Apertura

En marzo de 2020, 28 países de América Latina y el Caribe suspendieron clases presenciales a causa de la pandemia generada por la covid-19, afectando a cerca de 160 millones estudiantes ( CEPAL, 2020; CEPAL-Unesco, 2020), con lo cual ocurrió una migración obligada hacia una educación virtual en poco tiempo (Bao, 2020; García-Peñalvo, Corell, Abella-García y Grande, 2020; Ramírez-Montoya, 2020; Reyes y Quiróz, 2020; Vollbrecht, Porter-Stransky y Lackey-Cornelison, 2020).

Ante esta situación, se requerían soluciones inmediatas y efectivas para ofrecer educación en cualquier región del mundo, por lo que la implementación de plataformas virtuales para la educación a distancia resultó ser la alternativa principal (Ramírez-Montoya, 2020; Rodríguez et al., 2020; Unesco-IESALC, 2021). Esto tuvo como resultado que la educación en línea se incrementara 62% en países de América Latina, incluido México, entre el primer y segundo trimestre de 2020 CEPAL-Unesco, 2020).

Mediante la educación virtual, que se vale del uso de diferentes herramientas digitales, se crearon entornos de aprendizaje adaptados al contexto de la covid-19, que fueron más personalizados, flexibles e inclusivos (Gelles et al., 2020; Jimola y Ofodu, 2021; Stenhoff, Pennington y Tapp, 2020; Yates et al., 2021). Asimismo, a través de las plataformas virtuales se implementaron clases de forma sincrónica y asincrónica (Becerra, Quintana y Reyes, 2020; Vollbrecht et al., 2020).

Ante esta crisis sanitaria, los docentes se convirtieron en facilitadores del aprendizaje y diseñadores de entornos virtuales de aprendizaje (Unesco, 2021). Algunas instituciones educativas en diferentes países ya contaban con programas educativos alojados en plataformas específicas para la educación a distancia, lo que permitió se adaptaran rápidamente ante la contingencia mundial (Ramírez-Montoya, 2020). En México y América Latina, debido a que la educación virtual es incipiente, la mayoría de las instituciones realizaron grandes esfuerzos para elegir y construir estrategias educativas centradas en el uso de las tecnologías de la información y comunicación (TIC) (Bizberge y Segura, 2020; Ramírez-Montoya, 2020), considerando que el alumnado tiene carencias de dispositivos electrónicos y cuenta con acceso limitado a internet (INEGI, 2020; Unesco, 2021; Unesco-IESALC, 2021).

Esos no fueron los únicos retos, ya que se requirió la generación y la comprobación de estrategias de enseñanza eficaces que potencializaran el uso de las tecnologías digitales para la instrucción de calidad en línea. Ante esto, cobró relevancia el modelo del Conocimiento Tecnológico y Pedagógico del Contenido (TPACK, por sus siglas en inglés, Technological Pedagogical Content Knowledge), concebido para una inserción eficaz de la tecnología en la enseñanza en ambientes virtuales (Bento, Sommer y Rocha, 2021; Koehler, Mishra y Cain, 2015; Mishra, 2019). El modelo TPACK se ha utilizado desde hace tiempo con buenos resultados en la formación docente, buscando conferir a los profesores las habilidades necesarias para optimizar la inserción de TIC en la enseñanza (Baracaldo, 2019; Tanak, 2020).

Es un modelo tecnopedagógico integral para ambientes virtuales, involucra las interrelaciones entre tres elementos principales: el área disciplinar (contenidos de la materia a enseñar), el área pedagógica (métodos utilizados para la enseñanza-aprendizaje, metas académicas que se deben cumplir al terminar la instrucción en el contexto virtual) y el área tecnológica (recursos y herramientas tecnológicas, TIC) (Koehler, 2012; Koehler y Mishra, 2009; Koehler et al., 2015; Roig, Mengual y Quinto, 2015; Rosenberg et al., 2015; Santos y Castro, 2021; Zhang y Tang, 2021).

