Capítulo III. Referentes metodológicos
Este capítulo no entra en el paquete de los capítulos I y II
Es tu versión de octubre (cuasiexperimento con PhET). El diseño nuevo, investigación basada en diseño con pilotaje y dos ciclos, ya está esbozado en tu Ruta metodológica y en tu Hilo dorado. Reescribir este capítulo en limpio, con instrumentos y plan de análisis, se plantea como un taller aparte. Mientras tanto puedes ir marcando aquí lo que ya sabes que cambia.
Cómo se marca el texto
Los recuadros ✍️ son tu documento de octubre, tal cual, con el enfoque anterior (PhET, 9.°). Lo que reescribas fuera de los recuadros cuenta como texto nuevo tuyo; cuando un apartado ya esté reescrito, borra su recuadro. Tus reflexiones grabadas en las lecturas llegan aquí como 🎙️ para que las integres.
3.1 Paradigma y enfoque de la investigación
Tu texto · documento de tesis de octubre de 2026 (con PhET, antes de la reorientación)
La presente investigación se desarrolla sustentada en los principios d el paradigma pragmático, el cual reconoce que la comprensión de los fenómenos educativos integra diferentes perspectivas metodológicas para responder a problemas propios del contexto escolar. Este paradigma se enfoca en la solución de problemas a partir de la práctica del conocimiento, combinando métodos cuantitativos y cualitativos que contribuye a comprender con profundidad la realidad del fenómeno educativo objeto de investigacion (Creswell y Plano Clark, 2023).
En correspondencia con estos fundamentos, el estudio adopta un enfoque mixto, donde el componente cuantitativo permite determinar la incidencia del uso de los simuladores interactivos PhET en el desarrollo de las competencias experimentales en los estudiantes a través de la comparación de resultados obtenidos después de la implementación del programa de actividades de aprendizaje. Por su parte, el componente cualitativo contribuye a la interpretacion y analisis reflexivo de las percepciones de los docentes y estudiantes sobre el impacto que puede tener en el aprendizaje, la implementación de los simuladores, además de identificar fortalezas y oportunidades de mejora del proceso de enseñanza de la Física.
Este enfoque mixto posibilita comprender los cambios significativos en las competencias experimentales, explicar los factores pedagógicos que sustentan el cambio y favorecer la interpretación integral del fenómeno de estudio. Para ello se tiene en cuenta el método hipotético deductivo, siguiendo los postulados de autores como Hernández y Mendoza (2023), Creswell y Creswell (2023) y Bernal (2021), que se fundamenta en el razonamiento deductivo y en la comprobación de hipótesis derivadas de la teoría.
La esencia del enfoque mixto se sustenta en la complementariedad entre lo cuantitativo y lo cualitativo, que combina la rigurosidad de la medición y el análisis estadístico propios del paradigma cuantitativo con la posibilidad interpretativa del enfoque cualitativo, para explicar los resultados obtenidos, los procesos y significados que los originan y facilitar la triangulación de métodos, técnicas, resultados y fuentes de información, lo que garantiza la validez, la confiabilidad y la solidez de los aportes teóricos y prácticos de la investigación. La integración de ambos componentes permitirá interpretar el fenómeno de estudio desde una perspectiva integral, articulando la evidencia empírica con la experiencia de los actores educativos y el contexto en el que se desarrolla la intervención.
Por tanto, permite explicar la incidencia que tiene el uso de los simuladores interactivos PhET en el desarrollo de las competencias experimentales, verificando empíricamente si la implementación del modelo de actividades produce cambios en el aprendizaje significativo de los estudiantes de básica secundaria. a partir de la comparación entre el diagnóstico realizado antes y después de la intervención pedagógica (Hernández y Mendoza, 2023; Bernal, 2021).
En correspondencia con los fundamentos anteriores y los objetivos de la investigacion se adopta el método hipotético-deductivo. Según Bernal (2021), este método parte de la formulación de hipótesis derivadas de los referentes teóricos consultados y contrastarlas a través de la observación sistemática y el análisis de datos. Asimismo, Creswell y Creswell (2023) explican que este método permite probar las relaciones entre variables a partir de la sistematicidad en el diseño de la investigacion, verificando la incidencia de la intervención sobre el fenómeno determinado.
Por tanto, el método hipotético-deductivo es pertinente para esta investigación, ya que permite contrastar la hipótesis sobre la incidencia del uso de los simuladores interactivos PhET en el desarrollo de las competencias experimentales, integrando los resultados cuantitativos con la interpretación de los cambios observados desde un enfoque cualitativo.
3.1.1 Hipótesis (cuantitativa)
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- Hipótesis general (H1)
La implementación de un programa de aprendizaje basado en simuladores interactivos PhET mejora significativamente el desarrollo de las competencias experimentales de los estudiantes de básica secundaria en la enseñanza de la Física.
- Hipótesis nula (H0)
La implementación de un programa de aprendizaje basado en simuladores interactivos PhET no produce diferencias significativas en el desarrollo de las competencias experimentales de los estudiantes.
- Hipótesis específicas
H1.1: La utilización de simuladores PhET mejora significativamente la comprensión conceptual de los fenómenos físicos.
H1.2: La implementación de actividades de experimentación virtual fortalece las habilidades de formulación de hipótesis, manipulación de variables e interpretación de resultados.
H1.3: El uso de simuladores interactivos incrementa la motivación y la participación de los estudiantes durante las clases de**.** Física
3.1.2 Tipo de investigación
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La investigación se corresponde con un estudio explicativo aplicado, ya que busca solucionar un problema identificado en el proceso de enseñanza de la Física que requiere de la implementación de propuestas didácticas y metodológicas que contribuyan al desarrollo de competencias experimentales y aprendizajes significativos en los estudiantes, e este caso, con la implementación de los simuladores interactivos PhET.
