas a los profesores de las escuelas secundarias que estimen conveniente utilizar las emisiones de telesecundaria como auxiliar de la enseñanza. La experimentación del modelo de enseñanza fue supervisada y evaluada por comisiones ad hoc. Tras hacer las modificaciones sugeridas el 21 de enero de 1968 se iniciaron las transmisiones vía un canal comercial para una población de 6,569 alumnos inscritos en 304 teleaulas distribuidas en 7 estados y el Distrito Federal; con una programación que incluía lecciones matutinas diarias, de lunes a viernes y un programa sabatino dedicado a los maestros coordinadores. A partir de esa fecha la matricula se fue incrementando. Un factor importante del crecimiento fue la demanda; en algunas comunidades se costeaba el salario del maestro coordinador y en otras se compraron plantas eléctricas a base de motores de gasolina para llevar educación media a la población. En la década de los ochenta, Telesecundaria fue objeto de gran controversia, se ponía en tela de juicio la calidad de la educación y el cuerpo docente causaba gran inquietud (de la Rosa, 2001) debido a una formación diversa. El programa estuvo a punto de desaparecer. Actualmente es un servicio formal y escolarizado del sistema educativo nacional y se transmite por señal vía satélite a través de la red estatal Edusat. En 1992, se amplió la educación obligatoria, de 6 a 15 años de edad. Telesecundaria se convierte en una opción educativa que le permite al estado soslayar la problemática de la cobertura aun cuando compromete la calidad; 56 % de la educación secundaria del país estuvo sostenida por este programa educativo en 2004 (Figueras, Alatorre y Sáiz, 2004). Con este papel central de Telesecundaria en el contexto nacional era necesario fortalecerlo; por ello forma parte de la extensión del proyecto de innovación y desarrollo Enseñanza de la Física y de las Matemáticas Asistida por Tecnología (EMAT- EFIT) (ver Rojano, 2003), elemento clave en la reforma educativa actual de la educación secundaria en el país. i Entornos de aprendizaje De facto, el escenario educativo de la década de los sesenta en México tuvo transformaciones importantes por la mera inserción de un programa educativo aun cuando tuviera un fuerte sabor compensatorio y fuera del tipo denominado telealfabetización (de acuerdo con Bianculli, citado por González, 2000), un proceso educativo en el cual se difunde y se impone el conocimiento por medio de la televisión. Toda la estructura de Telesecundaria giraba (y gira todavía) en torno a la utilización de una tecnología, que en los sesenta era de punta; y hoy en día uno de los siete componentes a13 ATRAPADOS EN LA EXPLOSIÓN DEL USO DE LAS TIC 7 tomarse en cuenta en el contexto del uso de las tecnologías de la información y la comunicación (TIC): teléfono, televisión y radio, dinero electrónico, redes telemáticas, tecnologías multimedia, videojuegos y realidad virtual; siendo los cuatro últimos los más relevantes para la educación según Echeverría (2000). Aún cuando Telesecundaria, conservó en cierto sentido una educación tradicional con enseñanza presencial con tutores y libros de texto, se combinó con otros elementos de educación a distancia, apoyada fuertemente en el uso de un lenguaje audiovisual, y con una modalidad diferente de estudiantes, los denominados alumnos libres, que administraban personalmente su tiempo y elegían cuando optar por una evaluación para obtener la certificación. A través de este modelo educativo se extendieron las fronteras de la escuela, la teleaula podía estar en cualquier parte del país; a donde llegara la señal de televisión, hasta ahí llegaba la clase del Telemaestro experto. La afirmación de que los entornos telemáticos promueven cambios estructurales que alcanzan los escenarios educativos es actualmente un lugar común, lo que no es claro es qué transformación orgánica habrá de llevarse a cabo para crear entornos electrónicos de aprendizaje apropiados para los procesos educativos del futuro. Echeverría (2000) habla del tercer entorno, distinguiéndolo de los entornos natural y urbano, como un nuevo espacio social que: tiene una estructura propia, a la que es preciso adaptarse. El espacio telemático, cuyo mejor exponente actual es la red Internet, no es presencial, sino representacional, no es proximal, sino distal, no es sincrónico, sino multicrónico, y no se basa en recintos espaciales con interior, frontera y exterior, sino que depende de redes espaciales cuyos nodos de interacción pueden estar diseminados por diversos países. De estas y otras propiedades se derivan cambios importantes para las interrelaciones entre los seres humanos, y en particular para los procesos educativos (Idem, pág. 18). En este entorno social, quién está a cargo de la educación?, cuál es la función de la escuela?, y en este contexto, qué papel juega el maestro? Preguntas para las cuales de momento no hay respuestas, sólo suposiciones e imágenes, condicionadas éstas por ser parte del proceso de la evolución de las sociedades de la comunicación, en consecuencia resulta un tanto complejo imaginarse desde dentro del presente la estructura del futuro. Sin embargo, en esta situación de imbricación en un entorno social del cual todavía se desconoce su alcance, se han ido transformando los escenarios educativos, sobre todo en los países desarrollados en los cuales se apostó a los entornos telemáticos educativos con muchas expectativas sobre su uso y las ganancias que aportaría, y se llegó a intentar meter a presión todo a través de una Internet con una banda no muy ancha como dice Williams (2003a); editor de una revista electrónica, colocada en la red tras la primera Conferencia Europea sobre e-learning ii realizada en 2002, en Inglaterra. El sugiere: es el momento de detenerse y evaluar el estado de los entornos telemáticos de aprendizaje para trazar direcciones y poder avanzar cualitativamente. La investigación empieza a proveer una crítica sistemática de lo que se puede llamar la primera fase de su desarrollo. Hasta ahora mucha de la actividad se ha dirigido a contar con el entorno y a echarlo a andar, a establecer las tres o cuatro plataformas VLE (por sus siglas en inglés) [entornos virtuales de aprendizaje] y a entregar los bienes. Eso está hecho. La segunda fase consistirá en el desarrollo de la nueva generación de plataformas y la entrega de entornos de aprendizaje más amigables, en contraposición a garantizar solamente la distribución de cursos. (Ibid) Los entornos telemáticos de aprendizaje han sobrevivido muchas fases, la actual, es la de una consolidación tecnológica (Williams, 2004). Apaciguados quienes tenían sólo intereses financieros, los que han valorado esos entornos intentan consolidar los bloques básicos de construcción. Williams afirma: El valor clave que la e le añade al aprendizaje es un trabajo en red, interactivo y de colaboración, y al parecer en este momento los bloques clave de construcción son los objetos de14 8 OLIMPIA FIGUERAS aprendizaje (Ibid) los cuales están bajo una redefinición. Quien se asome a la literatura sobre esta temática general podrá apreciar el esfuerzo encaminado hacia un mayor desarrollo de las TIC para construir entornos telemáticos de aprendizaje para distintas materias. Las TIC en la enseñanza y el aprendizaje de las matemáticas En el conjunto de artículos sobre el aprendizaje y la enseñanza de las matemáticas que aparecen en la literatura y en los cuales de forma explícita se menciona el uso de uno o varios de los componentes de las TIC se encuentra una diversidad de estilos y formas de usar estos medios en los procesos educativos que se llevan a cabo en la escuela. iii Para delinear los esfuerzos realizados por investigadores y educadores interesados en el aprendizaje y la enseñanza de las matemáticas para que las TIC tengan una posición dentro de la escuela, vale la pena esbozar las distintas perspectivas adoptadas en su incorporación a lo largo del tiempo. Da Ponte (2000) afirma que al surgimiento de estas tecnologías se formularon preguntas relacionadas con las nuevas oportunidades que podían ofrecer para el trabajo educativo. Como él dice, es natural hacerse preguntas tales como: las TIC iv proporcionan formas más eficaces de lograr los objetivos educativos? Proporcionan nuevas formas de aprendizaje? Conducen a nuevos modos de trabajo dentro del aula? La concepción del uso de las TIC en la escuela subyacente en estas preguntas, tiene coincidencias con una de las caracterizaciones de McFarlane, Bonnet y Williams (citados en Rojano, 2000); aquella que considera a las TIC como un conjunto de herramientas o de medios para hacer lo mismo de siempre pero de un modo más eficiente. La enseñanza asistida por computadora es una respuesta a los cuestionamientos anteriores. Esta respuesta está asociada con la idea de que los objetivos fundamentales son la transmisión de conocimientos y adquisición de destrezas. En este modelo de enseñanza, la computadora se usa como un profesor electrónico, se transmiten a los alumnos conocimientos predefinidos para el desarrollo de destrezas básicas. Un uso muy limitado de la computadora desde el punto de vista de los objetivos educativos; se usa como un manual escolar y un libro de ejercicios y no como una herramienta con la cual se pueden desarrollar competencias, actitudes y valores. Pero también, desde el punto de vista de los procesos de aprendizaje, entre otras cosas porque se presupone que se puede prescindir del profesor y de la interacción social en el aula, olvidando que la figura del docente es importante por la constante negociación y renegociación de significados que van llevando a cabo el maestro y sus alumnos (Da Ponte, 2000). El modelo de enseñanza asistido por computadora está en el extremo de una gama de trabajos centrados en la relación de las TIC con el curriculum, es decir son acercamientos en los cuales las tareas de aprendizaje se modifican, a veces sólo en forma, al añadirles elementos de tecnología informática para lograr de mejor manera objetivos del curriculum vigente. Entre los trabajos que se pueden ubicar en la concepción del uso de las TIC para mejorar el aprendizaje, apoyar la enseñanza de las matemáticas y alcanzar los objetivos con mayor eficiencia abundan las indagaciones que versan sobre la geometría dinámica, en las cuales se usan diferentes paquetes electrónicos y también los estudios sobre maneras de enseñar matemáticas usando calculadoras de diversos tipos, sobre todo en relación con la enseñanza del álgebra y de las funciones. En una cantidad importante de los informes se resaltan las cualidades de los elementos tecnológicos y de su uso como herramienta para crear un entorno electrónico. Lo que no se encuentra con facilidad es información acerca de la aplicación de esas actividades o formas de trabajo en las aulas de matemáticas. Las indagaciones se llevan a cabo, generalmente, en una institución educativa o en una decena de ellas, pero sus resultados con frecuencia no trascienden a un grupo de docentes; al final ellos trabajan de manera independiente, o bien se transfieren muy lentamente al trabajo escolar siempre y cuando se cuente con los recursos tecnológicos empleados en la investigación. Como ya se mencionó, bajo esta perspectiva se está en una posición en la que se pueden alcanzar los objetivos con mayor eficiencia, sin embargo, Rojano (2000) además de ratificar que en esta15 ATRAPADOS EN LA EXPLOSIÓN DEL USO DE LAS TIC 9 perspectiva se centra la atención sobre el alumno como un usuario de las TIC, dejando al docente en un plano secundario, señala lo que considera una de las mayores debilidades: los modelos que de [ese enfoque] surgen tienden a medir los resultados de su aplicación, del mismo modo en que se miden los resultados de realizar las tareas sin el uso de las TIC. En otras palabras, esos modelos anticipan el efecto de las TIC en el logro de los objetivos. Esto último ha sido muy cuestionado por los especialistas en aprendizaje mediado por las TIC, que se basan en teorías del aprendizaje situado (pág. 137). Esos investigadores argumentan que un aprendizaje llevado a cabo en un entorno no se transfiere de manera espontánea a otro (por ejemplo de un entorno electrónico a uno de lápiz y papel) y aun cuando los estudiantes logran buenos desempeños al realizar las actividades en un entorno particular ese aprendizaje no siempre se refleja en las calificaciones finales del estudiante (Ibid) y en consecuencia en el rendimiento escolar en matemáticas. Es usual que después de tener un uso constante de una calculadora en el salón de clase para llevar a cabo actividades, en el examen se les prohíba a los estudiantes usarla. Otra de las formas en las que se ha intentando introducir las TIC en la escuela es como objeto de estudio, con el propósito de desarrollar habilidades y competencias. Las TIC han invadido la vida cotidiana, se han convertido en elementos fundamentales de la sociedad, por ello es importante que los estudiantes las conozcan a profundidad; en consecuencia, han pasado de ser consideradas herramientas útiles para la construcción de los conocimientos a ser objeto de instrucción. A esta perspectiva del uso de las TIC en la escuela, da Ponte (2000) la llama la alfabetización informática. Los curricula se han transformado añadiendo al programa de estudios uno o varios cursos. Las competencias a desarrollar pueden estar vinculadas con conocer a fondo las características del mecanismo de los artefactos electrónicos, con aprender a usar paquetes electrónicos específicos, o bien programar usando uno o varios lenguajes. Este uso de las TIC no garantiza que los conocimientos adquiridos se transfieran a otras áreas del conocimiento para mejorar el desempeño de los estudiantes, por ejemplo con respecto a las matemáticas. Con esta perspectiva, como afirma da Ponte, se podrá transformar a fondo el curriculum pero no la escuela. De acuerdo con McFarlane, Bonnet y Williams (citados en Rojano, 2000), otra perspectiva de uso de las TIC en la escuela es considerarlas un agente de cambio con impacto revolucionario, es decir se considera que tienen una gran potencialidad de cambiar a fondo las prácticas en la escuela; pocos trabajos pueden ubicarse en esta dirección. Una tarea importante a realizar aún es explorar con más cuidado el crecimiento explosivo de Internet y sus múltiples posibilidades para modificar el ambiente escolar. Sobre esta perspectiva Rojano (2000) argumenta: es difícil encontrar ejemplos de su implementación en los sistemas educativos. Este acercamiento que posibilita reformular a fondo lo que hay que enseñar, cómo enseñarlo y el rol del profesor, ha entrado en conflicto en algunos países con la cultura escolar existente, generada en buena medida por el currículo conservador que no da espacio a un alumno que ha adquirido cierta autonomía en el aprendizaje a través de un uso intensivo de las TIC fuera de la escuela (pág 138). Ella añade que esa es una situación que surge en países en los cuales el primer contacto de los niños con las TIC se da en el hogar, sin embargo en México y en muchos países de Latinoamérica el primer acercamiento que tendrán los niños con las TIC será en un entorno escolar. Da Ponte (2000) va más allá, afirma que no se puede discutir el problema de las TIC en la escuela sin cuestionar de manera más profunda lo que es la escuela o el modelo de educación subyacente que ha producido la sociedad industrial (pág. 75).16 10 OLIMPIA FIGUERAS Y el profesor? Con frecuencia en la literatura se encuentran afirmaciones como las de Graham y Thomas (2000, pág. 268): los efectos benéficos de la investigación como la de ellos [refiriéndose a investigadores que usaron computadoras] generalmente tardan mucho en llegar a las clases de matemáticas, sí es que alguna vez llegan. Dos razones son mencionadas con frecuencia por los profesores: la falta de confianza al usar la tecnología para enseñar matemáticas, y la falta de recursos, en términos de computadoras y de programas electrónicos relevantes, puestos a prueba y evaluados. Más adelante al dar cuenta de los resultados obtenidos en su investigación Graham y Thomas dicen: Uno puede tener a mano las mejores ideas, pero si los maestros no se sienten a gusto al usarlas en sus salones de clase, entonces esas ideas tienen muy poco valor práctico (pág. 275). Como parte de los datos recogidos en la investigación, llevada a cabo por Graham y Thomas, en la que seis maestros de Nueva Zelanda se ofrecieron como voluntarios para poner a prueba las actividades diseñadas en un entorno provisto por la calculadora gráfica, se les solicitó a los profesores escribieran un comentario de sus propias impresiones del proyecto, incluyendo maneras para mejorarlo. Después de dar cuenta del análisis de sus impresiones, los investigadores dicen: Estos comentarios de los maestros son importantes ya que el elemento vital de la introducción exitosa de la tecnología en el salón de clase es la actitud y el respaldo de los profesores (Thomas et al, 1996). Sin esto, cualquier iniciativa está condenada al fracaso (Pág. 278). Para finalizar ellos afirman: Con la asistencia y el apoyo de los maestros, que frecuentemente están muy interesados en obtener recursos y estrategias innovadoras tales como las que les propusimos, se puede obtener una diferencia significativa en el progreso matemático de los estudiantes (pág. 280). Lo que se ha querido ilustrar con los comentarios de estos investigadores son expresiones que también son lugares comunes: la falta de confianza en el uso de la tecnología en la clase de las matemáticas por parte de los profesores, la falta de recursos tecnológicos en los salones de clase, el papel fundamental del docente en la introducción de la tecnología en el aula, el interés de algunos docentes por aprender cosas nuevas y experimentar actividades innovadoras en el salón de clase, y el lento proceso de transferencia de los resultados de la investigación al aula, si es que esos llegan algún día hasta los profesores. Pero, lo que aparentemente no se puede mostrar con comentarios de este tipo y posiblemente los investigadores las tienen presentes, son situaciones como las siguientes. Algunos profesores les tienen miedo a las innovaciones, temen dejar al descubierto sus debilidades al poner en práctica actividades que no diseñaron; otros docentes pierden seguridad al usar tecnología en el aula, con frecuencia son aprendices con más dificultades que sus propios alumnos; otros más temen perder el control de su muy estructurado entorno de enseñanza. Echeverría (2000) afirma que al entrar a la telenaturaleza de Internet es muy fácil que los individuos, sólo por explorar, intenten recorrer las telecalles que no tienen una estructura determinada. En ese intento también se producen aprendizajes, en un entorno de enseñanza no reglado, los cuales son llevados al aula de manera natural. Noss (2004) al describir los resultados parciales del proyecto Playground realizado por el, sus colegas de Londres y un grupo de investigadores de cuatro países Europeos, dice: y con respecto al lado negativo, nosotros (re)aprendimos lo difícil que es empatar nuestros objetivos matemáticos como maestros con aquellos que los niños adoptan de manera espontánea (Pág. 83). Ni modo. Las TIC están en nuestro entorno cotidiano, y poco a poco han entrado en la escuela, o bien, entran súbitamente e irrumpen en el aseado salón de clase de la escuela tradicional por decisión de un político. El docente aunque atrapado en este diario evolucionar de la sociedad de comunicación tendrá17 ATRAPADOS EN LA EXPLOSIÓN DEL USO DE LAS TIC 11 que hacerle frente a una nueva orientación de su profesión. En el tercer entorno social, el deberá tener una nueva actitud, una disposición a aprender, a innovar tanto desde el punto de vista de la educación, como desde el punto de vista tecnológico, deberá