Estos elementos básicos interaccionan entre sí, a fin de optimizar la enseñanza-aprendizaje en ambientes virtuales, por lo que a partir de estos tres elementos se generan tres combinaciones. La primera es el conocimiento pedagógico del contenido, es decir, los métodos de instrucción que permiten el acceso al tema de manera más entendible para el alumnado; la segunda es el conocimiento tecnológico del contenido (la forma en que la tecnología y el contenido se influyen), por lo que el docente hace uso de las TIC para acceder al contenido de la materia enseñada; y la tercer combinación es la denominada conocimiento tecnológico pedagógico, que muestra cómo el proceso de enseñanza-aprendizaje puede variar y además debe ser adaptado al tipo de tecnología que se usa (Koehler et al., 2009; Shulman, 1986). El modelo TPACK permite identificar los recursos tecnológicos que potencializan el aprendizaje de contenidos específicos, aplicando la más adecuada para cada forma de instrucción, también permite conocer el contexto en el cual se llevará a cabo la implementación (Mishra, 2019; Rosenberg y Koehler, 2015).

En el área pedagógica, el modelo TPACK contempla el uso del aprendizaje cooperativo, el aula invertida y la evaluación formativa, elementos considerados en secuencias didácticas para la instrucción. Estas se definen como un conjunto articulado y ordenado de actividades que conforman las unidades de aprendizaje y se construyen en función de los objetivos de aprendizaje, es crucial el orden interno para alcanzarlos (Zabala, 2000). En las secuencias didácticas las actividades deben diseñarse de manera que al realizarse generen situaciones significativas para los estudiantes (Díaz-Barriga, 2013); en una secuencia se debe comenzar con una producción inicial, seguir una serie de talleres y cerrar con las consideraciones para identificar el avance del alumnado (Soler, Villacañas de Castro y Pich, 2013).

Para que una secuencia sea diseñada integrando el aprendizaje cooperativo, debe incluir: activación, orientación de la atención, interacción personal, procesamiento de la información, recapitulación, evaluación y SSMT (sentido, significado, metacognición y transferencia; Ferreiro y Espino, 2009). Se entiende al aprendizaje cooperativo como un método de instrucción en el que los estudiantes trabajan juntos en grupos pequeños para extender su propio aprendizaje y el de los demás (Johnson y Johnson, 2014; Johnson, Johnson y Holubec, 1999; Slavin, 2014). Para que este permita alcanzar metas de aprendizaje compartidas, se deben integrar a una clase cooperativa los siguientes cinco elementos esenciales:

a) Interdependencia positiva. Cada miembro del equipo se concibe vinculado a los demás, y solo logrará sus objetivos si los demás también lo hacen (Deutsch, 1962; Johnson y Johnson, 2005; Johnson, Johnson y Smith, 2014; Slavin, 1996). Si los estudiantes valoran el trabajo conjunto cada miembro estará motivado para una enseñanza mutua, lo que asegura que todos entiendan la materia (Slavin, 1996 y 2014).

Otro elemento esencial en el modelo TPACK es el aula invertida (flipped classroom), ya que promueve el aprendizaje invertido, que es un enfoque pedagógico en el que la instrucción directa se traslada del aprendizaje individual al aprendizaje en grupo, transformando el espacio grupal en un ambiente de aprendizaje interactivo en el cual el educador conduce a los estudiantes a involucrarse creativamente en el tema para querealicen una aplicación de su aprendizaje (Bergmann y Sams, 2012; Flipped Learning Network [FLN], 2014), de tal manera que lo que tradicionalmente se realizaba en clase ahora se hace en casa, mientras que lo que se realizaba como tarea ahora se completa en clase. Para lograr el aprendizaje invertido se requiere de cuatro pilares fundamentales (FNL, 2014): ambiente flexible, que promueve múltiples estilos de aprendizaje; cultura de aprendizaje, que fomenta un aprendizaje más incluyente centrado en el estudiante (Hwang, Lai y Wang, 2015); contenido dirigido, por medio de la instrucción diferenciada para facilitar el aprendizaje de todos (Hwang et al., 2015); y facilitador profesional, a través de una instrucción reflexiva, orientada a retroalimentar el desempeño del estudiante mediante la evaluación formativa.