Como explican Hernández y Mendoza (2023), las investigaciones de tipo aplicada tienen como objetivo aplicar el conocimiento científico en la resolución de problemas específicos en un contexto determinado, lo que posibilita fomentar nuevas alternativas que produzcan mejoras verificables en la solución del problema. Dado el nivel de profundidad, la investigación es explicativa, ya que pretende determinar la incidencia de una variable independiente representada por el uso de simuladores PhET, sobre una variable dependiente que es el desarrollo de competencias experimentales, lo que permite establecer relaciones de causa-efecto dentro del contexto educativo.
De la misma forma, incorpora elementos descriptivos a partir de un diagnóstico realizado durante las fases iniciales que se orienta a identificar las dificultades presentes en la enseñanza de la Física, el nivel de formación docente respecto al uso de metodologías activas para el desarrollo de las competencias experimentales en los estudiantes.
3.1.3 Diseño de la investigación
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Para el desarrollo de esta investigacion se adopta un diseño secuencial explicativo (Sequential Explanatory Design), caracterizado por el desarrollo de una fase cuantitativa y una cualitativa , ambas permiten profundizar e interpretar los resultados obtenidos en el análisis estadístico. Según explican Creswell y Plano Clark (2023), este tipo de diseño representa un modelo propio de investigaciones educativas aplicadas que permite integrar las fortalezas y favorecer una comprensión amplia del fenómeno estudiado.
De la misma forma, Hernández y Mendoza (2023), señalan que el enfoque mixto con método hipotético deductivo se complementa con el diseño secuencial explicativo a partir de la recopilación y analisis de datos cuantitativos para determinar tendencias, diferencias y relaciones entre variables; comprender las causas, percepciones y experiencias relacionadas con los resultados previamente identificados haciendo una interpretacion cualitativa de su efecto en el objeto de investigacion.
De acuerdo con estos fundamentos, la fase cuantitativa en el diseño de la investigación se desarrolla mediante un proceso cuasi experimental con pretest y postest de un solo grupo, teniendo en cuenta que los estudiantes pertenecen a grupos académicos previamente conformados por las instituciones educativas y no es posible realizar la asignación aleatoria de los participantes. Para Campbell y Stanley (1963), y Hernández y Mendoza (2023), estos diseños cuasi experimentales son propios de investigaciones educativas donde las condiciones institucionales impiden controlar completamente la conformación de grupos de investigacion independientes, lo que hace posible aplicar la intervención pedagógica y comparar el desempeño de los sujetos, en un mismo grupo de estudio, antes y después de la implementación de las propuestas, para determinar los cambios.
En ese orden de ideas, el diseño se ejecuta en las siguientes fases o etapas, que definen el proceso investigativo.
Tabla 5
Fases del diseño de investigación
Fase Objetivo Actividades principales I. Diagnóstico Identificar las dificultades en la enseñanza de la Física y evaluar el nivel de formación docente en metodologías activas y recursos digitales. Caracterizar el contexto educativo; aplicar del pretest de competencias experimentales; diagnosticar las prácticas pedagógicas e identificar las necesidades de formación docente. II. Diseño de la intervención pedagógica Diseñar un programa de actividades de aprendizaje basado en simuladores interactivos PhET. Elaborar las secuencias didácticas; seleccionar los simuladores PhET de acuerdo a estas secuencias; diseñar un plan de actividades de experimentación; validar la propuesta mediante juicio de expertos. III. Implementación de la intervención Desarrollar el programa de actividades de aprendizaje a partir de los simuladores PhET. Aplicar las actividades diseñadas en el grupo seleccionado; promover el acompañamiento y seguimiento del proceso del postest y analizar e interpretar los resultados al finalizar la intervención. IV. Análisis e integración de resultados Analizar la incidencia de los simuladores PhET en el desarrollo de las competencias experimentales e interpretar los resultados obtenidos. Procesar y comparar los resultados del pretest y postest; analizar la información cualitativa para la triangulación de datos; describir e interpretar los resultados y elaborar conclusiones. Fuente. Elaboracion propia a partir de los fundamentos de Campbell y Stanley (1963), y Hernández y Mendoza (2023)
Este diseño de investigacion es pertinente porque permite, de una parte, valorar la incidencia de la propuesta pedagógica sobre el uso de los simuladores PhET en el desarrollo de las competencias experimentales, comprender el comportamiento de los procesos didácticos y las dinámicas metodológicas que se desarrollan en el aula y que permiten explicar los cambios observados una vez que se implementa la propuesta, mostrando una visión integral sobre la incidencia de los simuladores interactivos PhET en el desarrollo de competencias experimentales de los estudiantes de básica secundaria en la enseñanza de la Física, particularmente en las instituciones educativas que son objeto de estudio.
3.2 Sistema de variables
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El sistema de variables representa uno de los componentes esenciales en las investigaciones con enfoque mixto, ya que permite identificar, definir y organizar los fenómenos de estudio, establecer las relaciones entre ellas para comprobar su comportamiento. Según Hernández y Mendoza (2023), una variable representa una propiedad susceptible a adquirir diferentes valores por lo que puede ser observada, medida y analizada en un contexto determinado y, constituyen la expresión empírica de los constructos teóricos que permiten formular hipótesis, establecer relaciones y comprobar su comportamiento mediante procedimientos sistemáticos
Otros autores como Bernal (2021), plantean que el sistema de variables organiza los conceptos fundamentales de la investigación, facilitando entender sus relaciones y la construcción de los instrumentos para la recolección de información y su análisis., por lo que sugiere que una adecuada identificación y definición de las variables permite la coherencia entre el problema, los objetivos, las hipótesis y el diseño metodológico de la investigacion.