tener la mente abierta, probar ideas nuevas y buscar nuevas formas de organizar sus actividades y la enseñanza en su aula y su comunidad. El debe comprender que él también es un agente de cambio y que la transformación de la escuela en parte le corresponde a él. El profesor, dice da Ponte (2000): tiene que ser un explorador capaz de percibir lo que le puede interesar y aprender por sí sólo o junto con sus colegas más próximos a sacar partido de las respectivas potencialidades. Tal como el alumno, el profesor acaba por tener que estar siempre aprendiendo. De ese modo, se aproxima a sus propios alumnos. Deja de ser autoridad [que todo lo sabe] para pasar a ser, muchas veces, aquel que menos sabe (o que está lejos de constituir una modificación no menor de su papel profesional) (Pág. 76). Biblioteca digital Durante más de diez años en una sede de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), localizada en una zona deprimida del Distrito Federal, se ha estado llevando a cabo el Programa de atención al bajo rendimiento escolar dirigido por Buenrostro (2003), en el cual se combinan docencia, investigación y servicios. El programa ha sido exitoso, y apunta a la resolución de problemas de la comunidad que vive y trabaja alrededor de las instalaciones de la Facultad de Estudios Superiores, Zaragoza de la UNAM. A través de los años, este trabajo ha tenido impacto en la zona circundante a la institución, no sólo porque ha atendido a más de 120 niños, sino que los maestros de las escuelas ubicadas en el derredor acuden a solicitar asesoría para resolver problemas que enfrentan con la enseñanza de las matemáticas. De ese modo, el programa se ha convertido en un centro especializado de información y documentación vinculado con la enseñanza de las matemáticas de los primeros grados de la escuela primaria y en particular, con el bajo rendimiento escolar en matemáticas. Un grupo de colegas de la Universidad Pedagógica Nacional (UPN), después de realizar una evaluación del curriculum de la escuela primaria, solicitada por la Sociedad Matemática Mexicana (ver Alatorre, et al.; 1998, 1999) decidió usar las TIC para apoyar a los profesores en la preparación de su clase de matemáticas. Para ello construyeron un entorno informático en la red Internet con el nombre Mi Ayudante y la dirección Entorno en el cual se incluyó el conocimiento sobre el curriculum nacional que fue estructurado empleando mapas de la organización longitudinal de los contenidos y de las interrelaciones establecidas entre ellos a lo largo de los seis años de la escuela primaria. Se encuentran también en esa página todos los documentos que la SEP elabora para apoyar a los maestros en su trabajo, así como los libros de texto de los niños que edita el Estado y distribuye de manera gratuita a los estudiantes del país. Esta página puede considerarse una sección especializada de una biblioteca digital sobre materiales bibliográficos empleados para la educación matemática en la primaria mexicana. El compartir la experiencia de Buenrostro y el trabajo realizado por él y sus alumnos, con profesores de otras partes del país, tomando como marco de referencia el entorno informático diseñado por colegas de la UPN impulsó a un grupo de investigadores a diseñar el proyecto Procesos de transferencia de resultados de investigación al aula: El caso del bajo rendimiento escolar v (Figueras, et al, 2001). Uno de los objetivos generales del proyecto es empezar la construcción de una biblioteca digital, los bloques de construcción son bases informáticas con información sobre diversos aspectos vinculados con la problemática del rendimiento escolar en matemáticas. La idea central es ofrecerle a los docentes, vía la red Internet, información sobre las posibles causas del bajo desempeño de los18 12 OLIMPIA FIGUERAS estudiantes, maneras de delimitar las problemáticas individuales, actividades diseñadas con propósitos específicos que han sido puestas a prueba y evaluadas y con las cuales se ha podido ayudar a niños a superar dificultades, y cosas por el estilo. En suma, la intención es poner a disposición de los docentes los resultados de la investigación en educación matemática, sacando provecho de las potencialidades de los entornos telemáticos y sobretodo en la lengua oficial de su país: el español vi. Para lograr este propósito, el trabajo se dividió en tres partes centrales: Estudios sobre creencias, La construcción de bases informáticas y Estudios de usuarios. Estudios de creencias. Los contenidos de las matemáticas para la primaria y secundaria se organizaron en la reforma curricular de 1992 (actualmente vigente) por medio de hilos conductores que marcan el inicio del estudio de un tema en un grado escolar y su desarrollo gradual de forma horizontal y transversal a lo largo de los nueve grados de la escolaridad obligatoria (Figueras, 1992). A la educación primaria le corresponden los siguientes: Los números y sus relaciones, Las operaciones y las técnicas de cálculo, El espacio y las formas, La medición, Predicción y azar, Tratamiento de la información y Procesos de cambio. Una hipótesis del trabajo que se realiza es que la aritmética es el foco de atención de los profesores mexicanos en la escuela primaria. La evaluación de los estudiantes se hace en torno al desempeño en aritmética y lo que el docente espera de sus alumnos es que desarrollen competencias numéricas, relacionadas principalmente las operaciones. Por ende, el rendimiento escolar en matemáticas en este nivel escolar recae en el dominio de la aritmética. La estructura del curriculum refuerza esta creencia de los docentes, la mayor cantidad de contenidos de la primaria se ubica en los ejes correspondientes al estudio de la aritmética. Las evaluaciones que se hacen durante el año están cargadas hacia el desempeño en aritmética. Por ello se podía comenzar a construir bases informáticas asociadas a los conocimientos numéricos: Aritmética 1, 2 y 3 y Aritmética 4, 5 y 6; mientras se llevaban a cabo estudios sobre creencias por medio de los cuales se identificaran los tópicos de mayor preocupación para los docentes, de manera que la información que se pusiera en las bases sea útil para resolver los problemas que enfrentan en su trabajo diario los profesores, o su deseo de superarse y de saber más sobre lo que enseña. Los estudios de creencias se llevan a cabo en Estado de México, Nayarit, Oaxaca y el Distrito Federal. Se ha formado una red de investigadores y colaboradores que permiten hacer diversos tipos de estudios y tomas de datos usando encuestas escritas con el propósito de hacer indagaciones locales en cada estado, así como estudios comparativos con un número grande de profesores. Entre los resultados más relevantes para la construcción de las bases se tiene: en la comparación global no se encontraron diferencias significativas entre las expectativas de los docentes (Flores, Pluvinage y Figueras, 2004), una interpretación de este hecho es que subyace en sus expectativas y creencias una identificación de un grupo profesional. Hay evidencias para suponer que estas formas de pensar están influenciadas por las políticas educativas transmitidas por medio de documentos elaborados por la SEP y los cursos de actualización organizados por esa dependencia. Entre las dificultades enfrentadas se puede mencionar la falta de indicadores que permitan comparar los resultados de manera global. Mientras en el Distrito Federal, el uso de un índice obtenido de la aplicación del examen IDANIS (Instrumento de diagnóstico de alumnos de nuevo ingreso a la secundaria) a niños de sexto año de primaria en 2001, permitió trabajar con una muestra representativa de escuelas relacionada con el rendimiento escolar en matemáticas. Cuatro grupos de maestros se pudieron diferenciar con respecto a lo que ellos esperan sean características de un buen alumno en matemáticas (Flores, Pluvinage y Figueras, 2004). El efecto que los resultados de esta investigación tiene para la construcción de las bases informáticas es que se puede clasificar la información tomando como criterio características de los grupos de profesores de manera que ellos encuentren en la página información relacionada con sus expectativas.19 ATRAPADOS EN LA EXPLOSIÓN DEL USO DE LAS TIC 13 También es posible generar secuencias de enseñanza que puedan poner en marcha para lograr sus propios objetivos. Matemáticas en la escuela primaria. Un sitio para nuestros maestros. Aritmética Actualmente se cuenta con el esquema general de una base de datos correspondiente a temáticas de la aritmética vinculada con los primeros grados de la educación primaria. En Internet hay un prototipo de la base que permite hacer una evaluación y tener una idea del tipo de documentos electrónicos que se están elaborando para la biblioteca digital y las conexiones que se pueden hacer entre entornos de la red que tienen información valiosa para los docentes. La página tiene la siguiente dirección: En ella el docente encuentra una variedad de aspectos que le ayudarán a identificar dificultades que puedan enfrentar los estudiantes, sugerencias de evaluación, actividades, ejemplos de estrategias empleadas por los niños para resolver problemas, tareas específicas, reseñas de libros en español y resúmenes de artículos de la literatura especializada que le permitirán ampliar su conocimiento. En México el uso de Internet en la escuela está todavía restringido, la gran mayoría de las escuelas de nivel básico no cuentan con este servicio y muchas instituciones de educación superior tienen acceso restringido. Por ello se puede decir que en términos generales no hay una cultura informática en el país. Existe una enorme brecha entre aquellos que tienen acceso a las redes telemáticas y los que no lo tienen, y aun cuando hay decisiones políticas para introducir las TIC a las escuelas, estos procesos son altamente costosos y lentos, pero el solo hecho de tener el acceso no garantiza que se genere una cultura en este sentido. si bien a finales del siglo XX aumentaron las posibilidades de acceso a la información y al conocimiento, con millones de personas usando estas tecnologías en todo el mundo, la mayor parte de la población mundial aún no las puede utilizar para su beneficio ( Almada, Pág.106). A pesar de ese paisaje global, es importante estar preparado para estar en posibilidades de ser un agente de los cambios necesarios en la sociedad del conocimiento como la llama Almada (Ibid). Por ello hay que aprovechar las oportunidades que se tienen a la mano. En esta dirección, cuál sería el papel de los investigadores en educación matemática? Cómo debemos acompañar a los docentes en su carrera cotidiana para alcanzar la tecnología? Cómo podemos hacernos cómplices de ellos y no de las autoridades educativas que con su política de mercado presionan y tensan los procesos educativos? Cómo ayudar a los profesores en servicio para que no se queden en la trampa de manera permanente? Notas i Otros países, como Japón, usan la red de transmisión nacional para transmitir clases de matemáticas. Akiyama (2004) dice que la atención se pone en la formulación y realce de problemas y la construcción de modelos matemáticos para sacarle partido a las oportunidades visuales que ofrece la televisión. ii De aquí en adelante se usará la expresión entornos telemáticos de aprendizaje en lugar de la expresión inglesa e-learning, el vocablo hace referencia a una educación por vía telemática; la cual en la actualidad se aplica únicamente a la esfera de Internet. González (2005, pág. 1) afirma: El término e-learning, acuñado más recientemente, aglutina aquellos trabajos que tienen como ingrediente principal la comunicación no presencial, normalmente vía web, y que se ocupan de analizar el modo en que las nuevas interfases producen nuevas formas de comunicación y, en consecuencia, cambian nuestras prácticas y nuestros modos de aprender.20 14 OLIMPIA FIGUERAS iii Durante la revisión bibliográfica de informes de indagaciones publicados en las memorias de PME 28, PMENA 26 e ICME 10, así como los ejemplares de la revista Educational Studies in Mathematics de los últimos cuatro años la autora se quedó con una sensación que coincidió con la apreciación que Kristjánsdottir (2004) plasma en su escrito: Al buscar literatura moderna sobre el aprendizaje y la enseñanza de la matemática una brecha rápidamente se volvió visible. Mucha de la literatura sobre aprendizaje y enseñanza de las matemáticas, de alta calidad, está escrita como si no hubiera ninguna influencia del desarrollo de la tecnología de la información. También existe una cantidad significativa, que va en aumento, de artículos sobre aprendizaje, así como acerca de enseñanza de las matemáticas, en un entorno altamente tecnológico, en los cuales la perspectiva de este entorno particular está hablando tan alto que a veces es difícil para el lector distinguir que hay de nuevo sobre el aprendizaje mismo. Ella afirma que la existencia de la brecha se podría explicar tomando en cuenta dos maneras profundamente diferentes de ver las cosas: Por un lado, la tecnología de la información es vista solamente o principalmente como influyendo los media usados. Por otro lado, todas las cuatro perspectivas y su relación interna se comprenden mucho más como transformadoras y altamente influyentes. Se refiere a un modelo formado por cuatro perspectivas de aprendizaje: las matemáticas, el estudiante, los medios empleados y la comunicación. Estos grupos los consideró al tomar en cuenta los focos de atención de la investigación y las decisiones políticas a lo largo del tiempo. iv Cuando se hable de las TIC de aquí en adelante, la referencia estará vinculada a algún componente de las tecnologías de la información y comunicación en el sentido de Echeverría (2000), y no como otros autores, quienes solamente incluyen en este rubro las experiencias con el uso de las redes telemáticas, acotando a la red Internet. La información encontrada sobre el uso de las redes telemáticas para la clase de matemáticas es relativamente poca comparada con el uso de programas electrónicos y calculadoras en el aula, y en pocas ocasiones se hace mención de conexiones en redes electrónicas locales, Intranet. da Ponte hace el siguiente comentario: Tenemos aquí un problema de terminología. Durante muchos años sólo había computadoras. Después con la preeminencia que los periféricos (impresoras, plotters, scanners, etc) comenzaron a tener se hablaba de nuevas tecnologías de información (NIT). Con la asociación entre informática y telecomunicaciones se generalizó el término tecnologías de información y comunicación (TIC). Cualquiera de las denominaciones es reductora, porque lo importante no es la máquina, ni el hecho de poder lidiar con información, sino la posibilidad de la comunicación a distancia en condiciones francamente ventajosas (pág. 64). v El proyecto fue puesto a consideración del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología en 2001, clave G37301-S y ha sido apoyado económicamente por ese organismo desde vi Aun cuando la lengua oficial en México es el español, se han reconocido 64 lenguas diferentes. Para la educación primaria hay libros de texto para niños en 58 lenguas.21 ATRAPADOS EN LA EXPLOSIÓN DEL USO DE LAS TIC 15 Referencias bibliográficas Akijama, J. (2004). Mathematics for mass media, Plenary and regular lectures, Abstracts, 10th International Congress on Mathematics Education. pág. 23. Puede consultarse también Alatorre, S.; de Bengoechea, N.; López, L.; Mendiola E., y Sáiz, M. (1998). Las matemáticas en la escuela primaria mexicana. Manuscrito no publicado, México: Sociedad Matemática Mexicana. Alatorre, S.; de Bengoechea, N.; López, L.; Mendiola E. y Sáiz, M. (1999). Análisis de los materiales oficiales para la enseñanza de las matemáticas en primaria. Memoria electrónica del V Congreso Nacional de Investigación Educativa. México: Universidad de Aguascalientes Comie. Buenrostro, A. (2003). Aritmética y bajo rendimiento escolar. Diseño e implementación de dos modelos de enseñanza. Tesis de Doctorado no publicada. México: Centro de Investigación y de Estudios Avanzados. Da Ponte, J. P. (2000). Tecnologías de informação e comunicação na formação de profesores: que desafios?, Monográfico: Tic en la educación, Revista Iberoamericana de Educación, 24, De la Rosa, A. (2001). Modelo de Telesecundaria. En: El concepto de función lineal en Telesecundaria: Una propuesta para el mejoramiento de la articulación entre registros, bajo un modelo integrador a través de la TI-95, Capítulo 3, Págs Tesis de Maestría no publicada, México: Centro de Investigación y de Estudios Avanzados. Echeverría, J. (2000). Educación y tecnologías telemáticas. Monográfico: Tic en la educación, Revista Iberoamericana de Educación, 24, Figueras, O.; Alatorre, S., y Sáiz, M. (2004). Mathematics in elementary and secondary education in México, Presentación nacional, ICME 10. Manuscrito no publicado. Sociedad Matemática Mexicana, Cinvestav. Figueras, O.; Buenrostro, A.; Reyes, F. J.; López Rueda, G., y Sáiz, M. (2001). Procesos de transferencia de resultados de investigación al aula: El caso del bajo rendimiento escolar en matemáticas. Proyecto de investigación puesto a consideración del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología. Manuscrito no publicado, México: Departamento de Matemática Educativa Cinvestav/Conacyt. Figueras, O. (Coordinador general): Plan y programas de matemáticas de la Educación Básica. Documento interno, México:Secretaría de Educación Pública. Flores, P.; Pluvinage, F., y Figueras, O. (2004). Matemáticas en la escuela: Creencias y prácticas en situación. Memorias del IV Seminario sobre Rendimiento Escolar en Matemáticas. México: UNAM-Cinvestav. Disponible en red recuperado mayo, Flores, P.; Pluvinage, F., y Figueras, O. Creencias sobre el desempeño en matemáticas. En proceso. Graham, A. T., y Thomas, M. O. J. (2000). Building versatile understanding of algebraic variables with a graphic calculador. Educational Studies in Mathematics, 41,22 16 OLIMPIA FIGUERAS Gonzalez, L. J. (2000). Perspectivas de la educación para los medios en la escuela de la sociedad de la comunicación. Monográfico: Tic en la educación, Revista Iberoamericana de Educación, 24, Gonzalez, M. L. (2005). Réplica a la ponencia El sistema tutorial AgentGeom y su contribuci;on a la mejora de las competencias de los alumnos en la resolución de problemas de matemáticas de Cobo y Fortuny, Disponible en red, recuperada junio Kristjánsdottir, A. (2004). Theories of learning mathematics and development of powerful ICT environments: Competitors or collaborators?. Plenary and regular lectures, Abstracts, 10th International Congress on Mathematics Education. Pág. 67. Noss, R. (2004). Designing a learnable mathematics: A fundamental role for computers? Plenary and regular lectures, Abstracts, 10th International Congress on Mathematics Education. Pág. 83. Rojano, T. (2003). Incorporación de entornos tecnológicos de aprendizaje a la cultura escolar: Proyecto de innovación en matemáticas y ciencias en escuelas secundarias públicas de México. Revista Iberoamericana de Educación, 33, Williams, R. (2003a). Editorial comments. Electronic Journal of e-learning, recuperado 27, marzo Williams, R. (2003b). Editorial comments. Electronic Journal of e-learning, recuperado 27, marzo Williams, R. (2004). Editorial comments. Electronic Journal of e-learning, recuperado 27, marzo 2005.23 Réplica a la ponencia atrapados en la explosión del uso de las tecnologías de la información y comunicación, De la doctora Olimpia Figueras Ángel Martínez Recio Departamento de Matemáticas. Universidad de Córdoba. España Resumen de la ponencia En su ponencia, Olimpia Figueras analiza el impacto de las Tecnologías de la Información y la comunicación (TIC) en la clase de matemáticas, considerando los cambios