Al trabajar en un aula invertida, los estudiantes se introducen en el tema para aprender antes de la clase, revisando videos, presentaciones, tutoriales, series de ejercicios, realizando investigaciones, entre otras actividades que por lo general son elegidas o diseñadas por el docente (González y Abad, 2020; Reyes, Villafuerte y Zambrano, 2020). Posteriormente, en clases presenciales o sincrónicas, ya con cierto aprendizaje acerca del tema (Prieto, Barbarroja, Álvarez y Corell, 2021; Reyes et al., 2020), se realizan diversas actividades de aprendizaje (ejercicios, discusiones, organizadores de información, foros, cuestionarios, entre otras), en su mayoría de manera cooperativa (Gámiz, 2017; González et al., 2020; Reyes et al., 2020), para profundizar, repasar, revisar y retroalimentar acerca del tema en cuestión (Hernández, Prada y Gamboa, 2020).

Ambas metodologías (aprendizaje cooperativo y aprendizaje invertido) promueven la realización de ajustes necesarios al proceso de instrucción en función del contexto, las necesidades de los estudiantes y las características de los contenidos, para una mayor eficacia de su aplicación (Bergmann et al., 2012; FNL, 2014; Johnson y Johnson, 2014), lo cual se alinea perfectamente con el modelo TPACK. Las estrategias de aprendizaje cooperativo con el uso de tecnología han demostrado que pueden conducir a un incremento significativo del aprendizaje en distintas áreas de conocimiento, como es el caso de la química (Hassan y Salihu, 2020; White, Dubrovskiy y Peters, 2020; Qiang, 2018). Al integrar el modelo TPACK y el aprendizaje cooperativo se visualiza una mejor percepción de la competencia digital docente al insertar actividades cooperativas con apoyo digital (Meroño, Calderón y Arias-Estero, 2021).

A través de la implementación del modelo TPACK se logra un mayor conocimiento pedagógico, lo que facilita el uso de métodos de enseñanza, como el aprendizaje cooperativo (Bingimlas, 2018) y el aula invertida, logrando que su inserción sea en modalidad de aprendizaje híbrido, con lo cual se disminuye la cantidad de tiempo en el trabajo cara a cara, debido a que la mayor cantidad del aprendizaje de los contenidos se realiza fuera del salón de clases y el trabajo presencial se canaliza en resolver dudas y proporcionar retroalimentación (Eichler y Peeples, 2016), lo que se ajusta a las exigencias escolares actuales en el contexto de la pandemia por la covid-19.

Con relación a estos ajustes en el proceso de aprendizaje, es importante desarrollar un tipo de evaluación acorde con estrategias de innovación del modelo TPACK, por lo que se sugiere emplear la evaluación formativa, ya que a través de esta los docentes toman decisiones de instrucción a partir de la información recabada, retroalimentando a los estudiantes para mejorar su propio desempeño (Brookhart, 2009) y motivar su aprendizaje (Brookhart, 2009; Leenknecht, Wijnia, Köhlen, Fryer, Rikers y Loyens, 2021). La evaluación formativa atiende una razón de regulación, se orienta a que el estudiante se acerque a los objetivos de formación apoyando el proceso de aprendizaje, y se constituye como parte de un trabajo cooperativo, de un contrato de confianza, donde la ayuda es mutua (Perrenoud, 2001).

Con base en lo anterior, las bondades del uso del modelo TPACK han demostrado sus aplicaciones en diferentes áreas de la ciencia, diversas regiones del mundo y en distintos niveles educativo, fundamentalmente en el nivel medio superior y superior. Por ejemplo, en Lesotho, África, en la enseñanza de química en bachillerato a través del modelo TPACK mostró su efectividad en el aprendizaje, así como en la mejora del rendimiento cognitivo del alumnado (Bohloko, Makatjane, George y Mokuku, 2019). En secundarias de Nigeria se demostró que el dominio docente en el modelo TPACK influye significativamente en la alfabetización y actitud científica de los estudiantes (Adebusuyi, Bamidele y Adebusuyi, 2020).