En correspondencia con lo antes planteado, el sistema de variables de la presente investigación se define a partir de la relación entre los simuladores interactivos PhET como estrategia pedagógica y el desarrollo de las competencias experimentales en los estudiantes en el proceso de enseñanza aprendizaje de la Física, permitiendo establecer una relacion los procesos de la investigacion y sus componentes.
Tabla 6.
Sistema de variables
Tipo de Variable Variable Variable independiente Uso de los simuladores interactivos PhET. Variable dependiente Competencias experimentales (Categoría contextual). Enseñanza de la física La enseñanza de la Física se presenta como una categoría contextual para comprender como se desarrolla la implementación de los simuladores en el contexto donde ocurre la intervención, pero no es una variable susceptible de manipulación o medición, sino una categoría contextualización pedagógica que permite interpretar los resultados logrando la coherencia entre el objetivo general, la hipótesis y el diseño secuencial y explicativo de la investigación.
3.2.1 Definición conceptual y operacional de las variables (cuantitativa: cuadro de variables, definiciones teóricas y operacionales)
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De acuerdo con Hernández-Sampieri y Mendoza (2023), la operacionalización de las variables es el procedimiento que permite identificar cómo serán observadas y medidas mediante la identificación de sus dimensiones, indicadores e instrumentos de medición. Este procedimiento garantiza su coherencia permitiendo que puedan ser evaluadas de manera objetiva de acuerdo a los objetivos de la investigacion.
Tabla 7
Definición conceptual y operacional
Variable Tipo Definición conceptual Definición operacional Uso de simuladores interactivos PhET Independiente Herramienta didáctica interactiva diseñada para promover el aprendizaje activo mediante la experimentación virtual, la manipulación de variables y la construcción de conceptos científicos (Adams et al., 2008; Chávez, 2023). Se operacionaliza mediante la implementación de un programa de actividades de aprendizaje basado en simuladores PhET durante las clases de Física, valorando la frecuencia, calidad y pertinencia de su utilización en el desarrollo de las actividades experimentales. Competencias experimentales Dependiente Conjunto de conocimientos, habilidades, procedimientos y actitudes que permiten aplicar el método científico para comprender fenómenos físicos, formular hipótesis, analizar resultados y argumentar conclusiones (Erazo et al., 2024; Bárcenas y Barrios, 2024). Se operacionaliza mediante la evaluación del desempeño de los estudiantes antes y después de la implementación del programa PhET, valorando el desarrollo de habilidades científicas y experimentales durante la resolución de actividades de Física. Fuente. Elaboración propia
3.2.2 Operacionalización de las variables (cuantitativa)
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Para Bernal (2021), la operacionalización de las variables implica traducir un concepto abstracto en atributos específicos que permiten su observación y medición, estableciendo las dimensiones e indicadores que orientan el diseño de los instrumentos de recolección de datos. En esta investigacion se presenta de la siguiente forma:
Tabla 8
Operacionalización de las variables
| Variable | Dimensiones | Indicadores | Instrumentos |
|---|---|---|---|
(VI). Uso de simuladores interactivos PhET | Conceptual | Comprensión de fenómenos físicos. Visualización de conceptos abstractos. | Guía de observación. Encuesta. |
| Experimental | Manipulación de variables Uso de laboratorios virtuales. Desarrollo de actividades de experimentación. | Guía de observación. | |
| Motivacional | Participación activa. Interés por la Física. Curiosidad científica. Autonomía. | Encuesta. Observación. | |
| Contextual | Integración curricular. Uso pedagógico de las TIC. Accesibilidad de los recursos digitales. | Entrevista docente. Guía de observación. | |
(VD). Competencias experimentales | Conceptual | Comprensión conceptual Formulación de hipótesis. Interpretación de fenómenos físicos. | Pretest. Postest. Diario de campo. |
| Experimental | Diseño experimental. Manipulación de variables. Análisis e interpretación de datos. Argumentación científica. | Observación. Diario de campo. | |
| Motivacional | Participación. Creatividad. Interés por la experimentación. Persistencia en la resolución de problemas. | Encuesta. Observación. Entrevista. |
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Fuente. Elaboración propia
La enseñanza de la Física no se operacionaliza como variable, debido a que no representa un constructo cuya incidencia se pretenda medir, por el contrario su función es facilitar el contexto pedagógico donde se desarrolla la intervención con los simuladores interactivos PhET.
3.3 Población, muestra y muestreo (cuantitativa)
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La población objeto de estudio estuvo conformada por los estudiantes de básica secundaria (grados 6.°, 7.°, 8.° y 9.°) matriculados en las Instituciones Educativas La Unión y Eugenio Sánchez Cárdenas del municipio de Lorica, Córdoba.
3.3.1 Población y/o descripción del escenario de investigación
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Las Instituciones Educativas La Unión y Eugenio Sánchez Cárdenas son establecimientos educativos oficiales del sector rural del municipio de Lorica, departamento de Córdoba. Ambas ofrecen educación desde preescolar hasta media académica y atienden población proveniente de corregimientos y veredas cercanas, constituyéndose en referentes para la formación de niños, adolescentes y jóvenes de la región.
Tabla 9.
Descripcion comparativa de las instituciones de investigación
Aspecto Institución Educativa La Unión Institución Educativa Eugenio Sánchez Cárdenas Ubicación Corregimientos Nariño y Palo de Agua, zona rural de Lorica Corregimiento Tierralta (vía Los Monos), zona rural de Lorica Sector Oficial Oficial Carácter Académico Académico Calendario A A Niveles educativos Preescolar, Básica Primaria, Básica Secundaria y Media Preescolar, Básica Primaria, Básica Secundaria y Media Zona Rural Rural Modalidad Mixta Mixta Código DANE 223417001793 223417002749 Sedes 6 sedes 4 sedes La Institución Educativa La Unión está ubicada en los corregimientos Nariño y Palo de Agua, en la zona rural del municipio de Lorica. Atiende una población estudiantil dispersa geográficamente, razón por la cual cuenta con varias sedes rurales que facilitan el acceso a la educación básica y media de estudiantes provenientes de diferentes veredas. Según el Censo de Infraestructura Educativa del DANE (2023), la institución registra los siguientes datos sociodemográficos y educativos:
Total de estudiantes matriculados: 838
Docentes: 38
Personal total: 46
Sedes rurales adscritas: 4 (Garavito, La Asunción, San Rafael de la Montañita y Unificada Los Corrales).