que las TIC demandan de los profesores para una correcta impartición de sus enseñanzas (forma de organizar la enseñanza en el aula, manera de obtener la información, forma de proponer actividades y tareas, competencias de los estudiantes, entre otras). Particularmente analiza las posibilidades del docente para adecuarse a las exigencias que le plantean las TIC. Comienza su ponencia narrando una experiencia de teleeducación que se desarrolló en México a partir de 1966 y que se extiende hasta nuestros días. Entiendo que la plantea como ejemplo de entorno telemático de aprendizaje que le sirve para reflexionar sobre el impacto de las TIC. A continuación analiza diversos modos de introducción de las TIC en el aula. Posteriormente estudia el papel del profesor, que atrapado en esta incesante evolución de la sociedad de la comunicación, tiene que hacer frente a una reorientación incesante de su papel profesional, debiendo adoptar una actitud de aprendizaje permanente, en el plano educativo y en el tecnológico, y un planteamiento constante de búsqueda de nuevas formas de enseñanza en el aula. Todo ello sin tener, necesariamente, la debida preparación para afrontar este reto. Analiza a continuación la función que pueden tener las bibliotecas digitales, como medio de ofrecer a los docentes, vía Internet, soporte para su proceso de renovación docente. La ponencia se concluye con la formulación de unas preguntas acerca del papel de los investigadores en este campo: Cómo debemos acompañar a los docentes en su carrera cotidiana para alcanzar la tecnología? Cómo podemos hacernos cómplices de ellos y no de las autoridades educativas que, con su política de mercado, presionan y tensan los proceso educativos? Cómo ayudar a los profesores en servicio para que no se queden en la trampa de manera permanente?24 18 ÁNGEL MARTÍNEZ RECIO Idea central de la ponencia A mi juicio, no hay una idea central de la ponencia, puesto que la misma se centra en una descripción genérica de diversos aspectos de la situación mexicana, con relación a las TIC. Tres ideas fuertes Podríamos destacar como principales ideas de la ponencia las siguientes: Los importantes cambios estructurales que las TIC provocan en los escenarios educativos. El fuerte impacto de las TIC en el quehacer docente del profesor en servicio. La necesidad de reorientación de su papel docente, por la introducción de las TIC La conveniencia de ofrecer ayuda al profesor en servicio mediante sistemas como las bases de datos digitales y mediante las aportaciones de los investigadores a la docencia de los profesores. Tres ideas débiles Haber planteado la experiencia de teleeducación en México, como ejemplo de entorno educativo apoyado en las TIC, quizá no haya sido lo más acertado. Mejor hubiera sido, a nuestro juicio, considerar los entornos telemáticos representados por las plataformas de e- Learning, que tanto nivel de penetración en educación están teniendo en los últimos años. Al hablar de los modos de introducción de las TIC en el aula que se han producido, no considerar el importante uso que los recursos didácticos virtuales están teniendo en área como la nuestra, como herramientas para la producción de aprendizaje significativo. Haber polarizado, en su proyecto, el sentido de la biblioteca digital sobre todo al ámbito de los estudios de creencias de los profesores, con bases de datos muy incipientes, enfocadas a nivel de primeros cursos de primaria. Tres cuestiones específicas de educación matemática a debatir Las tres cuestiones que propongo para debate están relacionadas con las tres ideas débiles que he señalado antes. Qué papel desempeñan los espacios telemáticos abiertos por las plataformas de e-learning en la enseñanza de las matemáticas en los diferentes niveles educativos. Qué relación tienen con el Espacio Educativo Superior Europeo, de próxima implantación? Qué significado y que importancia pueden tener las bibliotecas virtuales como soportes de información al servicio del profesorado y el alumnado. Qué importancia concedemos al uso de recursos didácticos virtuales (applets, virtual manipulatives) en la enseñanza de las matemáticas. Qué valor tienen para la producción de aprendizaje significativo? Yo adelanto mi opinión en cada uno de estos tres puntos. Plataformas de e-learning En la Unión Europea existe actualmente un proceso importante de renovación en la educación universitaria, centrado en el objetivo de consecución del nuevo Espacio Educativo Superior Europeo.25 RÉPLICA 19 La creación de ese nuevo espacio lleva aparejada la introducción de nuevos objetivos educativos y nuevos modelos de enseñanza, que implican nuevas herramientas de comunicación didáctica. Los objetivos de enseñanza se van a centrar en el desarrollo de competencias no sólo específicas de la titulación concreta, sino también de un ámbito más general (capacidad para resolver problemas, para gestionar la información, para diseñar y gestionar proyectos, etc.). El proceso de enseñanza/aprendizaje que se apunta va a poner el foco principal en el trabajo autónomo de los estudiantes, quienes con la ayuda del profesor serán los artífices de la construcción de sus propios conocimientos. La función del profesor será orientar a los estudiantes en el proceso de construcción de sus conocimientos: presentando los temas, señalando la forma de abordarlos, aportando información pertinente, enfatizando los aspectos más importantes a asimilar, destacando las aplicaciones más relevantes, promoviendo entornos de aprendizaje; etc. En nuestra opinión, esa función tutorial sólo se puede materializar con el auxilio de las nuevas tecnologías de la información y la comunicación. En particular los entornos telemáticos que abren las plataformas de e-learning son especialmente valiosos para esos nuevos sistemas de enseñanza. Una plataforma de e-learning es una herramienta telemática que abre una amplia variedad de canales de comunicación virtual, síncrona o asíncrona, entre el profesor y los estudiantes, y de éstos entre sí, complementarios de los sistemas tradicionales: mensajería instantánea, chat, foro, tutoría electrónica, pizarra electrónica, videoconferencia, etc. Estos sistemas comunicación virtual favorecen una interacción más reflexiva entre los diversos agentes del proceso de enseñanza/aprendizaje, posibilitando así la construcción de conocimientos significativos por parte de los sujetos que aprenden. Es oportuno señalar que el proceso de enseñanza/aprendizaje es un proceso eminentemente social, colaborativo. Y que es como consecuencia de un rico y variado conjunto de interacciones sociales como los sujetos pueden atribuir significados a los elementos conceptuales, procedimentales y actitudinales sobre los que operan los procesos de aprendizaje. Esas interacciones cobran toda su potencia, todo su dinamismo mediante la utilización de sistemas de enseñanza virtual, mediante utilización de plataformas de e-learning. Bibliotecas virtuales En el ámbito del e-learning, nos parece oportuno resaltar la importancia de las bibliotecas virtuales. Pero no con un sentido de herramientas puntuales de apoyo en un ámbito concreto y específico (como el que apunta la ponencia, en torno al campo de las creencias de los profesores). Nosotros consideramos las bibliotecas virtuales en un sentido fuerte del término, como herramientas de un enorme valor potencial en todos los ámbitos del proceso de enseñanza/aprendizaje. Los sistemas de biblioteca tradicionales ponen al alcance de los estudiantes un conjunto importante pero limitado de fuentes de información. Las bibliotecas virtuales que empiezan a abrirse ante nosotros van a poner a nuestra disposición una cantidad tal de información que el verdadero problema no será la falta de información, sino el exceso de información. Las bases de datos electrónicas, los libros electrónicos con características interactivas y multimedia, consultables mediante conexión a la red de Internet, abren ante nosotros tantas posibilidades de acceso a la información que sitúan como objetivo educativo fundamental la capacitación para la gestión de la información. Podemos comentar al respecto que en nuestra universidad estamos impulsando un proyecto de biblioteca virtual con un importante componente tecnológico y editorial, al servicio de la enseñanza virtual. Una biblioteca virtual ligada a nuestra plataforma de enseñanza virtual26 20 ÁNGEL MARTÍNEZ RECIO Recursos didácticos virtuales En el proceso de aprendizaje, los recursos didácticos desempeñan un papel esencial. La necesidad de rentabilizar al máximo los recursos escolares hace conveniente la introducción en el aula de recursos didácticos versátiles, que permitan crear una amplia variedad de situaciones didácticas relacionadas con el conjunto de contenidos previstos en la planificación docente. Nos parece por ello que, al analizar el uso de las TIC en educación, el tema de los recursos didácticos virtuales merece una atención especial. En lo que sigue nos referiremos con el nombre de recursos didácticos virtuales a materiales didácticos virtuales de carácter manipulativo (applets, virtual manipulatives). Es verdad que el término recurso didáctico virtual puede tener una acepción más amplia. Pero también puede tener la acepción que le damos, en un plano más cotidiano. Un libro electrónico puede integrar todo un conjunto amplísimo de recursos educativos de carácter virtual. El libro tradicional puede presentar un determinado recurso y explicar como utilizarlo, pero no puede contener el recurso material en sí mismo (por ejemplo, una balanza, un geoplano o una calculadora). El libro electrónico sí puede integrar el recurso en forma simulada, virtual, transformándolo en un elemento informático de naturaleza similar a la del propio libro electrónico e incorporándolo, así, en el sistema informático que el libro comporta. Esos recursos didácticos virtuales pueden ser de muy variados tipos. Por ejemplo, un juego de interacciones comerciales, para estudiantes de empresariales. O un laboratorio virtual para estudiantes de química. Aquí nos limitaremos a considerar recursos didácticos virtuales aplicables al área de matemáticas en Primaria y Secundaria. Por ejemplo, ábaco, calculadora, geoplano, graficador de funciones, etc. Un sitio Web paradigmático, en el ámbito de la educación matemática, es el reservado por el NCTM para alojar un extenso y rico conjunto de recursos didácticos virtuales: Son recursos tales como: Balanza Numérica Fraccionador Volúmenes de paralelepípedos27 RÉPLICA 21 Nosotros hemos desarrollado también varios recursos didácticos virtuales, en esta misma línea de trabajo: Ábaco, Balanza Numérica, Bloques Multibase, Bolas, Calculadora, Dados, Diagrama de Barras, Fraccionador, Geoplano, Herramienta de Dibujo, Geometría de la tortuga, Medida de Superficies, Mosaicos, Regletas, Tangram. Estos recursos se encuentran alojados en la dirección Web: Balanza Numérica Fraccionador Mosaicos Una versión simple de recurso didáctico virtual puede ser la siguiente (puede consultarse en la página del CNICE: )28 22 ÁNGEL MARTÍNEZ RECIO Donde el alumno simplemente tiene que arrastrar los números a uno de los rectángulos de la figura y podrá comprobar inmediatamente si la respuesta que aporta es o no correcta, teniendo información escrita para analizar, en su caso, la causa de su error. Una versión más compleja puede ser la siguiente, correspondiente a nuestra implementación elemental del clásico programa logo, de geometría de la tortuga :29 RÉPLICA 23 Este recurso puede ser utilizado para dibujar polígonos regulares. Por ejemplo, el cuadrado puede resultar combinando 4 veces las instrucciones Avanzar 100 y Girar Derecha 90 (pues el ángulo del cuadrado es de 90º): Pero si intentamos dibujar el triángulo equilátero, cuyos ángulos son de 60º, y utilizamos tres veces las instrucciones Avanzar 100 y Girar Derecha 60, nos encontramos con el siguiente dibujo, correspondiente al recorrido efectuado por la tortuga: Si reflexionamos, podemos darnos cuenta que al avanzar la tortuga, el ángulo de giro corresponderá al ángulo exterior del polígono, razón por la que tendríamos que girar un ángulo de 120º si quisiéramos obtener el triángulo equilátero:30 24 ÁNGEL MARTÍNEZ RECIO Significado cognitivo de los recursos didácticos virtuales Un recurso didáctico virtual es, de acuerdo con Moyer, Bolyard, y Spikell (2002), una representación visual, interactiva, en soporte Web, de un objeto dinámico, que presenta oportunidades para construir conocimiento matemático. Esta definición puede valernos en un primer acercamiento a este tipo de recursos. En todo caso, nosotros sustituiríamos el término visual por el término multimedia (es decir, pudiendo incluir animaciones, vídeo, audio, etc.), por dar a esta definición un significado más rico, más ajustado a nuestra propia interpretación de su ámbito de aplicaciones. En esta misma línea, Heddens (2003) considera los recursos didácticos virtuales como simulaciones electrónicas de modelos materiales que ayudan a los alumnos a comprender mejor los objetos matemáticos. La principal utilidad de los recursos didácticos virtuales, bajo esta interpretación, es la posibilidad que brindan de un acercamiento intuitivo a los objetos matemáticos, a partir de la manipulación simulada de un modelo material relacionado con el objeto matemático en cuestión. Manipulación que facilita la transición desde el plano de lo concreto, de lo empírico al plano de la abstracción matemática. En esta interpretación, la utilidad del recurso didáctico virtual es similar a la del recurso didáctico material que simula, con las ventajas derivadas de su bajo coste económico y, quizá, de su mayor sencillez de uso. Una ventaja añadida es que el recurso virtual, por su mismo carácter de simulación visual, introduce un primer nivel de abstracción respecto al recurso didáctico material que simula. Sin embargo no es esa apoyatura en la realidad empírica, en la manipulación de lo concreto lo que constituye, en nuestra opinión, la esencia del recurso didáctico virtual. Para nosotros, su valor fundamental reside en la capacidad que tiene para inducir la abstracción reflexiva sobre los objetos matemáticos con los que, a través del recurso, el sujeto interactúa. Como señala Clements (1999), lo concreto no necesariamente coincide con lo empírico, con los objetos físicos. Por ejemplo, los números naturales, que pueden aparecer inicialmente para los alumnos como objetos abstractos (a los que se acercan desde la manipulación de objetos y situaciones materiales concretas), posteriormente se transforman en símbolos que, a pesar de su carácter abstracto, llegan a resultar concretos para los alumnos (el alumno puede comprobar la propiedad conmutativa de la suma actuando directamente sobre los propios números, sin necesidad de apoyarlos sobre objetos o situaciones materiales). El recurso múltiplos y divisores (antes presentado) puede ser un ejemplo de recurso didáctico virtual que no simula un recurso didáctico material, sino que constituye un recurso con sentido propio en el ámbito virtual, aportando una forma lúdica de trabajar la noción de múltiplo. En el recurso, los números aparecen como objetos simbólicos sobre los se puede actuar, como si fueran objetos materiales (desplazándolos de una zona a otras, accionando mensajes de advertencia al desplazar los números a una zona, etc.). El valor del recurso no reside aquí en su capacidad para inducir pensamiento abstracto por manipulación de un sistema material simulado, sino en el entorno lúdico que crea para realizar operaciones estrictamente matemáticas.31 RÉPLICA 25 Como indica Clements (1999), el carácter físico de un recurso didáctico no conduce al significado de la idea matemática. Los estudiantes pueden requerir inicialmente un material concreto para construir significados, pero posteriormente deben reflexionar sobre las acciones que hacen con los recursos y, con ayuda del profesor, crear representaciones crecientemente sofisticadas para sustentar sus ideas matemáticas. Es una abstracción reflexiva, usando la terminología de Piaget (1980), que no deriva directamente, mediante la percepción, de la acción manipulativa sobre el objeto, sino que resulta de la reflexión que se hace sobre las acciones que se ejercen sobre el objeto. Es esa reflexión sobre las acciones, que con su ayuda se hacen, la que da auténtico valor al recurso didáctico virtual. De acuerdo con Dörfler (1991), en los procesos de reflexión abstractiva, la atención se centra sobre algunas relaciones que se ponen de relieve entre los objetos y situaciones soportes de la acción, durante el proceso de acción/reflexión. Estas relaciones demuestran ser estables cuando se repiten. Son invariantes de la acción. Esos invariantes necesitan una cierta descripción simbólica. Los símbolos utilizados empiezan a sustituir gradualmente a los objetos de las acciones, llegando a hacerse finalmente objetos independientes de dichas acciones, manifestándose como objetos meramente simbólicos que obtienen su significación y sentido de las reglas que gobiernan dichas acciones (por ejemplo, los números naturales aparecen finalmente como objetos que se pueden definen y operar de acuerdo con las reglas de un sistema simbólico, axiomático, sin necesidad de pensar en las situaciones físicas en las que se puede apoyar inicialmente su construcción: regletas Cuisenaire, ábaco, etc.). Los ejemplos analizados en el apartado anterior, utilizando nuestra herramienta logo, nos permiten apreciar esa característica de los recursos didácticos virtuales que les hace aparecer como instrumentos favorecedores de la abstracción reflexiva: su carácter dinámico, interactivo, que permite al alumno plantear y recorrer diferentes direcciones de trabajo, experimentar conjeturas, probar distintas hipótesis en relación al problema que le ocupa, anticipar resultados, etc. La elaboración de hipótesis, la posibilidad de anticipar mentalmente los resultados de las acciones nos sitúan en un escenario simbólico, donde el objeto es sustituido por su representación mental (o por su expresión simbólica), sobre la que se ensayan acciones también mentales, operaciones matemáticas. Este carácter de los recursos virtuales, como herramientas favorecedoras de la abstracción reflexiva, enlaza bien con la consideración, que prevalece hoy en la mayoría de las propuestas curriculares relativas a los procesos de aprendizaje matemático, que entienden esencialmente como procesos de razonamiento. Hay que tener en cuenta que, como recuerda Batista (1999), la matemática es primero y ante todo una forma de razonamiento. El currículo tradicional ha puesto un énfasis especial sobre los procedimientos, sobre los algoritmos. En las propuestas curriculares actuales para la educación matemática se presta, en cambio, una atención creciente a los procesos de razonamiento matemático y de resolución de problemas. Se espera de los estudiantes que sean capaces de aplicar variadas estrategias y líneas de razonamiento en diferentes situaciones. Utilización de los recursos didácticos virtuales Por muy ricas que sean las posibilidades didácticas que ofrece un recurso didáctico, no se puede esperar que dicho recurso agote el conjunto de expresiones posibles, que en el marco de la realidad exterior, puede presentar un objeto matemático dado. Si se tiene en cuenta que el significado de un objeto es la enciclopedia de usos del término que denota al objeto, es necesario experimentar con diversos recursos y situaciones didácticas para poder alcanzar un aprendizaje significativo del mismo.32 26 ÁNGEL MARTÍNEZ RECIO Hay que tener presente que, para nosotros -Martínez Recio (2000)-, los objetos matemáticos son objetos complejos que integran notaciones, elementos conceptuales y fenomenologías. Las fenomenologías de un objeto matemático son situaciones y problemas de tipo matemático, que corresponden a situaciones y fenómenos de la realidad exterior a dicho objeto, en las que dicho objeto se pone de manifiesto. Y que entre los elementos fenomenológicos y los elementos conceptuales existe una relación que expresa la vinculación de lo particular con lo general, de lo concreto con lo abstracto. La paulatina exploración de diferentes fenomenologías correspondiente a un mismo objeto matemático, permite ir construyendo los diferentes elementos conceptuales que dicho objeto matemático comporta. Habitualmente, un recurso didáctico se corresponde con un marco fenomenológico determinado, que no agota el conjunto de expresiones didácticas del objeto matemático en cuestión. Por ejemplo, las regletas Cuisenaire nos introducen en el marco fenomenológico del número natural como expresión de la longitud. Las calculadoras nos introducen en un ámbito numérico más estrictamente simbólico. Ambos recursos deben ser combinados, junto a otros varios, para permitir una construcción crecientemente enriquecida de la noción de número. Por lo demás, los conceptos matemáticos, según Vergnaud (1990), aparecen interrelacionados, conformando campos conceptuales. De manera que la comprensión de un concepto implica el conocimiento de las interrelaciones de dicho concepto con otros elementos de su propio campo conceptual. Lo que aconseja un uso de los recursos didácticos ligados a campos conceptuales. Como ejemplo, en la dirección Web puede observarse una posible forma de trabajar los objetos matemáticos correspondientes a un determinado campo conceptual la divisibilidad-, apoyada en la utilización de recursos didácticos virtuales. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Clements, D. (1999). Concrete manipulatives, concrete ideas. Dörfler, W. (1991). Forms and means of generalization in mathematics. En A. J. Bishop et al. (Eds.): Mathematicsal Knowledge: Its Growth Through Teaching (pp ). Dordrecht: Kluwer, A. P. Heddens, J. (2003). Improving Mathematics Teaching by Using Manipulatives. Martínez Recio, A. (2000). Una aproximación epistemológica a la enseñanza y el aprendizaje de la demostración matemática. Córdoba: Servicio de Publicaciones. Universidad de Córdoba. Moyer, P., Bolyard, J. y Spikell, M. (2002), What are virtual manipulatives. Piaget, J. y García, R. (1984). Psicogénesis e historia de la ciencia. México: Siglo XXI Editores. Vergnaud, G. (1990). Epistemology and psychology of mathematics education. En P. Nesher and J. Kilpatrick (Eds.): Mathematics and Cognition: A Research Synthesis by the International Group for the PME (pp ). Cambridge: Cambridge University Press.33 Aspectos metodológicos de la investigación sobre aprendizaje de la demostración mediante exploraciones con software de Geometría dinámica Ángel Gutiérrez Rodríguez Dpto. de Didáctica de la Matemática, Universidad de Valencia Resumen En este texto describo, ejemplifico y analizo diferentes opciones metodológicas de las fases de recogida y análisis de datos en investigaciones diseñadas para estudiar los procesos de aprendizaje de la demostración matemática basado en software de geometría dinámica. En el contexto más específico de la resolución de problemas de conjetura y demostración de geometría, muestro cómo las principales herramientas típicas (a veces exclusivas) de estas investigaciones resultan útiles para poder conocer con profundidad la actuación de los estudiantes durante la resolución de estos problemas y su forma de pensar. Abstract In this text I describe, exemplify, and analyze the main methodological options for gathering and analyzing data in research experiments aimed to study the processes of learning mathematical proof in dynamic geometry software environments. In the more specific context of solving geometry conjecture and proof problems, I show that the main tools typical (some exclusive) of this kind of research help to deeply understand students thinking, behaviour and activity while solving conjecture and proof problems. Introducción Las herramientas informáticas se están usando en la enseñanza de todas las áreas de las matemáticas en los diferentes niveles educativos, siendo su uso más frecuente en los niveles de Primaria y, sobre todo, Secundaria. En particular, una agenda de investigación muy activa es la dedicada a la enseñanza de la geometría con la ayuda del software de geometría dinámica. La principal ventaja de este software sobre los materiales didácticos tradicionales (tanto estáticos como dinámicos) es la facilidad y rapidez con que los estudiantes pueden transformar las construcciones hechas en la pantalla, realizar mediciones y disponer de un gran número de ejemplos tan variados como quieran. Esto da a los estudiantes la posibilidad de realizar experimentaciones que les permitan plantear y verificar conjeturas o encontrar propiedades matemáticas no evidentes con las que abordar la resolución del problema planteado. El uso de software para la enseñanza de la geometría se generalizó a comienzos de los años 80 con la aparición del Logo. La segunda revolución se produjo unos años después, con la aparición del software de geometría dinámica (la primera presentación internacional de Cabri tuvo lugar en 1988, durante ICME-6). Desde entonces, numerosos investigadores de todo el mundo nos hemos dedicado a34 28 ÁNGEL GUTIÉRREZ RODRÍGUEZ explorar las posibilidades del software de geometría dinámica en la enseñanza de la geometría y a experimentar las más variadas formas de enseñanza. Dentro de esta agenda de investigación, una línea especialmente importante, tanto por el número de investigaciones como por su importancia en el contexto del aprendizaje de las matemáticas, es la dedicada a analizar los procesos de aprendizaje de la demostración matemática en contextos de software de geometría dinámica. Paralela al incremento de las experimentaciones didácticas con software de geometría dinámica es la necesidad de desarrollar metodologías de investigación para la recogida y el análisis de datos en estas experimentaciones. En algunos casos se adaptan metodologías existentes. En otros casos surgen nuevos métodos de investigación basados en las peculiaridades del nuevo contexto. Mi objetivo en este texto es describir, ejemplificar y analizar las principales herramientas metodológicas de recogida y de análisis de información típicas (a veces exclusivas) de las investigaciones sobre procesos de aprendizaje de la demostración basadas en el uso de software de geometría dinámica, en el contexto más específico de la resolución de problemas de demostración. Existen varios programas de geometría dinámica de uso frecuente (Cabri, Sketchpad, Cinderella y otros). Cada programa tiene sus peculiaridades pero, para lo que nos interesa ahora, el comportamiento de los de uso más frecuente es bastante similar. Los ejemplos que presentaré a continuación están hechos con el programa Cabri, el programa de geometría dinámica de mayor implantación en España. En las páginas siguientes utilizaré los términos figura y dibujo con los significados habituales en el contexto del software de geometría dinámica (Parzysz, 1988; Laborde, Capponi, 1994): Una figura es un objeto geométrico abstracto caracterizado por las propiedades matemáticas derivadas de los elementos y las herramientas usadas para su creación. Un dibujo es una representación particular en la pantalla de una figura. Cada figura se puede mostrar mediante una infinidad de dibujos, resultantes de cambiar en la pantalla las posiciones o tamaños de los elementos de la figura. Por otra parte, no es posible saber qué figura hay detrás de un dibujo concreto que vemos en la pantalla, pues es necesario conocer las herramientas usadas para su construcción y las propiedades matemáticas derivadas de las mismas. Múltiples puntos de vista para analizar el aprendizaje de la demostración con software de geometría dinámica Las partes críticas en cualquier investigación experimental en didáctica de las matemáticas son la recogida de información sobre la actividad de los estudiantes durante los experimentos y el análisis de la información recopilada. En ambos casos, la principal dificultad está en la necesidad que tenemos de conocer qué pasa por la cabeza de los estudiantes cuando están envueltos en una actividad matemática, cuáles son sus procesos de razonamiento, cómo analizan y transforman la información que les llega del exterior, cuándo y cómo toman decisiones, etc., todo ello para tratar de mejorar los procesos de enseñanza y aprendizaje. Cuando la investigación es sobre el aprendizaje de matemáticas en entornos de software de geometría dinámica, además de las metodologías generales usadas en otros tipos de investigaciones, disponemos de algunas herramientas específicas. Recogida de información La manera más usual de resolver un problema de conjetura y demostración, o sólo de demostración, con la ayuda del software de geometría dinámica es empezar construyendo una figura basada en las hipótesis del problema, después hacer experimentaciones mediante arrastre de elementos de la figura, buscando regularidades que nos permitan identificar una conjetura o, si ya la tenemos, comprobar su validez en una variedad adecuada de ejemplos y, por último, identificar propiedades matemáticas observables en la pantalla que permitan descubrir un camino de demostración de la conjetura validada por la experimentación. Para poder hacer un análisis detallado del proceso de resolución de un problema con software de geometría dinámica, el investigador debe tener información lo más completa posible sobre la interacción de los estudiantes con el ordenador, pues las claves para entender qué han hecho los estudiantes y por qué lo han hecho, en qué estaban pensando, cuándo y por35 ASPECTOS METODOLÓGICOS SOBRE APRENDIZAJE DE LA DEMOSTRACIÓN 29 qué han tomado una decisión, etc. casi nunca están en el resultado (archivo o texto en papel), sino en el proceso. Es conocido que hay varios métodos de recogida de datos de uso frecuente como son la recogida de la producción escrita de los estudiantes (respuestas de cuestionarios o soluciones de problemas), la grabación en video cuando los estudiantes trabajan en grupo, o las entrevistas clínicas. Cuando la investigación se basa en el uso de software de geometría dinámica, estos métodos son también útiles pero, además, tenemos otros específicos, propios de este contexto de experimentación: *Archivos creados por estudiantes, con figuras construidas y revisión de la construcción hecha. Los programas de geometría dinámica incluyen un comando que permite revisar la construcción hecha en un archivo, mostrando en la pantalla la sucesión de pasos dados por los estudiantes de principio a fin de la construcción y el comando usado en cada paso. De esta manera podemos ver el orden en que han sido añadidos los elementos de la figura y saber qué herramienta han usado para crear cada elemento. Así, en el ejemplo de la figura 1 podemos darnos cuenta de que un estudiante ha usado el comando mediatriz y el otro el comando recta perpendicular. Al analizar la resolución completa del problema por ambos estudiantes, se ve que esta diferencia (la recta perpendicular no está ligada al punto medio del lado) resulta crucial para entender por qué el segundo estudiante no fue capaz de llegar a una solución correcta. Figura 1. Comando revisar la construcción. Un inconveniente del comando revisión de la construcción es que no muestra los objetos borrados durante el proceso de construcción, por lo que no podemos, por ejemplo, ver las soluciones erróneas intermedias que los estudiantes han descartado. Esto es análogo a lo que ocurre en las investigaciones con papel y lápiz cuando los estudiantes usan hojas de sucio que no entregan o cuando hacen operaciones o dibujos que después borran. Un procedimiento que puede paliar parcialmente este inconveniente es pedir a los estudiantes que guarden periódicamente archivos con nombres diferentes.36 30 ÁNGEL GUTIÉRREZ RODRÍGUEZ * Registro automático de la actividad de los estudiantes. Esta opción (registro de sesión) es exclusiva de Cabri 1. Cuando está activada, el programa guarda de manera automática un archivo cada vez que se hace un cambio en la pantalla, tanto si se ha añadido o borrado un elemento de la figura, como si se ha modificado la posición o tamaño de algún objeto en la pantalla (punto, recta, polígono, etc.). El resultado es una secuencia de archivos que muestran los sucesivos dibujos manejados por los estudiantes durante su interacción con el ordenador. Como complemento, las versiones de Cabri que pueden hacer el registro de la sesión disponen de un comando que muestra, como una serie de diapositivas, la secuencia de archivos guardados durante la sesión. El registro automático de una sesión de trabajo de los estudiantes es una herramienta de investigación muy valiosa, pues gracias a ella sí podemos ver los objetos borrados por los estudiantes durante la resolución del problema y también, aún más importante, podemos ver las manipulaciones de arrastre que han hecho y cuándo y dónde surgen las ideas que les permiten avanzar hacia la solución del problema, o que les llevan a un bloqueo. La figura 2 muestra una secuencia de archivos (no siempre consecutivos) del registro de una sesión en la que los estudiantes resuelven el problema Dados un triángulo ABC y tres rectas paralelas, construir otro triángulo DEF semejante a ABC que tenga un vértice sobre cada recta. El contexto es un proyecto de investigación que está desarrollando el estudiante de doctorado Félix Rodríguez en la Universidad de Valencia. El experimento se ha llevado a cabo con los 8 estudiantes matriculados en la asignatura Métodos Geométricos, optativa de 2º ciclo de la Facultad de Matemáticas de la Universidad de las Islas Baleares, en la que los estudiantes trabajaron por parejas con Cabri 2. En la primera parte de la resolución (no mostrada aquí), los estudiantes han dibujado el triángulo ABC, las rectas r, s y t, el triángulo A B C (congruente a ABC y fijo) y el otro triángulo (semejante a ABC, con el vértice A fijo y con el vértice correspondiente al B perteneciente a la recta t ). Las imágenes 1 a 4 resumen una serie de tanteos (arrastres del tercer triángulo desplazando el vértice sobre la recta t ) que llevan a los estudiantes a descubrir la solución del problema: Trazan la recta que pasa por los vértices C y su correspondiente en el tercer triángulo (imagen 5), comprueban que el punto de corte de esta recta y la recta s es un vértice del triángulo solución (imagen 6) y construyen el triángulo DEF pedido (imagen 7). 1 El registro de sesión está implementado sólo en dos versiones del programa, la más antigua (Cabri 1) y la más reciente (Cabri II+). Este es el motivo por el que numerosas investigaciones han usado Cabri 1 a pesar de las ventajas de Cabri II en otros aspectos. La opción de registro de sesión no está disponible en la versión actual de Cabri II+ para Macintosh. 2 En cualquier investigación sobre enseñanza apoyada en software de geometría dinámica (como caso particular de enseñanza apoyada en las TIC) hay dos componentes importantes: El tipo de interacción de profesor y estudiantes con la tecnología y el tipo de interacción entre profesor y alumnos junto a los roles de cada uno. En estas mismas actas, el texto de la ponencia de Olimpia Figueras profundiza en el primer componente y el texto de la ponencia de Pedro Cobo profundiza en el segundo componente. Mi objetivo en este texto es utilitario, pues reflexiono sobre metodologías de investigación.37 ASPECTOS METODOLÓGICOS SOBRE APRENDIZAJE DE LA DEMOSTRACIÓN Figura 2. Fragmentos de un registro de sesión. En el ejemplo anterior, al revisar la construcción del archivo de Cabri con la solución del problema, al investigador le quedan varias preguntas sin contestar. Observar el registro de la sesión resuelve algunas de estas cuestiones, pero no todas. La principal pregunta sin respuesta es por qué se les ocurre trazar la recta por los dos vértices en la imagen 5? Cómo han descubierto o intuido que el punto de corte de esa recta y la recta s es la solución del problema? En este ejemplo podemos ver cómo cada herramienta ayuda, pero la combinación de ambas (observar el registro de la sesión y analizar la construcción de uno de los archivos previos a la imagen 5) resulta más potente que cada una por separado (figura 3): Al modificar el tercer triángulo en un archivo previo a la imagen 5 observamos que está activado el comando traza, por lo que los estudiantes ven que el vértice del tercer triángulo correspondiente a C recorre una recta que pasa por C.38 32 ÁNGEL GUTIÉRREZ RODRÍGUEZ Figura 3. Recorrido de un punto con la traza activada. Cuando se utiliza un programa de geometría dinámica que no dispone de la opción de registro de sesión, existen en el mercado varios programas de monitorización automática de la pantalla que pueden hacer un trabajo parecido. Estos programas guardan cada cierto tiempo (especificado en las preferencias) un archivo gráfico con una copia de la pantalla 3. * Auto-protocolo escrito por los estudiantes. Una de las metodologías típicas de la investigación sobre resolución de problemas es la de pedir a los resolutores pensar en voz alta. Existen publicaciones en las que se discuten las ventajas e inconvenientes de esta metodología. El principal inconveniente alegado es que, al tener que verbalizar los pensamientos, decisiones, observaciones, etc. durante la resolución, el resolutor se ve obligado a interrumpir su flujo de pensamiento, lo cual puede distorsionar el proceso de resolución e incluso llevar a un resultado diferente del que se habría obtenido sin la verbalización. Otro inconveniente evidente de esta metodología es que sólo se puede utilizar en entrevistas clínicas. En el proyecto de investigación que mencionaba en los párrafos anteriores, hemos experimentado una variante de pensar en voz alta, que denominamos auto-protocolo, para tratar de usar esta metodología en el contexto de clases ordinarias. Los estudiantes, al mismo tiempo que avanzan en la resolución de un problema, van escribiendo notas comentando su actividad, los motivos de sus decisiones, etc. La directriz dada a los estudiantes es que, paralelamente a la resolución del problema, escriban comentarios sobre sus procesos meta-cognitivos de toma de decisiones, ideas o acciones, motivo por el que han decidido actuar así, etc. Al usar el auto-protocolo en situaciones de trabajo con papel y lápiz o con ordenador, la interferencia que puede producir la escritura del auto-protocolo en los estudiantes es menor que al pensar en voz alta, pues éstos de todas formas deben detener su flujo de pensamiento para escribir o manipular el ordenador. Como los estudiantes trabajaban por parejas, una estrategia que utilizaban frecuentemente es que, mientras uno hacía en el ordenador lo que habían decidido, el otro escribía el auto-protocolo. Veamos a continuación (figura 4) el fragmento del auto-protocolo correspondiente al ejemplo de las figuras 2 y 3. 