La institución desarrolla procesos de formación en los niveles de preescolar, básica primaria, básica secundaria y media académica. Implementa modelos educativos flexibles como Escuela Nueva, programas para jóvenes en extraedad y educación para adultos, lo que permite responder a las necesidades de una población rural con trayectorias educativas diversas. Asimismo, dispone de infraestructura tecnológica básica con aula de informática, acceso a internet, equipos de cómputo y un Plan TIC institucional. Atiende estudiantes con diferentes tipos de discapacidad, promoviendo procesos de educación inclusiva mediante estrategias pedagógicas adaptadas. La mayoría de sus docentes poseen formación de posgrado en educación, lo que fortalece los procesos pedagógicos y de gestión académica.
La Institución Educativa Eugenio Sánchez Cárdenas se localiza en el corregimiento Tierralta, zona rural del municipio de Lorica, y presta servicios educativos a estudiantes provenientes de diversas comunidades rurales cercanas. Se caracteriza por ser una institución de amplia cobertura y por integrar varias sedes rurales bajo una misma administración. Los datos del Censo de Infraestructura Educativa (2023) indican las siguientes cifras:
Total de estudiantes matriculados: 852
Docentes: 40
Personal total: 45
Sedes rurales adscritas: 3 (Rabogacho, La Subida y Sarandelo).
La institución ofrece educación desde preescolar hasta media académica y desarrolla procesos formativos orientados al fortalecimiento de competencias básicas y ciudadanas. Cuenta con infraestructura tecnológica que incluye aulas de informática, acceso a internet, red LAN, equipos de cómputo y estrategias institucionales para la integración de las TIC en los procesos de enseñanza. Su planta docente presenta un alto nivel de cualificación, predominando profesionales con estudios de posgrado en educación. La institución también implementa estrategias pedagógicas flexibles y programas de atención a estudiantes de contextos rurales, favoreciendo la permanencia escolar y el acceso equitativo a la educación.
Ambas instituciones presentan características similares por pertenecer al sector oficial rural del municipio de Lorica. Atienden estudiantes provenientes de comunidades con condiciones socioeconómicas propias del contexto rural, donde predominan actividades agrícolas, ganaderas y pesqueras. En consecuencia, enfrentan retos asociados a la dispersión geográfica, el acceso a recursos tecnológicos, las condiciones de conectividad y la permanencia escolar.
Desde el punto de vista institucional, las dos organizaciones cuentan con varias sedes rurales, ofrecen educación desde preescolar hasta media académica y desarrollan estrategias de inclusión educativa y uso de tecnologías de la información para fortalecer los procesos de enseñanza-aprendizaje. Asimismo, disponen de plantas docentes estables, con predominio de profesionales licenciados y con formación de posgrado, lo que constituye una fortaleza para el desarrollo de proyectos de innovación pedagógica e investigación educativa. Estas características las convierten en escenarios pertinentes para investigaciones relacionadas con el mejoramiento de las prácticas pedagógicas, el fortalecimiento de competencias científicas y la incorporación de recursos tecnológicos, como el uso de simuladores interactivos PhET en la enseñanza de la Física.
3.3.2 Muestra y/o descripción de los informantes clave
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Considerando que la investigación pretende analizar la incidencia del uso de los simuladores interactivos PhET en el desarrollo de competencias experimentales en la enseñanza de la Física, la muestra se seleccionó mediante un muestreo no probabilístico intencional o por criterios, debido a que los participantes debían cumplir condiciones específicas relacionadas con el desarrollo de la asignatura de Física y la implementación de la estrategia didáctica. Este tipo de muestreo es ampliamente utilizado en investigaciones educativas cuando el interés se centra en seleccionar participantes que aporten información pertinente para el fenómeno estudiado.
En consecuencia, se seleccionó una muestra integrada por 120 estudiantes, distribuidos equitativamente entre las dos instituciones educativas.
Tabla 10
Muestra de investigacion
Institución educativa Población de básica secundaria Muestra seleccionada Institución Educativa La Unión 310 60 estudiantes Institución Educativa Eugenio Sánchez Cárdenas 279 60 estudiantes Total 589 120 estudiantes Los 120 estudiantes pertenecen a los grados noveno (9.°), nivel en el cual se desarrolla de manera sistemática la enseñanza de contenidos de Física contemplados en los Estándares Básicos de Competencias del Ministerio de Educación Nacional, particularmente aquellos relacionados con el movimiento, la energía, las fuerzas y los fenómenos físicos susceptibles de ser abordados mediante simuladores interactivos como PhET. La selección también consideró la disponibilidad de recursos tecnológicos, la autorización institucional, el consentimiento informado de los padres de familia y la participación voluntaria de los estudiantes.
Esta muestra representa aproximadamente el 20,4 % de la población total de estudiantes de básica secundaria de ambas instituciones (120 de 589 estudiantes), porcentaje considerado suficiente para desarrollar las actividades de intervención pedagógica y obtener información pertinente sobre el efecto del uso de los simuladores PhET en el fortalecimiento de las competencias experimentales. Asimismo, la distribución equilibrada entre las dos instituciones favorece la comparación de los resultados y contribuye a la validez del proceso investigativo.