3 En el mercado hay programas tanto para Macintosh (por ejemplo Screen Movie Recorder) como para Pc (por ejemplo FlashCam).39 ASPECTOS METODOLÓGICOS SOBRE APRENDIZAJE DE LA DEMOSTRACIÓN 33 Figura 4. Fragmento de auto-protocolo. El auto-protocolo confirma la conclusión extraída del análisis del registro de sesión y la revisión de una construcción vistos más arriba (figuras 2 y 3), de que la traza del punto permite a los estudiantes caracterizar la recta que lleva a la solución. Lo que no podía deducirse al analizar la información proporcionada por el ordenador, pero sí aparece explícitamente en el auto-protocolo (#10 a #14), es que los estudiantes decidieron seguir ese camino porque recordaron la forma de resolver otro problema planteado antes en el curso (con lápiz y papel): Dados un punto P y dos rectas paralelas r y s, construir un triángulo equilátero que tenga uno de sus vértices en el punto P, otro vértice sobre la recta r y el otro sobre la recta s. Análisis de información Para el análisis de los datos recogidos en una investigación experimental, también hay algunas metodologías generales, como el análisis de protocolos, tratamientos estadísticos, clasificación de respuestas en categorías o tipos, etc. si bien abundan las específicas, propias de cada contexto concreto. En el contexto del aprendizaje de la demostración con la ayuda de software de geometría dinámica, una revisión de la literatura especializada muestra varios constructos que se están utilizando con éxito para entender los procesos mentales de los estudiantes cuando resuelven problemas de demostración, las dificultades que han sufrido, o los motivos por los que no han logrado completar con éxito una demostración. Podemos destacar los siguientes marcos de análisis de la información: * Análisis de los tipos de arrastre realizados en la pantalla del ordenador. El arrastre de objetos en la pantalla del ordenador es la característica más peculiar del software de geometría dinámica. Esta acción permite modificar en tiempo real el dibujo de la pantalla para convertirlo en otro dibujo asociado a la misma figura (realmente lo convierte en una sucesión casi continua de dibujos). La modificación continua como elemento didáctico favorecedor del aprendizaje,40 34 ÁNGEL GUTIÉRREZ RODRÍGUEZ que supera las limitaciones del aprendizaje en contextos de lápiz/tiza y papel/pizarra, no es nuevo, pues siempre se han utilizado modelos articulados o deformables para representar determinados conceptos o propiedades matemáticos. Lo que sí es nuevo es la gran libertad de movimientos y transformación que permite el software de geometría dinámica. La segunda función del arrastre que descubren los estudiantes cuando empiezan a aprender a manejar un programa de geometría dinámica, después de la función inicial de modificar un dibujo, es la de verificar que la construcción que acaban de realizar es correcta. Aquí hay un contrato didáctico implícito según el cual si una construcción soporta cualquier arrastre sin perder ninguna de sus propiedades matemáticas características, el profesor y los estudiantes aceptan que la construcción es correcta. No obstante, como señalan Arzarello y otros (1998 b, 2002) y Hölzl (1996), cuando un estudiante arrastra un objeto en la pantalla, puede hacerlo con varias finalidades diferentes, las cuales cambian [durante la resolución de un problema] dependiendo de las modalidades cognitivas y epistemológicas según las cuales los estudiantes realizan el control (y en consecuencia realizan sus acciones) en Cabri (Arzarello y otros, 1998 b, p. 33). En otras palabras, los estudiantes pueden realizar acciones de arrastre con distintas finalidades específicas en diferentes momentos. Entre los tipos de arrastre caracterizados por estos investigadores, cabe destacar como más útiles para analizar la actividad de los estudiantes los siguientes 4 : - Arrastre de test (test): El arrastre se hace para comprobar si la construcción hecha conserva las condiciones matemáticas del problema, es decir si la figura creada se rompe o no. El ejemplo típico de este tipo de arrastre es cuando, al principio del curso, se pide a los estudiantes que construyan un rectángulo y éstos lo hacen utilizando segmentos verticales y horizontales; al mover un vértice de esta figura, los estudiantes ven cómo el rectángulo se convierte inmediatamente en un cuadrilátero general. - Arrastre errático (wandering): El arrastre se hace sin un plan específico, de forma aleatoria, con la finalidad de modificar un dibujo pero sin que importe cómo es esa modificación. En este caso, no hay que confundir que el recorrido del cursor por la pantalla sea aleatorio, es decir que no está predeterminado por el estudiante, con que el estudiante haga el arrastre sin ninguna finalidad específica. Este tipo de arrastre es muy frecuente cuando, tras haber construido una figura que se ajusta al enunciado de un problema y haber verificado que la construcción es correcta (arrastre de test), los estudiantes empiezan a explorar la figura buscando invariantes matemáticos sin ninguna idea previa de qué invariantes buscar ni dónde o cómo encontrarlos. - Arrastre guiado (guided): Se arrastra un punto u otro objeto con el fin de obtener un caso particular de la figura construida (particular por su forma, tamaño, posición,...). 4 Incluyo junto a las etiquetas de los tipos de arrastre su denominación en inglés para facilitar relacionar este texto con publicaciones en inglés.41 ASPECTOS METODOLÓGICOS SOBRE APRENDIZAJE DE LA DEMOSTRACIÓN 35 Figura 5. Arrastre guiado durante el descubrimiento del teorema de Varignon. Una situación muy frecuente en la que está presente el arrastre guiado es la de haber construido una figura en la que interviene un cuadrilátero general y el estudiante modifica el dibujo de la pantalla para conseguir que ese cuadrilátero se transforme en diversos cuadriláteros específicos (paralelogramo, rombo, rectángulo, etc.). Por ejemplo, se pide resolver el problema: Dado un cuadrilátero ABCD, sea MNOP el cuadrilátero formado al unir consecutivamente los puntos medios de los lados de ABCD. Qué tipo de cuadrilátero es MNOP? Cuándo es MNOP un cuadrado? Y un rombo? (teorema de Varignon). En la figura 5 vemos una secuencia de dibujos obtenidos mediante arrastres guiados durante la resolución de este problema con el objetivo de hacer que MNOP sea, sucesivamente, un rectángulo, un cuadrado y un rombo. En cada caso, los estudiantes trataban de encontrar alguna particularidad de ABCD que les permitiera caracterizar su relación con el correspondiente cuadrilátero MNOP. - Arrastre sobre un lugar geométrico oculto (dummy locus o lieu muet): El arrastre se hace procurando que los sucesivos dibujos conserven cierta propiedad matemática que no es válida para la figura construida. En este caso, generalmente hay un punto de la figura cuyo recorrido coincide con un lugar geométrico oculto. La identificación y caracterización de ese lugar geométrico suele llevar a la solución del problema. El comando traza combinado con este tipo de arrastre es una eficaz herramienta para identificar el lugar geométrico oculto, que no está disponible en los entornos de papel y lápiz. La figura 6 resume la actividad de una pareja de estudiantes de la Facultad de Matemáticas de la Universidad de Valencia tratando de resolver el problema Sean A, B y C tres puntos fijos no alineados y D un punto libre diferente. Qué condiciones debe cumplir D para que las cuatro mediatrices del cuadrilátero ABCD se corten en un único punto? El contexto es una asignatura de didáctica de las matemáticas de Secundaria, de libre elección, en la que los estudiantes trabajan por parejas con Cabri para resolver diversos problemas, resoluciones que después profesor y alumnos analizan desde las perspectivas matemática y didáctica. Los estudiantes empiezan haciendo un arrastre errático hasta comprobar que, en principio, no es fácil que las cuatro mediatrices se corten (en un sólo punto). Después inician un arrastre guiado hasta lograr que las cuatro mediatrices se corten (figura 6, 1ª fila). Tras algunas experimentaciones más en las que encuentran algunas soluciones, deciden mover el punto D muy despacio para que las mediatrices no dejen de cortarse en un solo punto (figura 6, 2ª fila). Uno de los estudiantes intuye que el movimiento del punto D podría ser circular. Entonces, activan la traza del punto D y repiten el arrastre anterior, comprobando que el recorrido del punto D es similar a la circunferencia que pasa por los otros tres vértices (figura 6, 3ª fila). Ahora los estudiantes construyen la circunferencia que pasa por A, B y C (figura 6, último dibujo) y comprueban, de nuevo mediante arrastre guiado, que cuando D se desplaza sobre esta circunferencia las mediatrices se cortan en su centro. A partir de aquí, los estudiantes ya tienen una conjetura y empiezan a trabajar para demostrarla basándose en la propiedad de las mediatrices de equidistancia a los vértices del cuadrilátero (que han usado para determinar el centro de la circunferencia).42 36 ÁNGEL GUTIÉRREZ RODRÍGUEZ Figura 6. Arzarello y otros (2002) hacen un análisis de las actuaciones de los estudiantes observados buscando identificar relaciones entre la fase de la resolución del problema en que se encontraban (ascendente o descendente; las describo en el apartado siguiente) y los tipos de arrastre que hacían. Por otra parte, también es posible relacionar los tipos de arrastre con las etapas de resolución de los problemas de43 ASPECTOS METODOLÓGICOS SOBRE APRENDIZAJE DE LA DEMOSTRACIÓN 37 conjetura y demostración. La tabla siguiente resume estas relaciones para los tipos de arrastre que he descrito en los párrafos anteriores. De esta manera, a la vista del tipo de arrastre que están realizando los estudiantes, los investigadores pueden deducir información sobre los objetivos, razonamiento, etc. de los estudiantes. Etapas de resolución de un problema de conjetura y demostración Tipos de arrastre Construcción inicial Descubrimiento de propiedades Elaboración de una conjetura Verificación de la conjetura Demostración de la conjetura --- Test Errático Errático Guiado Sobre un l. g. oculto Guiado Test Guiado * Análisis de las fases de la resolución de un problema de demostración. Decía más arriba que, cuando se plantean problemas de demostración con software de geometría dinámica, un proceso ideal de resolución de estos problemas (figura 7) empieza construyendo una figura basada en las hipótesis del problema, sigue experimentando con esa figura mediante arrastre de sus elementos para identificar propiedades matemáticas o conjeturas y, después, para validarlas y, por último, concluye demostrando deductivamente la conjetura validada por la experimentación (la resolución descrita en la figura 6 es un ejemplo). Construcción y validación de una figura Arrastre para encontrar propiedades y conjeturas Arrastre para validar las propiedades y conjeturas encontradas Demostración deductiva de la conjetura Figura 7. Proceso ideal de resolución de un problema de demostración con software de geometría dinámica. En la práctica, los procesos seguidos por los estudiantes pueden ser bastante diferentes del descrito en la figura 7 por varios motivos: La acción de tutorización del profesor puede primar determinada forma44 38 ÁNGEL GUTIÉRREZ RODRÍGUEZ de proceder de los estudiantes 5. Éstos pueden ignorar alguna de las etapas por falta de experiencia. Los estudiantes pueden quedarse bloqueados en el proceso de búsqueda de conjeturas, no ser capaces de encontrar la forma de realizar la demostración deductiva, etc. En las resoluciones que sí llegan a realizar demostraciones deductivas, Arzarello y otros (1998 a) definen dos fases que caracterizan las relaciones entre la actividad empírica de elaboración de conjeturas y la actividad deductiva de su demostración: - Una fase ascendente caracterizada por la actividad empírica dirigida a la mejor comprensión del problema, la búsqueda de una conjetura y su posterior validación o rechazo. - Una fase descendente caracterizada por la actividad argumentativa (deductiva o no) dirigida a la elaboración de una demostración de la conjetura planteada. Según este modelo teórico, la resolución de un problema de demostración se caracteriza por la transición de la fase ascendente a la fase descendente. En la realidad, la resolución de un problema puede estar formada por varias transiciones en una u otra dirección entre ambas fases, correspondientes a unos momentos de trabajo empírico y otros momentos de trabajo deductivo, a avances por caminos que no llevan al resultado deseado seguidos de retrocesos para iniciar nuevas fases ascendentes de búsqueda o verificación empíricas que dan paso a nuevas fases descendentes de producción deductiva. En el siguiente ejemplo (Marrades, Gutiérrez, 2000) muestro la resolución por una pareja de estudiantes de Secundaria del siguiente problema: Haz una construcción con las siguientes condiciones: - El segmento CD sobre una recta. - El segmento AB paralelo al CD. - El segmento AB tiene la misma longitud que el AC. Investiga si el segmento BC es la bisectriz de ACD. La figura 8 muestra los pasos más significativos de la actividad de los estudiantes. Una vez hecha la construcción correctamente, los estudiantes empiezan la resolución haciendo algunas mediciones (AB, AC, ABC, ACB y BCD; ver figura 8.1) y comprobando mediante arrastre que los tres ángulos son siempre iguales. Después demuestran la congruencia de ABC y BCD: 1. BCD = ABC porque son alternos internos. 2. AB = AC. 3. AB // CD. Después de hacer algunos cambios en la figura de la pantalla, los estudiantes creen que ya pueden escribir una demostración de la relación pedida en el enunciado. Entonces (figura 8.2) añaden la recta perpendicular a CB por el punto A, marcan el punto M de intersección de esta recta con CB y miden los ángulos CAM, BAM y AMB. Mediante arrastre, verifican que CAM y BAM miden siempre lo mismo. Por último, escriben en su libreta: 5 Véase el texto de la ponencia de Pedro Cobo para profundizar en este aspecto.45 ASPECTOS METODOLÓGICOS SOBRE APRENDIZAJE DE LA DEMOSTRACIÓN Figura Si AB = AC y AB es paralelo a CD, entonces BCD = ABC por alternos internos y ACB = ABC por el 2º criterio de igualdad [de triángulos] dos lados y un ángulo comprendido [iguales]. 5. AB = AC, un lado. 6. AM [es un lado] común. 7. CAM = BAM un ángulo comprendido. 8. Por lo tanto, si ACM = ABM entonces ACB = ABC. 9. ABC = BCD. 10. ACB = ABC > BCD = ACB ( [luego CB es la] bisectriz de ACD). En este resumen encontramos las dos fases de la demostración claramente diferenciadas: Los episodios 1 a 3 corresponden a la fase ascendente y los episodios 4 a 11 corresponden a la fase descendente. Sin embargo, un análisis más detallado muestra que hay varias transiciones entre fases ascendentes y descendentes. La primera se produce cuando los estudiantes, después de las mediciones y verificaciones iniciales (fase ascendente, figura 8.1) demuestran la congruencia de ABC y BCD (fase descendente, episodios 1 y 3). Aunque intentan seguir escribiendo la demostración, deben volver a una fase ascendente para añadir a la figura elementos auxiliares que necesitan y verificar mediante arrastre las relaciones de congruencia entre los ángulos (figura 8.2). Hecho esto, ya están en condiciones de terminar de escribir la demostración, pues han identificado las propiedades y relaciones que necesitan, y pasan a otra fase descendente (episodios 4 a 11). En numerosas publicaciones relacionadas con el aprendizaje de la demostración matemática se dice que generalmente una parte de la actividad de los matemáticos profesionales cuando están investigando un nuevo teorema es de tipo empírico, y que éstos sólo proceden a escribir una demostración formal del nuevo resultado cuando están suficientemente convencidos de la veracidad del mismo. Por lo tanto, también ahí encontramos las fases ascendente y descendente. * Análisis de la unidad cognitiva de teoremas observable en la resolución con éxito de problemas de demostración. Mariotti y otros (1997) dicen que el análisis de las formas de trabajar de geómetras antiguos y actuales pone de relieve que existe una continuidad entre los procesos de producción de una conjetura y de elaboración de una demostración de la misma. Esta misma continuidad puede verse en experimentos con estudiantes que resuelven con éxito problemas de conjetura y demostración. Esta continuidad, que estos investigadores llaman la unidad cognitiva del teorema, se basa en las relaciones cognitivas establecidas por el resolutor del problema entre los resultados de su actividad exploratoria de búsqueda de una conjetura y su actividad deductiva posterior de búsqueda de una demostración para las conjetura hallada, de forma que las ideas surgidas durante la actividad exploratoria son la base para la construcción de la demostración deductiva:46 40 ÁNGEL GUTIÉRREZ RODRÍGUEZ Durante la producción de la conjetura, el estudiante progresivamente trabaja en su enunciado mediante una actividad argumentativa progresiva funcionalmente entremezclada con la justificación de la plausibilidad de sus elecciones. Durante la posterior etapa de demostración del enunciado, el estudiante conecta con este proceso de forma coherente, organizando algunos de los argumentos previamente producidos en una cadena lógica. (Garuti, Boero, Lemut, 1998) En el ejemplo de la figura 8 existe unidad cognitiva entre las experimentaciones empíricas en el ordenador y la escritura de una demostración de la conjetura, pues los estudiantes, a través de la actividad de manipulación empírica (medición, arrastre y observación de las medidas) descubren las propiedades que luego utilizan para escribir el argumento de la demostración. Esta demostración tiene partes de tipo deductivo aunque, globalmente, no podamos considerarla una demostración deductiva por la falta de justificación adecuada de algunas relaciones (principalmente de la igualdad de CAM y BAM). También en el ejemplo de la figura 6 podemos reconocer la presencia de la unidad cognitiva del teorema, pues los estudiantes, después de la experimentación inicial, construyen la circunferencia circunscrita (con centro en el punto de corte de dos mediatrices y que pasa por los puntos A, B y C) y, después de terminar las exploraciones y verificaciones empíricas, utilizan esta propiedad de las mediatrices para escribir la demostración de la conjetura que resuelve el problema. Veamos ahora un tercer ejemplo (Marrades, Gutiérrez, 2000), dos estudiantes de Secundaria resolviendo el problema del corte de las mediatrices de un cuadrilátero en un sólo punto, en el que los estudiantes encuentran la relación correcta que resuelve el problema, pero la falta de unidad cognitiva les impide demostrarla. Los estudiantes comienzan realizando la construcción del cuadrilátero con las mediatrices y arrastrando el vértice D. Realizan diversos arrastres sin lograr ningún ejemplo con las cuatro mediatrices cortándose, añaden las medidas de los lados y los ángulos y siguen transformando la figura, hasta que obtienen un rectángulo y un cuadrilátero cruzado (figura 9.1). Los estudiantes siguen haciendo arrastres del punto D y obtienen algunos rectángulos y polígonos análogos al de la figura 9.2. A continuación los estudiantes superponen los puntos B y C (figura 9.3) y, arrastrando el punto D, obtienen varios triángulos, observando en todos que las cuatro mediatrices se cortan 6. Abandonan este tipo de dibujos y vuelven a manipular cuadriláteros convexos, obteniendo diversos casos en los que se cortan las cuatro mediatrices. Los estudiantes escriben una conjetura: La suma de las ángulos A y C es igual a la suma de B y D si queremos que las mediatrices se corten. La suma de los ángulos [de cada par, A+C y B+D] es 180. Los estudiantes deciden construir la circunferencia con centro en la intersección de las mediatrices de dos lados opuestos y que pasa por C (figura 9.4). Como los vértices A y B no están en la circunferencia, los mueven hasta situarlos encima de ella (figura 9.5). A continuación escriben: Las mediatrices se cortan en un punto. Ese punto es el centro de la circunferencia circunscrita [al cuadrilátero ABCD]. Los vértices equidistan del centro de la circunferencia. 