3.3.3 Criterios de elegibilidad de la muestra y/o informantes clave (inclusión y exclusión)
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La selección de los participantes se realizó mediante un muestreo no probabilístico de tipo intencional, considerando aquellos estudiantes que reunían las características necesarias para participar en la intervención pedagógica con simuladores interactivos PhET. Según Hernández Sampieri y Mendoza (2018), este tipo de muestreo permite seleccionar deliberadamente a los participantes que poseen información relevante para el logro de los objetivos de la investigación, especialmente en estudios educativos donde la accesibilidad y las características de la población constituyen criterios fundamentales.
- Criterios de inclusión
Para conformar la muestra se establecieron los siguientes criterios de inclusión:
Estar matriculado oficialmente en los grados noveno (9.°) de las Instituciones Educativas La Unión o Eugenio Sánchez Cárdenas del municipio de Lorica, Córdoba, durante el período académico en que se desarrolló la investigación.
Encontrarse cursando la asignatura de Física dentro del área de Ciencias Naturales y Educación Ambiental.
Asistir regularmente a las actividades académicas programadas, con una asistencia mínima del 80 %, garantizando la participación continua en las sesiones de intervención.
Contar con el consentimiento informado firmado por los padres o acudientes y con el asentimiento voluntario del estudiante para participar en el estudio, conforme a los principios éticos de la investigación con menores de edad.
Disponer de acceso a los recursos tecnológicos institucionales (computadores o dispositivos disponibles en la institución) necesarios para utilizar los simuladores interactivos PhET durante las actividades de aprendizaje.
Manifestar disposición para participar activamente en las actividades experimentales, evaluaciones y demás instrumentos de recolección de información contemplados en la investigación.
- Criterios de exclusión
Se excluyeron de la investigación aquellos estudiantes que presentaran alguna de las siguientes condiciones:
No estar matriculados en el grado noveno o pertenecer a otros niveles educativos diferentes al seleccionado para la investigación.
Presentar inasistencia reiterada que impidiera completar las fases de implementación de la estrategia pedagógica o participar en la aplicación de los instrumentos de evaluación.
No entregar el consentimiento informado por parte de los padres o acudientes o manifestar su decisión de no participar en el estudio.
Retirarse de la institución educativa durante el desarrollo de la investigación o cambiar de establecimiento educativo antes de finalizar la intervención.
Presentar dificultades de salud u otras situaciones personales que imposibilitaran su participación continua en las actividades programadas.
No completar las actividades de evaluación diagnóstica, intervención o evaluación final, impidiendo la obtención de información suficiente para el análisis de resultados.
La definición de estos criterios permitió conformar una muestra homogénea respecto al nivel educativo, los contenidos curriculares y las condiciones de participación, garantizando la validez interna del estudio y la comparabilidad de los resultados obtenidos entre las dos instituciones educativas. Asimismo, la aplicación de criterios de inclusión y exclusión contribuyó a reducir posibles sesgos derivados de la inasistencia, la deserción escolar o la participación incompleta en la intervención pedagógica, favoreciendo la confiabilidad de la información recolectada y el cumplimiento de los principios éticos de voluntariedad, autonomía y respeto por los participantes establecidos en la Resolución 8430 de 1993 del Ministerio de Salud de Colombia y en los lineamientos éticos para la investigación educativa.
3.4 Técnicas e instrumentos de recolección de datos
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De acuerdo con Hernández y Mendoza (2023), las técnicas son los procedimientos sistemáticos utilizados que utiliza el investigador para obtener información sobre un fenómeno determinado, mientras que los instrumentos son representan las herramientas concretas que permiten registrar, organizan y sistematizar los datos obtenidos. Por tanto, las técnicas son el procedimiento metodológico y los instrumentos el medio operativo que garantiza su aplicación.
En las investigaciones con enfoque mixto, la utilización de técnicas cuantitativas y cualitativas, favorece la comparación y complemento de la información, de una parte las cuantitativas permiten medir cambios en las variables estudiadas, y de otra, las cualitativas contribuyen a comprender las experiencias, percepciones y procesos que explican los cambios de estas y que permiten fortalecer la interpretación del fenómeno investigado (Creswell & Plano Clark, 2023).
En este estudio, las técnicas e instrumentos se han seleccionado atendiendo a los objetivos específicos de la investigación, y constituyen el puente entre la fundamentación teórica y la comprobación empírica del fenómeno investigado desde diferentes perspectivas. En este sentido se aplican el pre test como encuesta para diagnostico para identificar problemas y necesidades y el post test, como segunda encuesta, para definir los cambios producidos una vez implementado los simuladores PhET para el desarrollo de las competencias experimentales.
De igual forma se aplica una entrevista a docentes, a traves de guía de preguntas donde se tienen en cuenta las dimensiones que permiten caracterizar el uso de los simuladores, el desarrollo de competencias experimentales y las didácticas de enseñanza de la Fisica, para analizar las experiencias, necesidades y percepciones que tienen sobre la implementación de los simuladores interactivos PhET.
Por último, la observación al proceso de enseñanza, a traves de la guía de observación que responde a los requisitos establecidos en la Guía No. 31: Guía Metodológica para la Evaluación Anual de Desempeño Laboral de Docentes y Directivos Docentes, específicamente en el Anexo 4: sobre Modelo de pauta de observación en clase. Este instrumento a sido diseñado por el MEN, 2016), para observar y valorar el proceso de enseñanza-aprendizaje en las diferentes áreas de conocimiento.
En consecuencia, las técnicas e instrumentos seleccionados permiten garantizar el rigor científico de la investigación, analizar de manera objetiva la incidencia del uso de los simuladores interactivos PhET, el desarrollo de las competencias experimentales en la enseñanza de la Física, según los criterios y comportamientos de los sujetos en la investigacion.
3.4.1 Técnicas de recolección de información
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Las técnicas seleccionadas tienen su función específica dentro del proceso investigativo. Las encuestas permiten identificar las necesidades y condiciones iniciales y final de los estudiantes en cuanto al desarrollo de competencias experimentales dentro del proceso de enseñanza aprendizaje de la física, antes de la implementación de los simuladores PhET (pre test) y después de su aplicación (Postest).
La observación posibilita registrar de manera sistemática el comportamiento de las prácticas pedagógicas y su función para el desarrollo de las actividades experimentales en el aula y las entrevistas profundizan en las experiencias, valoraciones y percepciones de los docentes sobre este proceso. La utilización complementaria de estas técnicas favorece la triangulación de la información, garantiza la validez, la confiabilidad y la credibilidad interpretativa de los resultados obtenidos.
Tabla 9
Técnicas e instrumentos de investigacion
| Objetivo específico | Técnica | Instrumento | Propósito |
|---|---|---|---|
| Identificar las dificultades en el proceso de enseñanza-aprendizaje de la Física derivadas del predominio del modelo tradicional. | Observación directa | Guía de observación | Caracterizar las prácticas pedagógicas, la participación de los estudiantes y el desarrollo de actividades experimentales durante las clases de Física. |
| Encuesta | Cuestionario pre test para estudiantes | Identificar las dificultades de aprendizaje, el interés por la Física y el uso de recursos tecnológicos. | |
| Evaluar el nivel de formación docente en metodologías activas y uso de recursos digitales. | Entrevista semiestructurada | Guía de entrevista para docentes | Identificar el nivel de conocimiento, formación y experiencia en metodologías activas y simuladores PhET. Profundizar en las experiencias docentes, necesidades de formación y dificultades para incorporar recursos digitales en la enseñanza de la Física. |
| Diseñar el programa de actividades de aprendizaje apoyado en simuladores PhET. | Análisis documental | Matriz de análisis documental | Revisar lineamientos curriculares, estándares de competencias, planes de área y literatura científica para fundamentar la propuesta pedagógica. |
| Analizar el impacto del programa de actividades basado en simuladores PhET. | Encuesta | Cuestionario post test para estudiantes | Determinar el nivel inicial y final de las competencias experimentales y establecer los cambios derivados de la intervención pedagógica. |
| Observación participante | Guía de observación | Registrar el desarrollo de la intervención, la interacción de los estudiantes con los simuladores y las transformaciones observadas durante el proceso de enseñanza-aprendizaje. | |
| Entrevista | Guía de entrevista | Analizar las percepciones de docentes sobre la implementación del programa y los cambios que puede generar en el desarrollo de las competencias experimentales en los estudiantes. |
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Fuente. Elaboración propia
3.4.2 Diseño y descripción del instrumento
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La guía de entrevista que se aplica a los docentes de Física de las instituciones educativas La Unión y Eugenio Sánchez Cárdenas, se estructura teniendo en cuenta las variables de investigacion y el analisis de la categoría complementaria enseñanza de la fisica. En cada caso se tendrán en cuenta aspectos relacionados con los contenidos propios del currículo del área y cómo se abordan por el docente en la actividad educativa para lograr el desarrollo de las competencias experimentales en os estudiantes y la apropiación de los conocimientos.
La guía de entrevista esta diseñada para lograr que el docente explique las dificultades pedagógicas, metodologías empleadas, recursos utilizados y procesos de evaluación del conocimiento a partir de sus experiencias y la capacitación que tienen en cuanto a las competencias digitales y las necesidades de actualización profesional. Otro de los aspectos tenidos en cuenta es las condiciones institucionales para la incorporación pedagógica de los simuladores en el proceso de enseñanza aprendizaje de la física. Finalmente se pretende comprobar los criterios de los entrevistados sobre los cambios percibidos en la motivación, la indagación, la experimentación, el análisis de resultados y la argumentación científica de los estudiantes una vez que se implementan los simuladores PhET en la enseñanza. (Anexo A).
La guía de observación se diseño de este instrumento se tomando como como referente metodológico el Anexo 4: Modelo de pauta de observación en clase, contenido en la Guía No. 31. Guía Metodológica para la Evaluación Anual de Desempeño Laboral de Docentes y Directivos Docentes, publicada por el Ministerio de Educación Nacional de Colombia (MEN, 2008); en cual se propone un proceso de observación organizado en dos momentos: la planeación de la clase y el desarrollo de la clase, facilitando la valoración de aspectos relacionados con la formulación de objetivos, la organización de los contenidos, las estrategias pedagógicas, el uso de recursos didácticos, la evaluación del aprendizaje, la interacción pedagógica y el ambiente de aula.
Estos criterios se adaptaron a los propósitos de la presente investigación y se incorporaron indicadores específicos relacionados con la categoría enseñanza de la Física, y el comportamiento de las variables uso de simuladores interactivos PhET VI), y desarrollo de competencias experimentales (VD). Esta adaptación facilita una observación general de la actuación del docente en la clase, la manera como los estudiantes participan en las actividades conocimiento y el uso de recursos que contribuyan al desarrollo de competencias experimentales, aspectos que representan el núcleo de la intervención pedagógica propuesta.
En este sentido, la guía de observación se aplica en dos momentos, antes y después de la implementación de los simuladores PhET, por lo que se convierte en un instrumento para fundamentar a necesidad e importancia de la implementación del programa de actividades de aprendizaje a partir de los simuladores PhET, identificar las transformaciones ocurridas durante la práctica pedagógica y los aportes al objetivo de la investigacion. (Anexo B).
El diseño del cuestionario pre test y el postest estan caracterizados por la importancia de medir las mismas competencias experimentales (variable dependiente) n dos momentos de la investigacion. Por ello se aplican en el marco de los dos procesos de observación a clase.
El pretest busca identificar necesidades y evaluar los conocimientos y habilidades iniciales, antes del uso de PhET Por su parte el postest evalúa las mismas competencias, pero relacionadas a partir de las actividades que se desarrollan en el proceso de enseñanza con la implementación de los simuladores PhET, permitiendo establecer la comparación y determinar su relevancia en el desarrollo de las competencias experimentales.