6 Al no haber puesto los puntos B y C exactamente uno encima del otro, Cabri sigue considerando que existe el segmento BC y, por lo tanto, dibujando su mediatriz.47 ASPECTOS METODOLÓGICOS SOBRE APRENDIZAJE DE LA DEMOSTRACIÓN Figura 9. Estos estudiantes han encontrado dos conjeturas correctas que resuelven el problema, pero no son capaces de demostrar ninguna de ellas porque durante sus experimentaciones en el ordenador no han encontrado propiedades que pudieran servirles para conectar las conjeturas con la propiedad de corte de las mediatrices. Por ejemplo, a diferencia de cómo construyen la circunferencia los estudiantes de la figura 6, éstos han usado las mediatrices de dos lados opuestos (AB y CD), por lo que los vértices A, B y C no pertenecen todos a la circunferencia. En otras palabras, no han logrado crear la unidad cognitiva del teorema. Hay una evidente relación entre los constructos de las fases ascendente y descendente y de la unidad cognitiva de un teorema como herramientas de análisis de la actividad de los estudiantes: El primero permite diseccionar el proceso de resolución de un problema de conjetura y demostración distinguiendo los momentos en los que el estudiante está buscando información (de manera empírica exploratoria) y aquéllos en los que está organizando la información (de manera deductiva). El segundo permite identificar las relaciones funcionales entre los hallazgos producidos en la fase ascendente y las definiciones, propiedades, etc. usadas para organizar la demostración en la fase descendente. Sin embargo, estos constructos no son equivalentes pues dan lugar a análisis complementarios de la48 42 ÁNGEL GUTIÉRREZ RODRÍGUEZ resolución del problema ya que las fases de resolución permiten observar la secuencia de momentos durante la resolución y la unidad cognitiva permite observar la coherencia entre las actividades de ambas fases (o la falta de ella). La utilización de las fases de resolución de un problema de demostración y de la unidad cognitiva de un teorema como herramientas de análisis de datos no está restringida a las investigaciones de actividad en entornos de software de geometría dinámica, sino que también se pueden emplear cuando los estudiantes han trabajado en contextos de papel y lápiz. Sin embargo, en los contextos informáticos es donde dichas herramientas son más productivas, porque el uso de software de geometría dinámica hace explícita con mayor detalle la actividad empírica de los estudiantes que en contextos no informáticos transcurre en mayor medida en la mente de los estudiantes, sobre todo cuando éstos son más expertos o tienen un mayor nivel de razonamiento abstracto. * Análisis de los tipos de demostraciones realizadas por los estudiantes. Diversos investigadores han observado las formas de resolver problemas de demostración de estudiantes de diferentes niveles educativos y han llegado a elaborar algunas clasificaciones de las mismas. Las clasificaciones más fructíferas y de uso más frecuente en la actualidad son las definidas en Balacheff (1988 a) (ver también Balacheff, 1988 b) y en Harel, Sowder (1998). Posteriormente, otras investigaciones realizadas en España han analizado la aplicabilidad de dichas clasificaciones y han elaborado clasificaciones que profundizan y desarrollan las anteriores (Ibáñes, 2001; Marrades, Gutiérrez, 2000; Martínez Recio, 1999; Martínez Recio, Díaz Godino, 2001). De manera muy resumida, los tipos de demostraciones descritos por Balacheff y por Harel y Sowder son: - Demostraciones empíricas: Empirismo naïf, demostración consistente en verificar la veracidad de la conjetura en uno o varios ejemplos elegidos generalmente de manera aleatoria. Experimento crucial, demostración consistente en verificar la veracidad de la conjetura en un ejemplo elegido cuidadosamente y pensando que si la conjetura es cierta en este ejemplo, será cierta siempre. Ejemplo genérico, demostración consistente en verificar la veracidad de la conjetura en un ejemplo elegido con la intención de que sea representante de la familia de todos los ejemplos y que las manipulaciones realizadas con el ejemplo sean manipulaciones con toda la familia. Los estudiantes intentan que las propiedades matemáticas que usan en la demostración aparezcan desvinculadas del ejemplo específico que están usando, por lo que esta forma de proceder supone un primer paso hacia las demostraciones deductivas. - Demostraciones deductivas: Experimento mental, demostración consistente en utilizar un ejemplo para identificar propiedades pertinentes que a continuación se disocian del ejemplo concreto, se interiorizan de manera abstracta y se organizan en una cadena deductiva. Analítica o teórica, demostración deductiva abstracta, generalmente formal, basada en el uso de argumentos y operaciones mentales que no tienen ninguna relación con la manipulación de ejemplos concretos. Las demostraciones analíticas pueden ser transformativas o axiomáticas. Síntesis final, implicaciones didácticas y sugerencias Resumo mediante un diagrama (figura 10) las estrechas relaciones que hay entre los instrumentos o procedimientos de recogida de datos y los tipos de análisis que podremos hacer de esos datos que he presentado en las páginas anteriores. Este diagrama se podría ampliar añadiendo las metodologías generales de recogida y análisis de datos, pero eso queda fuera del objetivo de este texto.49 ASPECTOS METODOLÓGICOS SOBRE APRENDIZAJE DE LA DEMOSTRACIÓN 43 RECOGIDA DE DATOS Archivos ANÁLISIS DE DATOS Tipos de arrastre Registro de sesión Fases de resoluc. de problemas de demostración Auto-protocolo Tipos de demostraciones Revisar la construcción Unidad cognitiva de un teorema Figura 10. Relación entre formas de recogida y de análisis de datos. Es fácil observar en las publicaciones que informan sobre investigaciones experimentales que el uso del software de geometría dinámica influye en la mayor o menor frecuencia con la que encontramos cada tipo de demostración. La forma de construcción de una figura en el ordenador y el uso del arrastre hacen que los ejemplos que manipulan los estudiantes adquieran con más facilidad el carácter de ejemplo genérico o experimento mental que el de ejemplo naïf o experimento crucial. Una cuestión que no está investigada, y sobre la cual estamos trabajando en el Departamento de Didáctica de la Matemática de la Universidad de Valencia, es la de observar las posibles diferencias de comportamiento de estudiantes cuando resuelven problemas de geometría sintética en los entornos de papel y lápiz o de software de geometría dinámica. Por otra parte, al analizar demostraciones deductivas elaboradas usando software de geometría dinámica se pone en cuestión la diferencia entre las demostraciones deductivas del tipo experimento mental y de los tipos analíticos definidos por Harel y Sowder, pues lo normal es que las demostraciones formales sean el resultado de una fase ascendente de experimentación con arrastres, mediciones, etc. Esta es una cuestión que merece la pena investigar. Se ha alegado en ocasiones que el software de geometría dinámica es un obstáculo para que los estudiantes (generalmente de Secundaria) entiendan la necesidad de la demostración deductiva y aprendan a hacer este tipo de demostraciones, porque su dinamismo y la facilidad para observar ejemplos diversos hace que los estudiantes adquieran un grado de convicción de la veracidad de las conjeturas tan alto que no consideran necesaria la demostración abstracta deductiva. En estos casos el bloqueo se produce porque los profesores sólo ofrecen a sus alumnos la función de la demostración como forma de asegurar la veracidad de las conjeturas. Sin embargo, en otras investigaciones, al llegar a este punto de bloqueo, los profesores han presentado a los estudiantes la función de la demostración como forma de comprender por qué las conjeturas son verdaderas. De esta manera el profesor, aún asumiendo con sus alumnos que la conjetura es verdadera, tiene el recurso de plantear la conveniencia de entender por qué es verdadera. En cuanto a los estudiantes (de Secundaria o universitarios) que ya han comprendido la necesidad de pasar de las demostraciones empíricas a las deductivas abstractas, el uso de software de geometría dinámica no supone el obstáculo señalado en el párrafo anterior, si bien no hay investigaciones que presenten información concluyente sobre la utilidad de este tipo de software para ayudar a estos estudiantes a mejorar su habilidad de razonamiento deductivo abstracto y la calidad de sus demostraciones.50 44 ÁNGEL GUTIÉRREZ RODRÍGUEZ Referencias Arzarello, F. y otros (1998 a). A model for analysing the transition to formal proofs in geometry, en Proceedings of the 22nd PME Conference 2, Arzarello, F. y otros (1998 b). Dragging in Cabri and modalities of transition from conjectures to proofs in geometry, en Proceedings of the 22nd PME Conference 2, Arzarello, F. y otros (2002). A cognitive analysis of dragging practises in Cabri environments, Zentralblatt fur Didaktik der Mathematik 34.3, Balacheff, N. (1988 a). Une étude des processus de preuve en mathématique chez des élèves de collège (tesis doctoral), 2 vols. Grenoble, Francia: Univ. J. Fourier Grenoble. Balacheff, N. (1988 b). Aspects of proof in pupils' practice of school mathematics, en Pimm, D. (ed.) Mathematics, teachers and children Londres: Hodder & Stoughton Garuti, R.; Boero, P.; Lemut, E. (1998): Cognitive unity of theorems and difficulty of proof, Proceedings of the 22th PME Conference 2, Harel, G.; Sowder, L. (1998): Students' proof schemes: Results from exploratory studies, en Schoenfeld, A.H.; Kaput, J.; Dubinsky, E. (eds.), Research in collegiate mathematics education, III, Providence, EE.UU: American Mathematical Society. Hölzl, R. (1996): How does 'dragging' affect the learning of geometry, International Journal of Computers for Mathematical Learning 1.2, Ibáñes, M. (2001): Aspectos cognitivos del aprendizaje de la demostración matemática en alumnos de primer curso de bachillerato (tesis doctoral). Valladolid.: Universidad de Valladolid: Laborde, C.; Capponi, B. (1994): Cabri-Géomètre constituant d'un milieu pour l'apprentissage de la notion de figure géométrique, Recherches en Didactique des Mathématiques 14.1/2, Mariotti, M.A. y otros (1997): Approaching geometry theorems in contexts: From history and epistemology to cognition, Proceedings of the 21th PME Conference 1, pp Marrades, R.; Gutiérrez, A. (2000): Proofs produced by secondary school students learning geometry in a dynamic computer environment, Educational Studies in Mathematics 44.1/2, Martínez Recio, A. (1999): Una aproximación epistemológica a la enseñanza y aprendizaje de la demostración matemática (tesis doctoral). Granada: U. de Granada. Martínez Recio, A.; Díaz Godino, J. (2001): Institutional and personal meanings of mathematical proof, Educational Studies in Mathematics 48.1, pp Parzysz, B. (1988): "Knowing" vs "seeing". Problems of the plane representation of space geometry figures, Educational Studies in Mathematics 19,51 Réplica a la ponencia: Aspectos metodológicos de la investigación sobre aprendizaje de la demostración mediante exploraciones con software de Geometría dinámica del doctor Ángel Gutiérrez. Jesús Murillo Ramón Departamento de Matemáticas y Computación. Universidad de La Rioja Resumen En nuestra opinión, plantarse una réplica a una ponencia, resulta en principio más cómodo y menos comprometido que elaborarla y presentarla a la comunicad científica, pues entendemos que bastaría con plantear la misma exponiendo aquellos aspectos más interesantes, destacando sus puntos fuertes y planteando puntos de vista alternativos sobre algunos aspectos recogidos en la misma, que como cualquier objeto de estudio de la Didáctica de la Matemática puede contemplarse desde una óptica o perspectiva diferente, sin que esto signifique que el planteamiento sea mejor o peor, sino que constituyen elementos enriquecedores, con el objetivo fundamental de mejorar el proceso educativo de las matemáticas en todos los niveles educativos y aumentar el éxito escolar. Estos posibles enfoques diferentes son los que permiten plantear elementos de discusión o debate, que enriquecen y sugieren otros objetos de estudio y líneas de investigación de la Didáctica de la Matemática. Con estos planteamientos, desarrollaremos la réplica que sigue a continuación. Vaya por delante nuestro reconocimiento a la amplia y fructífera trayectoria investigadora del Dr. Gutiérrez. La ponencia presentada, comienza con una Introducción en la que se plantea en primer lugar una breve visión del uso de herramientas informáticas en la enseñanza de las Matemáticas y en particular en la de la Geometría. Señala asimismo el interés que en estos momentos existe en los investigadores por estudiar su utilización, sobretodo el del software de Geometría Dinámica. El profesor Gutiérrez destaca la principal ventaja que presenta este software, sobre los materiales didácticos tradicionales tanto estáticos como dinámicos, a saber: La facilidad de representar figuras geométricas, en las que se pueden realizar mediciones y experimentaciones, que sugieren a los usuarios, el planteamiento de conjeturas en relación con el problema propuesto y su verificación, enfocando en muchos casos su solución y/o la posibilidad de encontrar propiedades matemáticas no evidentes de las figuras con las que abordar la resolución del problema planteado. El objetivo fundamental de la ponencia es describir, ejemplificar y analizar las principales herramientas metodológicas disponibles en la actualidad para las investigaciones sobre procesos de aprendizaje de la demostración basadas en el uso del software de Geometría Dinámica en el contexto más específico de la resolución de problemas.52 46 JESÚS MURILLO RAMÓN En el siguiente apartado de Múltiples puntos de vista para analizar, señala las partes 2 críticas de cualquier investigación experimental en Didáctica de las Matemáticas: La recogida de la información de los estudiantes durante los experimentos y el análisis de esta información, haciendo hincapié en la dificultad de conocer qué pasa por la cabeza de los alumnos cuando están implicados en la actividad matemáticas, cómo analizan y transforman la información,, aspectos fundamentales a tener en cuenta para mejorar el proceso de aprendizaje. De aquí el interés en que la recogida de la información sobre el proceso que han seguido en la resolución del problema, sea lo más completa posible ya que resulta fundamental para el investigador de cara a determinar las claves para entender qué han hecho los estudiantes y por qué lo han hecho. A continuación pasa a describir algunas de las formas más usuales de recogida de la información en las investigaciones experimentales en Didáctica de las Matemáticas, incidiendo especialmente en aquellas que son casi exclusivas del software Cabri II Plus y no presentes en otro software de Geometría Dinámica. De entre los diversos métodos para recoger datos sobre las producciones de los alumnos (respuestas a cuestionarios, soluciones de problemas ), toma en consideración la forma más usual de resolver un problema utilizando software de geometría dinámica y elige uno específico de este contexto de experimentación, en el que se utilizan básicamente funcionalidades casi exclusivas de Cabri II Plus, aunque también señala la complementariedad en la recogida de información de los otros métodos usuales. Para recoger los datos considera los siguientes instrumentos: 1. En los archivos creados por los estudiantes con las figuras construidas, utiliza la funcionalidad revisión de la construcción 1. Aspecto este que el ponente Dr. Gutiérrez ilustra perfectamente con el gráfico de la Figura Registro automático de la actividad de los estudiantes durante el proceso de resolución, la funcionalidad grabar sesión 2 que cuando se activa guarda de forma sucesiva las diversas pantallas del proceso de resolución del problema que el estudiante realiza. Se trata de una herramienta de investigación muy valiosa, ya que permite hacer un seguimiento de la actividad del estudiante durante el proceso de resolución y detectar los momentos en los que surgen las ideas que les permiten resolver el problema o les conducen al bloqueo. El ponente ilustra la utilización de este instrumento con la presentación de los gráficos correspondientes al proceso de resolución de un problema en la Figura 2 y procede a analizar la sesión correspondiente, poniendo en evidencia que si bien resuelven algunas cuestiones al investigador, también le quedan preguntas sin contestar( Por qué utiliza una determinada estrategia?, Por qué han intuido un determinado camino a seguir?,...) 1 Es una funcionalidad del menú Edición, que permite visualizar todas las etapas de la construcción, y en la versión para Windows también aparece una ventana de texto explicativa de la etapa de construcción correspondiente, disponiendo de varias opciones. 2. Por supuesto existe la posibilidad de leer las distintas pantallas, navegando por ellas y su impresión. 3. Auto-protocolo escrito por los estudiantes. Según el ponente, una variante de una metodología típica de investigación pensar en voz alta, que consiste en dar una directriz a los estudiantes en la que se les pide que paralelamente a la resolución del problema, escriban comentarios sobre sus procesos de decisión, produciendo menos interferencias que pensar en 1 Es una funcionalidad del menú Edición, que permite visualizar todas las etapas de la construcción, y en la versión para Windows también aparece una ventana de texto explicativa de la etapa de construcción correspondiente, disponiendo de varias opciones. 2 Es una funcionalidad del menú Sesión, permite grabar según una sesión de las pantallas según los intervalos de tiempo que se establecen. Por supuesto existe la posibilidad de leer las distintas pantallas, navegando por ellas y su impresión.53 RÉPLICA 47 voz alta, pues dado que utilizan el ordenador, en todo caso deben detener su flujo de pensamiento. El auto-protocolo es un instrumento que puede confirmar o completar la conclusión extraída del análisis del registro de la sesión y de la revisión de la construcción. Para el análisis de los datos recogidos, después de haber revisado la literatura especializada en el contexto del software de la Geometría Dinámica, destaca los siguientes marcos: 1. Análisis de los tipos de arrastre realizados en la pantalla del ordenador. Señala esta función como elemento fundamental favorecedor del aprendizaje y con ventaja a otros materiales clásicos(material articulable o deformable) por su gran libertad de movimientos y de transformación que posee, además de permitir a los alumnos la verificación de que la construcción realizada es correcta. Destaca como más útiles, siguiendo a Arzarello y otros (1998 b, 2002) y Hölzd (1996) los siguientes. a. Arrastre de test (test). Para comprobar si la construcción realizada conserva las condiciones matemáticas del problema. b. Arrastre errático (wandering). El arrastre se hace sin ninguna finalidad específica, explorando en búsqueda de invariantes sin ninguna idea previa. c. Arrastre guiado (guided). Se arrastra un objeto, con la finalidad de obtener un caso particular de la figura construida. d. Arrastre sobre un lugar geométrico oculto (dummy locus o lieu muet). 2. Análisis de las fases de resolución de un problema de demostración. En la figura 7 presenta un proceso ideal de resolución de un problema de demostración, aunque el ponente señala bien que los procesos seguidos por los estudiantes pueden diferir bastante del ideal por muy diversos motivos, entre otros por la acción tutorial. 3. Análisis de la unidad cognitiva de teoremas observables en la resolución con éxito de problemas de demostración. En relación a los dos marcos anteriores de fases de resolución y unidad cognitiva de teoremas y las ilustraciones sobre los mismos con dos ejemplos uno de alumnos de Secundaria y otro de alumnos de la Facultad de Matemáticas, los planteamientos metodológicos de la investigación deben ser distintos, dado que las competencias exigidas en los currícula correspondientes y los conocimientos básicos son de distinto nivel, lo que plantea diferenciar las actividades a resolver por los alumnos de ambos niveles educativos. En el texto de la ponencia parece no quedar clara la necesidad de diferenciación entre las exigencias de conjetura, conjetura y demostración y demostración. La demostración es un concepto extraordinariamente complejo en el que intervienen muchos aspectos distintos: lógica, argumentación, verdad conocimiento,..., lo que conduce a crear alrededor de esta idea una especie de niebla que no deja ver con claridad cuáles son los elementos fundamentales a la hora de trata de conseguir que nuestros estudiantes sean capaces de entender, apreciar y producir sus propias demostraciones. La demostración coexiste con otros tipos de pruebas normalmente aceptadas en los distintos ámbitos en que se mueven los estudiantes los distintos contextos institucionales- o simplemente la demostración tiene distintos significados según el contexto institucional en el que se genera. El uso de la demostración estrictamente deductiva en el marco escolar ha sido ampliamente discutido Villiers(1993, 2000), Garuti, Boero y Lemut, Mariotti(1998). Godino y Recio (1997), Recio (1999), cuestionándose su uso, sobretodo en los niveles no universitarios. Como consecuencia de esta revisión, la demostración aparece hoy como un objeto complejo estrechamente relacionado con otros elementos de validación como pueden ser los de explicación, comprobación, argumentación y prueba, teniendo un significado más abierto que acepta, junto a la54 48 JESÚS MURILLO RAMÓN demostración estrictamente deductiva, la necesidad de otros modos de validación de tipo empíricodeductivo, la formulación de conjeturas, los ejemplos y contraejemplos, los procesos de generalización. Esto permite dar un significado a la demostración, más amplio que el estrictamente deductivo y más cercano a las capacidades lógicas de los estudiantes de Educación Primaria y Secundaria. Algo más al respecto del análisis de la continuidad cognitiva diremos en el apartado de puntos débiles de la ponencia. 4. Análisis de la los tipos de demostraciones realizadas por los estudiantes. Presenta de forma resumida la clasificación de las formas de resolver problemas de los estudiantes de diferentes niveles educativos descritos por Balacheff y por Harel y Sowder, considerando los dos bloques el de demostraciones empíricas y el de las deductivas. Finalmente presenta un diagrama que describe las relaciones entre los instrumentos y procedimientos de recogida de datos y los tipos de análisis presentados. Sugiere la posibilidad de ampliarlo añadiendo metodologías más generales de recogida y análisis de datos. En la segunda parte de esta réplica señalamos los que en nuestra opinión son los puntos más destacables de la ponencia presentada. 1. Los momentos en que nos encontramos, con un potente desarrollo de las Tecnologías de la Información y de la Comunicación (TIC) y una fuerte implicación en el sistema educativo de las Matemáticas, la ponencia presentada es totalmente oportuna al plantear aspectos metodológicos de la investigación en un contexto concreto en el que se hallan inmersos muchos investigadores y a los que puede servir de gran ayuda, destacando además la claridad con la que está escrita. 2. La elección como software de Geometría Dinámica de los existentes en la actualidad -el ponente ha elegido CABRI II Plus-, destacando algunas funcionalidades específicas que permiten recoger un determinado tipo de información, no accesible con otros. 3. El esquema del proceso ideal de resolución de un problema de demostración, para analizar las fases de la resolución. Seguidamente tres puntos débiles o no considerados en la ponencia. 1. Dado que en la ponencia se plantean aspectos metodológicos, consideramos que un aspecto olvidado es no haber realizado un análisis más en profundidad del software de Geometría Dinámica existente, señalando sus ventajas e inconvenientes tanto desde el punto de vista didáctico tanto como instrumento de investigación. La elección llevada a cabo por el ponente por Cabri II Plus y algunas funcionalidades -casi exclusivas- del mismo, recogidas en el texto de la ponencia, parecen sugerir la idoneidad del mismo, pero seguimos considerando necesario un análisis más en profundidad del software de Geometría Dinámica disponible. Ampliando la consideración anterior, planteamos la necesidad de contemplar el uso de los applets de Java. La utilización por parte de los alumnos, sobretodo en el ámbito de la Educación Secundaria, del programa Cabri exige por una parte la necesidad de disponer localmente del software correspondiente y por otra de un aprendizaje previo del mismo con lo que esto supone en cuanto a tiempo y esfuerzo por parte de los alumnos, independientemente de que el aprendizaje de Cabri en sí mismo tiene de valor formativo. Este tiempo de dedicación puede ser sustituido en determinas condiciones por applets de Java. 2. Poca claridad en la necesidad del diseño específico de las actividades, con una estructura y55 RÉPLICA 49 exigencias concretas y diferenciadas según el nivel educativo a que van dirigidas. Bien es verdad que el análisis desarrollado se hace como ilustración, pero en cualquier caso consideramos oportuno hacer la siguiente puntualización en cuanto al Análisis de la unidad cognitiva de teoremas planteado a partir de la Figuras 8 y 9, dadas las implicaciones tanto educativas como de investigación que se plantean: El programa Cabri ha ayudado en la elaboración de las conjeturas por parte de los alumnos de ESO. Estos han realizado el razonamiento inductivo (fase ascendente) de la misma manera que los estudiantes de la Facultad de Matemáticas en la Figura 6. Ahora bien la capacidad deductiva, el bagaje matemático, la capacidad de expresión y la experiencia de unos y otros no son los mismos. Consideramos por tanto que no puede equipararse la investigación con estudiantes de la Facultad de Matemáticas con la que se puede realizar con los alumnos de la ESO Posiblemente el alumno de la ESO no tenga asimilado el concepto de mediatriz como lugar geométrico de los puntos que equidistan de los extremos, ni maneje la relación entre la medida del ángulo inscrito en una circunferencia y la del ángulo central correspondiente, ni mucho menos la de arco capaz de un ángulo. Entendemos que es necesario tener adquiridos estos conceptos y haber experimentado con ellos para poder elaborar demostraciones deductivas planteadas en el problema de la Figura 9. Consideramos que para poder hablar de continuidad cognitiva del teorema es necesario que los alumnos conozcan los conceptos, definiciones y propiedades necesarios para poder construir la demostración deductiva y, así, relacionarlos con los argumentos previamente producidos en la primera fase de la exploración inductiva. En nuestra opinión, no podemos, por tanto, hablar de continuidad cognitiva en este caso, en el sentido de Mariotti (1997). Los estudiantes de ESO han encontrado durante la actividad exploratoria las ideas base para la construcción de la actividad deductiva, pero no han podido identificar las relaciones funcionales entre los hallazgos producidos en la fase ascendente y las definiciones, propiedades, etc. necesarios para poder realizar la actividad deductiva final, porque estas definiciones no forman parte de su bagaje matemático, ni tienen la capacidad de argumentación ni el entrenamiento de los estudiantes de la Facultad de Matemáticas. 3. No señala la importancia del trabajo colaborativo como elemento a tener en cuenta en las investigaciones sobre enseñanza apoyada en las TIC, por su influencia en las interacciones que se producen. Además, los análisis presentados en la ponencia, al menos en uno, el caso de los estudiantes de la Facultad, trabajan por parejas. Asumiendo la idea constructivista del aprendizaje y la construcción social del conocimiento, consideramos que un elemento que forma parte de las propuestas metodológicas de investigación en el contexto de la ponencia, lo constituye utilizar y analizar la influencia del trabajo colaborativo en la mejora de la capacidad de demostración matemática en nuestros alumnos utilizando las posibilidades que brindan las TIC. Un breve esquema de propuesta de trabajo a desarrollar en este sentido, utilizando un entorno interactivo de aprendizaje, compuesto por una red electrónica, Cabri e Internet (para una descripción mas completa véase Murillo, 2000) planteada en dos fases podría ser la siguiente: En un primer momento, pretendemos que los alumnos asuman el sentido de la demostración matemática, a distinguir una demostración de otras formas de argumentación y a comprender cuáles son los elementos que la componen y el proceso general para desarrollarla. Se utiliza un proceso de comunicación bidireccional entre el profesor virtual 3 y el alumno a través 3 El profesor virtual es un profesor que no está presente en la clase y que recibe los mensajes de correo electrónico de los alumnos. Está encargado de aclarar las dudas que se produzcan, corregir las respuestas de los56 50 JESÚS MURILLO RAMÓN del correo electrónico. Esto es, se plantea una actividad de iniciación en la página Web del proyecto, en ella se pide al alumno que haga una construcción con Cabri Géomètre II, que tome medidas, que manipule la figura, que trate de tomar conciencia de una propiedad geométrica que se da en la misma, que no debe depender de la figura concreta realizada, sino que deberá ser válida para un conjunto de figuras. Esta propiedad no se le da de forma explícita, sino que se espera que la obtenga por manipulación. Una vez obtenida, se le pide que la exprese con su propio vocabulario y particular sintaxis, y que intente justificar su respuesta. Aquí se realiza una correspondencia epistolar electrónica entre el alumno y el profesor virtual mediante la que se van poco a poco dando instrucciones, animando, dando o no valides a las deducciones obtenidas, y puliendo la respuesta hasta llegar a una comprensión por parte del alumno del concepto de demostración, de los elementos que la componen y del tipo de expresión adecuada para explicitar la demostración requerida. Las actividades planteadas son específicas, diseñadas y dirigidas a desarrollar la capacidad de demostración de los alumnos en el ámbito de la Geometría La segunda fase corresponde a las actividades del Foro de discusión, en las que básicamente el procedimiento es el siguiente: 1. Los alumnos reciben la propuesta de actividad a través del la página Web o del correo electrónico. 2. Individualmente y utilizando Cabri y/o el applet correspondiente, elaboran una primera aproximación de la demostración, que es enviada al Foro de discusión (Tablero electrónico). En caso de ser necesario los alumnos envían los gráficos correspondientes al profesor virtual para hacerlos asequibles a todos. 3. Los alumnos discuten las respuestas dadas apoyándose en los gráficos que están accesibles, trabajando colaborativamente hasta conseguir entre todos mejorar éstas y llegar a una expresión más completa, aunque no única para todos. Seguidamente planteamos tres puntos de interés para debatir, en relación con la utilización del software de geometría Dinámica en el proceso educativo de las Matemáticas. 1. La elección de un determinado software de Geometría Dinámica, influye en los resultados del aprendizaje de los alumnos? O solamente determina la metodología de investigación que intenta establecer los posibles beneficios cognitivos en los alumnos? 2. Se deben incorporar los applets de Java en los enunciados de las actividades geométricas planteadas a nuestros alumnos? O suponen un exceso conductista en el camino a seguir por nuestros alumnos en la resolución del problema planteado? 3. Debe fomentarse el trabajo colaborativo como elemento potenciador del aprendizaje de nuestros alumnos? O se trata de uno más de los métodos de trabajo con los alumnos? A continuación se muestran ejemplos de actividades, que ilustran nuestra postura en cuanto al papel que juega Cabri, los applets de java y el diseño específico de las actividades y que en cierta manera es nuestra respuesta a las tres cuestiones planteadas anteriormente. En la actividad que se muestra a continuación llamada Actividad 1, applet de Java que aparece en el enunciado de la misma, no aporta mas información que si hubiésemos utilizado un gráfico estático. Casi el único motivo del mismo, con su animación es hacer un enunciado más atractivo y motivador alumnos y sobre todo establecer con los alumnos una relación personal lo más estrecha posible y animar a todos a realizar esfuerzo para realizar la demostración. Esto tiene para los alumnos un gran atractivo y se ha comprobado que el ascendiente de este profesor sobre el alumno es superior incluso al del profesor real que está en la clase presencial57 RÉPLICA 51 para que el alumno intente responder a la vez que ilustra el enunciado. ACTIVIDAD 1 En la siguiente actividad se modelizan las que se pueden utilizar para desarrollar trabajo colaborativo a través del Foro de discusión (tablero electrónico).58 52 JESÚS MURILLO RAMÓN En el texto del enunciado aparecen enlaces con archivos que en su caso permiten al alumno resolver por si mismo algunas cuestiones básicas necesarias para el desarrollo de su actividad., así como enlace con el59 RÉPLICA 53 Tablero electrónico. En el enunciado de esta actividad aparece un enlace trapecio, que se muestra a continuación y dentro un enlace con un applet de Java, que muestra un aspecto de la demostración.60 54 JESÚS MURILLO RAMÓN Referencias bibliográficas. Garuti, R., Boero, P. y Lemut, E. (1998). Cognitive units of theorems and dificulty 13 of proof.. En A. Olivier and K. Newstead (Eds.). Proceedings of the 22th Internacional Conferencie of PME (Vol, 2). Stellenbosch, South Afica. Godino, J. D. Recio, A. M. (1997). Significado de la demostración en educación matemática. Meaning of proofs in mathematics education En E. Pehkonen (Ed): Proceedings of the 21 th International Conference of PME, Vol 2, Pp Martínez Recio, Á. (1999). Una aproximación epistemológica a la enseñanza y el aprendizaje de la demostración matemática. Córdoba. Servicio de publicaciones de la Universidad de Córdoba. Murillo, J., y Fortuny, J. M.(2003/04). Interactividad en la Red. Contextos Educativos. Revista de Educación. Vol 6-7, p Servicio de Publicciones. Universidad de la Rioja. Murillo, J. (2001). Un entorno interactivo de aprendizaje con Cabri-actividades, aplicado a la enseñanza de la geometria en la E.S.O. Tesis doctoral Universitat Autònoma de Barcelona. Villiers, M. de (1993). El papel y la función de la demostración en matemáticas. Epsilon: Revista matemática de bachillerato, Nº Villiers, M. de (2000). Developing understanding of Proof. within the context of defining quadrilaterals. International Newsletter on the Teaching and Learning of Mathematical Proof (http://www-cabri.imag.fr/preuve).61 El sistema tutorial AgentGeom y su contribución a la mejora de las competencias de los alumnos en la resolución de problemas de matemáticas Pedro Cobo Lozano Departament de Matemàtiques,IES Pius Font i Quer Josep María Fortuny Departament de Didàctica de la Matemàtica i de les Ciències Experimentals, Universitat Autònoma de Barcelona Resumen En esta comunicación presentamos el sistema tutorial inteligente, al que hemos llamado AGENTGEOM, y analizamos cómo interactúa con un alumno en la resolución de un problema que compara áreas de superficies planas. En esta interacción, el alumno llega a apropiarse de habilidades estratégicas y argumentativas en la resolución de problemas. Observaremos que estas apropiaciones son consecuencia de las formas de comunicación alumno-agentgeom, en las que se combinan construcciones gráficas y sentencias escritas que siguen las normas del lenguaje matemático, y la emisión de mensajes escritos en lenguaje natural. Introducción Las competencias en matemáticas se consideran parte esencial de la preparación para la vida ciudadana de los estudiantes. El enfoque pedagógico por competencias es muy prometedor, aunque aún no es prioritario en nuestro país, quizás esto explica según (Recio y Rico, 2004) los bajos resultados obtenidos del estudio PISA 2003 en España. El modelo de aprendizaje por competencias comparado con el enfoque por objetivos, permite evitar la compartimentación artificial de los aprendizajes, como cuando a un problema de matemáticas se le atribuye la etiqueta de "algebraico", mientras que el alumno ejerce algo más complejo (v-g. una modelización con dependencia entre variables e incertidumbre en un razonamiento cuantitativo), o cuando se cree que en clase de matemáticas sólo es digno de interés el contenido propiamente matemático. El enfoque por competencias proporciona referencias adaptadas a todos los que quieran tener en cuenta la complejidad de la relación didáctica que supone el hecho de considerar, en el aprendizaje de las matemáticas, los procesos comunicativos -estrategias compartidas con el uso de la lengua natural, del lenguaje matemático y de la argumentación-, el razonamiento, la abstracción, la resolución de62 56 PEDRO COBO y JOSE Mª FORTUNY problemas, etc. El desarrollo de estas competencias está asociado a una gran diversidad de alumnado, que se produce no sólo porque en una clase haya alumnos con deficiencias en sus conocimientos y actitudes, sino porque también los hay que tienen mucho más desarrolladas sus habilidades. Además, al profesor se le exige que atienda a los alumnos que tienen necesidades educativas específicas, a los que necesitan refuerzo personalizado fuera del aula, y por supuesto también al alumno recién llegado que tiene muchas más dificultades para seguir el discurso oral de las clases que la expresión escrita, visual e interactiva a través de la interficie de un dispositivo informático. La problemática que presentamos plantea cómo ayudar al docente en su responsabilidad de atender la diversidad de casos cuando el enfoque pedagógico se centra en el desarrollo de las competencias de sus alumnos. La solución que proponemos, no porque creamos que sea única i, sino porque estamos en la búsqueda de una solución pragmática, pasa justamente por la utilización de las nuevas tecnologías. Los entornos e-learning y, en particular, el ordenador con conexión a Internet son herramientas privilegiadas si, detrás de la programación, hay un análisis serio y riguroso de las tareas pedagógicas y matemáticas a desarrollar, siendo el entorno el que sepa adaptarse a los conocimientos de cada alumno y no el alumno el que se tenga que adaptar al dispositivo informático. Nuestro propósito es aprovechar y potenciar las ventajas de ese tipo de entornos para elaborar un sistema tutorial inteligente, al que llamamos AGENTGEOM (Agente de Geometría) que colabora con la tutorización humana, ayudando al alumno a mejorar sus competencias matemáticas. Cuando hablamos de las ventajas de los entornos e-learning pensamos en que su utilización: facilita las interacciones entre el profesor, los alumnos, la tarea,...; mejora la calidad de las interacciones profesor-alumno; incrementa el ritmo y mejora el estilo del aprendizaje de los alumnos; desarrolla el conocimiento y las habilidades de enseñanza del profesor; etc. (Richard y otros, 2005). Cuando nos referimos a las competencias matemáticas pensamos en la resolución de situaciones-problema, en el desarrollo del razonamiento matemático y en la utilización del lenguaje matemático en los procesos comunicativos que se dan en las situaciones que se plantean. Un sistema tutorial inteligente ha de tener, desde nuestro punto de vista, tres características básicas: Ha de ser emergente en el sentido que tenga una conducta que no pueda ser predicha desde una descripción centralizada y completa de las unidades que lo componen. Por tanto su comportamiento ha de ser autónomo y calificable como espontáneo. Por ejemplo, entre otros, en los aspectos que se refieren a la conversación -ha de tener capacidades