Para el diseño de estos instrumentos se toma como base los Estándares Básicos de Competencias en Ciencias Naturales (MEN, 2004), los Derechos Básicos de Aprendizaje (MEN, 2016), las competencias científicas evaluadas por el ICFES y las dimensiones definidas en la investigación. En ese sentido, el instrumento se organiza en tres dimensiones:
Competencia conceptual (comprensión de fenómenos físicos).
Competencia experimental (indagación, formulación de hipótesis, manipulación de variables, análisis de datos y conclusiones).
Competencia motivacional y de resolución de problemas (aplicación de conocimientos científicos).
Se propone un cuestionario pre test de 11 preguntas de selección múltiple con la posibilidad de marcar una sola respuesta y el pos test con 5 preguntas. Las competencias evaluadas en el pos test son exactamente las mismas del pre test, la diferencia esta en que las preguntas se contextualizan a partir de la implementación con los simuladores PhET. (Anexos C y D)
3.4.3 Validez y confiabilidad (cuantitativa) de los instrumentos
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Para evaluar los resultados de la observación se establece una escalade valoración diseñada a partir de un baremo ponderado con criterios según los puntajes que se otorgan a cada indicador, quedando de la siguiente forma:
Tabla 10
Baremo ponderado para evaluar los indicadores de la guía de observación
Valoración Puntaje Descripción Sí 3 El indicador se evidencia de manera permanente y con alto nivel de logro durante toda la clase. Parcialmente 2 El indicador se presenta de forma ocasional o con algunas limitaciones en su desarrollo. No 1 El indicador no se observa durante la sesión o su presencia es insuficiente. Fuente. Elaboración propia
En el caso del cuestionario pretest y postest con preguntas basadas en respuestas de selección múltiple, con cinco opciones, no se evalúan las cinco opciones por separado, sino que se evalúan las pregunta teniendo en cuenta que la respuesta corresponda con la opción y las demás actúan como distractores. Por ello, se diseña un baremo basado en porcentajes de logro, coherente con la evaluación por competencias que promueven el MEN y el ICFES. Los criterios de calificación para cada pregunta tienen una única evaluación cuantitativa que queda de la siguiente forma
Respuesta correcta = 1 punto
Respuesta incorrecta = 0 puntos
Si el cuestionario pre test está conformado por 11 preguntas, el puntaje máximo será 11 puntos, equivalentes al 100 %., lo mismo en el caso del pos test, con 5 preguntas y el puntaje máximo son 5 puntos equivalente al 100% . El porcentaje de logro se calculará mediante la siguiente expresión:
Figura 1.
Calculo del porcentaje de logros en pre test y pos test
Tabla 11.
Baremo de valoración del pretest
| Nivel de desempeño | Puntaje (11 preguntas en pre test ) | Porcentaje de logro | Interpretación |
|---|---|---|---|
| Muy bajo a bajo | 0 – 4 | 0 % – 40 % | El estudiante presenta escaso dominio de los conceptos físicos y dificultades para formular hipótesis, identificar variables, interpretar resultados experimentales y resolver problemas científicos. Requiere acompañamiento permanente. Evidencia conocimientos básicos, aunque presenta dificultades para aplicar procedimientos experimentales y argumentar científicamente sus respuestas. |
| Medio | 5 – 8 | 60 % – 79 % | Demuestra un dominio aceptable de las competencias experimentales y logra resolver la mayoría de las situaciones planteadas, aunque aún requiere fortalecer procesos de análisis y argumentación científica. |
| Alto | 9 – 11 | 80 % – 89 % | Evidencia un buen dominio conceptual y procedimental; formula hipótesis, interpreta resultados y aplica los conocimientos científicos en diferentes contextos experimentales. Demuestra un dominio sobresaliente de las competencias experimentales, integrando conocimientos conceptuales, habilidades de indagación, análisis de datos y argumentación científica para resolver situaciones problema de manera autónoma |
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Fuente. Elaboración propia
Taba 12
Baremo de valoración de resultados del post test
| Nivel de desempeño | Puntaje (5 preguntas en post test ) | Porcentaje de logro | Interpretación |
|---|---|---|---|
| Muy bajo a bajo | 0 – 5 | 0 % – 50 % | El estudiante presenta escaso dominio de los conceptos físicos y dificultades para formular hipótesis, identificar variables, interpretar resultados experimentales y resolver problemas científicos. Requiere acompañamiento permanente. Evidencia conocimientos básicos, aunque presenta dificultades para aplicar procedimientos experimentales y argumentar científicamente sus respuestas. |
| Medio | 3 -5 | 50 % | Demuestra un dominio aceptable de las competencias experimentales y logra resolver la mayoría de las situaciones planteadas, aunque aún requiere fortalecer procesos de análisis y argumentación científica. |
| Alto | 5 | 100% | Evidencia un buen dominio conceptual y procedimental; formula hipótesis, interpreta resultados y aplica los conocimientos científicos en diferentes contextos experimentales. Demuestra un dominio sobresaliente de las competencias experimentales, integrando conocimientos conceptuales, habilidades de indagación, análisis de datos y argumentación científica para resolver situaciones problema de manera autónoma |
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Fuente. Elaboración propia
Todos los instrumentos son presentados a juicio de expertos para garantizar la validez de contenido. Para la entrevista los expertos valorarán cada pregunta teniendo en cuenta indicadores de claridad, pertinencia, coherencia y suficiencia y verificando que se correspondan con las variables de estudio y los objetivos de investigación.