de interacción avanzadas, en nuestro caso, mediante mensajes escritos en tiempo real y ajustado al lenguaje del contexto en que se use -. Para mantener este tipo de conversación ha de incorporar una base de conocimientos y un modelo de discurso que le permitan al mismo tiempo asociar ideas. Ha de ser personalizado, es decir, ha de proporcionar al usuario actividades y ayudarle a realizarlas, y ha de ser capaz de evolucionar en el tratamiento de la realización de la tarea y adaptarse a las características cognitivas y sociales de cada alumno. Ha de ser abierto, es decir, ha de poner menos énfasis en tipos de aprendizajes basados en elementos instructivos y más en aspectos constructivos en los que primen las interacciones no guiadas que permitan a los alumnos practicar y adquirir habilidades metacognitivas, asociadas con la efectividad de la exploración, tan importantes en los modelos de enseñanza y aprendizaje de la resolución de problemas de matemáticas. Hemos construido el sistema tutorial inteligente AGENTGEOM, teniendo en cuenta esas características de emergencia, personalización y apertura, sobre una arquitectura web, a la que podemos acceder mediante un protocolo http ii. Además, este sistema tutorial no sólo se aprovecha de las ventajas de este tipo de entornos, sino que se beneficia de las competencias de su profesor, ya que el docente puede adaptar el estilo, el contenido o la naturaleza de los mensajes del tutor artificial. Por otra parte, nuestro63 EL SISTEMA TUTORIAL AGENTGEOM 57 proyecto incluye una experimentación del sistema tutorial elaborado, en el sentido de que identificamos las interacciones AGENTGEOM-alumnado, y analizamos su influencia en el desarrollo de las competencias matemáticas del alumno. En esta ponencia mostramos el caso de uno de los diferentes alumnos que han participado en esta experimentación. Marco teórico A pesar de la importancia que tiene el debate social en la construcción del conocimiento, reconocida desde las aproximaciones más tradicionales de la psicología (Festinger, 1957, 1989; Vygotsky, 1978; etc.) hasta las investigaciones más recientes, los entornos informáticos de aprendizaje humano para la enseñanza de la geometría todavía no tienen en cuenta la influencia del debate social simulado en el aprendizaje de las matemáticas (Richard y otros, 2004). Por debate social simulado entendemos la discusión organizada y dirigida en la cual los interlocutores son los agentes pedagógicos virtuales. Así, contrariamente al debate social en la clase, en el que puede quedar diluida la responsabilidad del alumno en su aprendizaje, en el debate social simulado que pretendemos generar, el alumno ha de desempeñar el papel de actor principal, ya que la progresión en el debate dependerá sobre todo de las aportaciones temáticas que él haga a través de su interficie - dimensión temática del discurso- y de su iniciativa (o la del sistema tutorial, si es el caso) en la realización de tales aportaciones -dimensión interlocutiva- (Calsamiglia y otros, 1997; Cobo y Fortuny, 2000). La comunicación en el entorno del AGENTGEOM se produce a través del lenguaje escrito, lo que supone una modificación de la comunicación verbal presencial, pero da lugar a un aumento del valor comunicativo, de generación de conocimientos y, en general, de inteligencia colectiva (Levy, 1994). Por su parte, el STI ha de reproducir un comportamiento humano competente para que pueda adaptar su enseñanza a las necesidades del aprendizaje de cada estudiante, y sus contribuciones al debate serán de tipo metacognitivo, que guíen el proceso de resolución que desarrolla el alumno, o cognitivas cuando el alumno las necesite. Con la elaboración de STI, con las características descritas en los apartados anteriores, estamos superando el paradigma que consideraba al medio tecnológico sólo como elemento mediador entre los seres humanos y los objetivos de las actividades que llevan a cabo (Cole, 1996), para situarlo como un sistema cognitivo más. En realidad lo que tenemos es la interacción entre dos sistemas cognitivos: el agente humano y el que se encuentra en la máquina. Consideramos que los conocimientos que el alumno, como ejemplo de agente humano, llega a construir dependen de sus conocimientos anteriores. Desde esta perspectiva constructivista, la construcción efectiva de conocimientos pertinentes se realiza por un cambio de concepción del alumno y de superación de los obstáculos en situaciones que reproducen las características del trabajo matemático (Richard y otros, 2004). Uno de los aspectos que más se resalta en las situaciones didácticas es el hecho de que hacer matemáticas es una actividad social. Según Brousseau (1998), el único medio de hacer matemáticas es buscar y resolver ciertos problemas específicos y ser capaz de generar nuevas preguntas sobre ellos. Para poder llegar a esto, se supone que la enseñanza no sólo ha de preocuparse de desarrollar las competencias de los alumnos, sino también su autonomía. Del análisis de la teoría de situaciones didácticas de Brousseau nos interesa resaltar, por su relevancia en las interacciones del alumno con el STI en la resolución de una situación-problema, los tres tipos de situaciones que se pueden producir (Llinares, 1994): situaciones de acción, en las que los alumnos producen intentos de búsqueda de la solución que pueden generar nuevos conocimientos; situaciones de formulación, en las los alumnos intercambian informaciones (comparten estrategias utilizadas, adelantan resultados,...) y, por tanto, el proceso comunicativo se constituye en un aspecto importante del proceso de aprender; y las situaciones de validación, en las que los alumnos ven la necesidad de justificar las afirmaciones que hacen. Se pretende que con el uso continuado de los STI, los alumnos vayan asumiendo la responsabilidad de validar que ahora delegan en el propio sistema tutorial (o en el profesor, en el libro de texto o en compañeros más competentes, en situaciones de enseñanza y64 58 PEDRO COBO y JOSE Mª FORTUNY aprendizaje en el aula). En cambio, el sistema cognitivo de la máquina depende de las opciones epistemológicas que hayan considerado los que la han programado. En este sentido, en los párrafos siguientes, resumimos los fundamentos teóricos en los que nos hemos basado para elaborar el sistema de mensajes que hemos implementado en el AGENTGEOM, y resaltamos la importancia de los sistemas de representación semiótica que se utilizan en la comunicación STI-alumno, y la forma en que el sistema puede controlarlos. Para seleccionar el sistema de mensajes, hemos tomado como punto de partida los modelos de interacciones de Cobo y Fortuny (2000) y de Kieran (2001), y la noción de apropiación de Moschovich (2004). Las interacciones del primer modelo guiadas, alternativas, de relanzamiento y cooperativas - son compatibles con la dialéctica de Lakatos (1984), en el sentido de que los alumnos pueden relacionar diferentes competencias como la formulación de una conjetura, el proceso de argumentación, la organización del conocimiento, etc. El segundo modelo de interacciones (Kieran, 2001) hace posible identificar, en un proceso de resolución entre pares de alumnos, si la producción cognitiva y heurística es del mismo orden, es decir, si los interlocutores razonan sobre los mismos objetos, contribuyen a la formulación o demostración de la misma conjetura, y si sus iniciativas o sus reacciones se separan del proceso argumentativo. Por otra parte, la apropiación es un concepto neovygotskiano que se ha utilizado para describir de qué forma el aprendizaje es mediado por la interacción con otros y de qué manera los alumnos aprenden cuando les guían y les enseñan (Newman y otros, 1989, Wells, 1999, y Moschovich, 2004). Esta perspectiva sociocultural que utilizamos considera dos aspectos de la apropiación: uno relacionado con lo que los alumnos se apropian y, el otro, cómo transforman activamente estas apropiaciones. Hacemos la identificación y selección de los mensajes que implementamos en el AGENTGEOM para los problemas que consideramos a partir del espacio básico de la acción tutorial humana (Cobo, 2004). Ahora bien, este espacio de la acción tutorial humana lo obtenemos construyendo, en primer lugar, el espació básico de cada problema (Cobo, 1998), que contiene todas las posibles formas de resolver el problema, identificadas por un resolutor experto, y todos los pasos posibles dentro de cada resolución, y, después, analizando -según los modelos teóricos antes descritos- las interacciones entre pares de alumnos cuando resuelven los problemas propuestos, para identificar las competencias comunicativas y cognitivas que los alumnos desarrollan durante los procesos de resolución. Por otra parte, en una situación de aprendizaje la cuestión semiótica es a menudo subestimada por los matemáticos y por los informáticos. Todo sistema de representación semiótica, se trate de signos figurales, de símbolos matemáticos o de palabras del lenguaje natural, tiene a la vez efectos productores y reductores en la representación del conocimiento. Es decir, si los signos movilizados permiten ver ciertas propiedades, a su vez, impiden también ver otras. Esta paradoja es determinante en la adquisición de conocimientos, sea a nivel de la comunicación, del tratamiento de las representaciones cognitivas y de la objetivización de las representaciones virtuales (por ejemplo, las que hay en la mente de un alumno) (Richard y otros, 2004, p. 13). Duval (1995) destaca la importancia de considerar sistemas de representación diferentes, ya que cada uno de ellos tiene propiedades específicas que limitan intrínsecamente sus posibilidades, y de coordinar su uso. Así, el debate social debe considerar la coordinación de varios sistemas de representación durante la progresión de un razonamiento o de una argumentación. En la interacción alumno-agentgeom se complementan la utilización de signos figurales (expansión gráfica, Richard y otros, 2004) con la de símbolos algebraicos y con el lenguaje natural (expansión discursiva, Duval, 1995). En el AGENTGEOM el área gráfica facilita la utilización de la representación figural; el área deductiva posibilita la representación mediante símbolos algebraicos; y el lenguaje natural se potencia en los mensajes implementados en el sistema tutorial y en la posibilidad que tienen los alumnos de participar en forums de debate virtual durante o al final de los procesos de resolución. En el debate social simulado, los agentes pedagógicos virtuales de los STI han de asegurar que los65 EL SISTEMA TUTORIAL AGENTGEOM 59 símbolos que acepta el sistema tengan el mismo sentido para él y para el alumno (control semiótico); que el alumno trabaje en la misma situación-problema que se le ha propuesto (control situacional); y que los conceptos en juego se refieran efectivamente a los modelos pretendidos (control cognitivo). Antecedentes del AGENTGEOM El AGENTGEOM tiene un antecedente lejano en el Cabri y otro más inmediato en el proyecto Baghera, desarrollado en el Laboratorio Leibniz de Grenoble (Laboratoire Leibniz, 1993) y dirigido por el investigador N. Balacheff. Cabri es un software desarrollado por Vanda Luengo que utiliza la lógica geométrica para la construcción de figuras geométricas. Es útil para el análisis de las figuras representadas y ayuda al alumno en el uso del conocimiento geométrico. Facilita el arrastre de objetos en la pantalla del ordenador y, por tanto, la modificación continua del dibujo sobre la pantalla iii. A diferencia del Cabri, el AGENTGEOM incorpora una descripció a priori de todos los procedimientos, que identifica un resolutor experto y que pueden conducir a resolver el problema propuesto. El proyecto Baghera, como nuestro sistema tutorial, incorpora tres principios que consideramos básicos en la elaboración de entornos asistidos por ordenador. Por una parte, la colaboración entre agentes humanos y artificiales, que supera el paradigma de décadas anteriores en las que se consideraba al ordenador como máquina autónoma que concebía la enseñanza sólo como función instruccional (Balacheff, 2000). En segundo lugar, la concepción de la educación como el resultado de un proceso complejo que emerge de las interacciones entre agentes que tienen habilidades diferentes y complementarias (Webber y otros, 2002). Y, por último, ambos proyectos están concebidos como sistemas tutoriales multiagentes de diagnóstico que son capaces de identificar los conocimientos de los alumnos después de las interacciones de éstos con el sistema y, por tanto, han de ser capaces de adaptarse a sus características cognitivas y a la evolución de sus conocimientos matemáticos. En cambio hay diferencias entre ambos proyectos, en concreto en dos aspectos que consideramos fundamentales y que hacen del nuestro una propuesta innovadora y pionera en la elaboración de entornos interactivos web de enseñanza y aprendizaje. Así, mientras Baghera es un entorno basado en la red para el aprendizaje de la demostración geométrica, fundamentado en los trabajos de Balacheff (1999) y Luengo (1999), y ése es el contenido básico de las propuestas de actividades que se hacen a los alumnos, el proyecto AgentGeom utiliza como objeto de estudio y como base de las propuestas de sus actividades, además del desarrollo del razonamiento matemático, todos los procesos implicados en la resolución de problemas, y los procesos comunicativos que conllevan, y tiene como fundamento las amplias investigaciones llevadas a cabo por los investigadores que formamos parte de él, relacionadas con las interacciones en la resolución de problemas en diferentes contextos (Cobo, y Fortuny, 2000; Fortuny, Murillo, y otros, 1999; Meavilla, y Fortuny, 1999; Rodríguez, 2003; Richard, 2004ª y 2004b; y Cobo y otros, 2004). Además, Baghera tiene un nivel de actuación muy limitado en lo que se refiere a la verificación en tiempo real de la realización de las actividades de los alumnos (Webber y otros, 2002), dejando tal verificación para cuando el alumno ha acabado su propuesta de demostración. Pero, de acuerdo con Bunt y Conati (2002): Los entornos abiertos de aprendizaje podrían mejorarse proporcionando, en tiempo real, soporte a los procesos de exploración, adaptados a las necesidades individuales de cada estudiante. Siguiendo este principio, hemos conseguido que el AGENTGEOM compruebe y verifique de forma instantánea todas las acciones realizadas por los alumnos, identificando el momento del proceso de resolución en el que se encuentra y mostrándole, siempre que el tutor humano lo considere oportuno o cuando el alumno lo solicite, mensajes o sugerencias que orienten su proceso y que le ayuden a que sea él mismo quien obtenga una solución del problema, siendo este tipo de ayudas las mínimas imprescindibles, como sugieren los diferentes modelos instructivos para la enseñanza de la resolución de problemas (Schoenfeld, 1985 y 1987; Callejo, 1994; O Daffer, 1995; Stacey y Groves,66 60 PEDRO COBO y JOSE Mª FORTUNY 1999; etc.). Este sistema de ayuda diferenciado para cada alumno, en función de la evolución de su proceso de resolución, hecho de forma directa, en tiempo real y adaptado a sus necesidades cognitivas dará a nuestro aplicativo el carácter de emergente al que nos referíamos en la introducción de esta ponencia. Arquitectura del AGENTGEOM El AGENTGEOM es un sistema tutorial artificial concebido como un sistema multiagente híbrido que combina interfícies, utilizadas por personas como usuarios del sistema (profesores y alumnos); con dos agentes artificiales -el agente tutor, que tiene una arquitectura principalmente reactiva, y el agente mediador, que recibe las entradas de las interfícies del alumno y del profesor-; y una base de datos, en la que se almacenan todas las entradas de los usuarios. Las interfícies son todas las herramientas de las que disponen los usuarios para interactuar con los agentes mediador y tutor. En el caso del profesor, el AGENTGEOM dispone de herramientas de comunicación diferentes pantallas- que hacen posible que el profesor cree problemas y los asigne a sus alumnos (Figura 1). Figura 1. Pantalla del área de trabajo del profesor La creación de problemas nuevos exige la elaboración de todo un contenido pedagógico alrededor de cada problema, que comporta la identificación de todas las estrategias que resuelvan el problema y los diferentes mensajes que el profesor quiera que se muestren al alumno cuando el agente tutor lo considere necesario. La interfície del alumno le ofrece todas las herramientas para resolver el problema. Como se observa en la figura 2, el alumno dispone de un área de construcción gráfica (parte izquierda de la pantalla) y de un editor de deducciones (parte derecha). En el área de construcción gráfica, el alumno puede dibujar figuras utilizando los botones (primitivas de construcción) para dibujar puntos, líneas rectas, circunferencias, segmentos, paralelas, perpendiculares, definir la intersección de dos objetos, etc. Con el editor de deducciones, el alumno puede construir sentencias sobre los objetos gráficos que ha creado, y que el agente mediador validará o no. El agente mediador recibe las entradas de las interficies del profesor y de los alumnos, es decir,67 EL SISTEMA TUTORIAL AGENTGEOM 61 procesa todas las acciones (gráficas y deductivas) del profesor cuando crea problemas nuevos y del alumno cuando resuelve el problema, y las almacena en la base de datos. Concretamente, por lo que se refiere a las acciones gráficas cualquier acción que se realiza en el área gráfica-, el agente mediador recibe todas las primitivas de construcción, calcula todos los elementos nuevos derivados de las acciones, emite mensajes si hay errores en la construcción o en la identificación de los nuevos objetos gráficos, y, si el proceso acaba correctamente, muestra la figura que se ha dibujado en el área de construcción. Las acciones gráficas constan de una primitiva de construcción y de parámetros asociados, como por ejemplo el nombre que el alumno le da al objeto que crea o la posición que se elige para situarlo en el área gráfica, en el caso de un punto, etc. Las acciones gráficas conducen al agente mediador a mantener una representación interna de la figura que el alumno está construyendo. Esa representación interna está referida en todo momento al conocimiento sobre geometría métrica clásica necesario para resolver cualquier tipo de problemas geométricos, que hemos implementado en el AGENTGEOM. Figura 2. Pantalla del área de trabajo del alumno Por lo que se refiere a las acciones deductivas (o sentencias) acciones que se realizan en el editor de deducciones-, el agente mediador gestiona la construcción correcta de su sintaxis, mostrando mensajes de error si no están bien construidas; determina si la sentencia es verdadera o falsa, utilizando el modelo de gráfico al cual está referida siempre la sentencia; y muestra la validez o no de la deducción introducida. El agente tutor tiene por objetivo ayudar directamente al alumno en la resolución del problema. Por eso contiene, en forma de árbol, cada una de las estrategias correspondientes a cada problema. También tiene diferentes listas de mensajes. Una lista para cada estrategia y una lista especial de cambio de estrategia. Así, el agente tutor tiene toda la información sobre estrategias, y sólo necesita un mecanismo para saber cuando y como mostrar los mensajes al alumno. Este mecanismo comienza cuando el agente mediador, que sigue la pista de todas las acciones que realiza el alumno, las pasa al agente tutor, que las identifica dentro de su árbol de estrategias. A continuación describimos la forma de mostrar los mensajes que tiene el agente tutor. El alumno entra en el AGENTGEOM y empieza a realizar acciones desde su interficie, sean deductivas o gráficas. Mostrar más
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