De igual manera se procede con la guía de observacion y los cuestionarios de pre test y post test. Estos últimos se diseñan con la participación del docente del área para garantizar su correspondencia con los objetivos y contenidos curriculares, lo que arantiza la caldad del diseño y su validación por expertos en cuanto a estructura, coherencia, objetivos y relación con las temáticas propias del área.
3.5 Procedimiento para la recolección de datos
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En correspondencia con el diseño metodológico, el proceso de recolección de datos se desarrolla en etapas sucesivas. Inicialmente, se realizará la gestión para obtener el consentimiento de la institución y de los participantes para desarrollar la investigacion. Una vez logrado y diseñado los instrumentos de recolección de datos, se aplican a las muestras seleccionadas. En la misma linea, se realizan las observaciones previstas a clases.
Al finalizar el proceso de intervención investigativa con la aplicación del el postest, se desarrollarán entrevistas a los docentes, para profundizar en las transformaciones observadas. La información obtenida mediante en los diferentes instrumentos será organizada, codificada e integrada para su posterior análisis cuantitativo y cualitativo y comprender los factores pedagógicos que explican los resultados obtenidos. Este procedimiento garantiza la triangulación de la información y fortalece la validez y confiabilidad de las conclusiones de la investigación.
3.5.1 Método de recolección de datos
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El método de recolección de datos responde a los procedimientos sistematizados mediante los cuales se obtiene la información necesaria para analizar el comportamiento de las variables objeto de estudio y los objetivos de la investigación. Según Hernández-Sampieri y Mendoza (2023), este proceso se caracteriza por su rigurosidad científica para garantizar que la información sea pertinente, válida y confiable.
En el caso de esta investigacion con enfoque mixto, donde se integra procedimientos cuantitativos y cualitativos de forma complementaria, la recolección de datos se desarrollará mediante de manera secuencial explicativa, coherente con el diseño adoptado. En una primera fase se obtendrá información cuantitativa mediante la aplicación del pretest, orientado a establecer el nivel inicial de las competencias experimentales de los estudiantes, acompañad por una primera observación a clase que respalda estos resultados, posteriormente se aplica el postest, con el propósito de valorar los cambios generados después de la implementación del programa de actividades con simuladores interactivos PhET. Acompañado de un segundo momento de observación para establecer comparaciones en cuanto a logros, fortalezas y oportunidades dirigidas al desarrollo de las competencias experimentales.
Finalmente se aplica la entrevista dirigida a los docentes para identificar y caracterizar su formación en metodologías activas y su percepción sobre el uso de recursos digitales, logros y posibilidades de implementación sistemática. En esta fase se complementa la información cualitativa con los resultados de la observación sistemática de las clases. Estos procedimientos permitirán comprender las estrategias pedagógicas, la integración de los simuladores PhET y las transformaciones observadas en el desarrollo de las competencias experimentales de los estudiantes lo que corrobora los resultados de entrevista y los resultados de los cuestionarios pre test y pos test.
La información obtenida será organizada, codificada y analizada de manera integrada. De una parte los datos cuantitativos se procesarán mediante técnicas de estadística descriptiva para establecer la incidencia de la intervención pedagógica, mientras que la información cualitativa será analizada mediante un proceso de categorización y triangulación, que permite la contrastación de los resultados.
3.6 Consideraciones eticas
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Las consideraciones éticas son un componente fundamental del proceso investigativo. En el ámbito de la investigación educativa, trasciende el cumplimiento de requisitos formales, ya que se orienta a analizar el comportamiento del investigador y los sujetos durante las fases del proceso.
La presente investigación se desarrollará conforme a los principios éticos establecidos en el Informe Belmont (1979), que comprenden el respeto y la justicia; reconoce la autonomía de los participantes y su derecho a decidir libremente sobre su participación; mientras que el principio de justicia garantiza el trato por igual a todos los participantes, evitando discriminación o exclusión. Asimismo, se tendrán en cuenta las disposiciones de la Ley 1581 de 2012 sobre protección de datos personales y sus decretos reglamentarios, garantizando el tratamiento adecuado de la información recolectada.
Por tanto, el proceso investigativo garantizará la confidencialidad de la información, la protección de los datos personales, la utilización de la información exclusivamente con fines académicos y científicos, y el respeto permanente por los derechos de todos los participantes.
3.6.1 Criterios de confidencialidad y protección de datos
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La confidencialidad asegura que la información suministrada por los participantes sea utilizada exclusivamente para los fines del estudio En concordancia con este principio, toda la información recopilada será tratada bajo estrictos criterios de confidencialidad, incluido los nombres de docentes y estudiantes los cuales serán clasificados por códigos alfanuméricos durante evitando cualquier posibilidad de identificación individual.
Los registros físicos y digitales serán almacenados en medios seguros con acceso restringido únicamente al investigador responsable y una vez finalizado el estudio, la información será conservada ¿ conforme a las políticas institucionales y a la normatividad vigente.
3.6.2 Obtención del consentimiento informado
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El consentimiento informado constituye el mecanismo mediante el cual se garantiza el respeto por la autonomía de los participantes, permitiéndoles decidir voluntariamente su participación después de recibir información suficiente sobre los propósitos de la investigación. Para Creswell y Creswell (2023), este proceso representa una manifestación del principio ético de respeto por las personas, al asegurar que la participación sea consciente, informada y libre de cualquier tipo de presión o coerción.
Dado que la investigación involucra estudiantes de básica secundaria, se solicitará previamente la autorización de las directivas de las instituciones educativas participantes y el consentimiento informado de los padres o acudientes. En el caso de los docentes, el consentimiento será otorgado de manera individual mediante la firma del formato correspondiente. (Anexo E y F)
El documento de consentimiento informado incluirá información sobre el objetivo de la investigación, los procedimientos de recolección de datos, los beneficios, la protección de la confidencialidad y el tratamiento de los datos personales lo cual fortalece la transparencia, la confianza y el cumplimiento de los principios éticos de la investigación.