En Asia también se ha comprobado su utilidad, por ejemplo en Israel el marco TPACK facilitó la creación de materiales para los alumnos de bachillerato en la materia de química para la enseñanza en línea durante la pandemia (Rap et al., 2020). En Indonesia se reportó cómo la aplicación del material didáctico denominado: medios de aprendizaje de historia basados en TPACK, condujo a un mayor aprendizaje en historia en los niveles de bachillerato (Kurniawan y Sumargono, 2021). Por su parte, en Brunei, en 2020, un estudio en secundaria mostró que la implementación de lecciones diseñadas bajo TPACK condujo a una mejora en la comprensión de ósmosis y difusión (Awang, Salleh y Shahrill, 2020).

En América Latina, específicamente en México, se describió el diseño de una aplicación web para el proceso educativo sobre el logaritmo (AEL) bajo el modelo TPACK, que demostró influir positivamente en la comprensión de aspectos teóricos del logaritmo en el área de matemáticas financieras (Salas, Gamboa, Salas y Salas, 2020).

Después de una revisión en la literatura reciente, puede concluirse que el modelo TPACK facilita la inserción eficaz de tecnología en la enseñanza; sin embargo, hasta el momento son nulos los estudios con alumnado de química en bachillerato en México, enfocados en el aprendizaje de química orgánica, asimismo, cabe mencionar que en otros niveles educativos el uso del modelo TPACK aún es escaso. Los estudios de otros países demuestran la efectividad de la enseñanza con tecnología bajo el marco TPACK para mejorar las calificaciones y el avance académico, por lo que el objetivo de la presente investigación es conocer la eficacia del modelo TPACK, haciendo uso de TIC en el proceso de enseñanza-aprendizaje de la asignatura Química II en nivel medio superior, durante la pandemia provocada por la covid-19.

Para cumplir con el objetivo de la investigación se aplicaron tres instrumentos: Prueba I, Prueba II y Prueba III. Estos tienen validez de contenido a través de la técnica de criterio de jueces y obtuvieron un índice de V de Aiken como sigue: 0.98 para la Prueba I, 0.99 para la Prueba II y 1.0 para la Prueba III.

Cada una de las pruebas mide los contenidos establecidos en el plan y los programas de estudios oficiales de la preparatoria participante. La Prueba I tiene por objetivo medir el conocimiento acerca de los hidrocarburos alifáticos, su obtención, sus propiedades y su clasificación, y consta de 43 reactivos, con un Alpha de Cronbach de α=0.91. La Prueba II busca medir los conocimientos acerca de las fórmulas químicas, los tipos de carbono, la nomenclatura y los isómeros, se compone de 41 reactivos, con un Alpha de Cronbach de α=0.93. La Prueba III tiene el propósito de calcular el conocimiento acerca de las reacciones de combustión, la fórmula mínima y molecular, así como cálculos estequiométricos, y se compone de 27 reactivos, con un Alpha de Cronbach de α=0.92. En la tabla 1 se muestra la descripción de cada una de las pruebas.

Tabla 1

Se cumplió con el objetivo de la investigación, conocer la eficacia del modelo TPACK en el proceso de enseñanza-aprendizaje de la asignatura Química II en nivel medio superior durante la pandemia provocada por la covid-19, pues se demostró que este modelo propicia la mejora significativa en el aprendizaje del alumnado de bachillerato en los temas de hidrocarburos bajo la modalidad virtual, combinando el uso de las TIC con la pedagogía, y con base en el contenido de la materia enseñada. Resultados similares fueron reportados por Bohloko et al. (2019), quienes demostraron la efectividad del modelo TPACK para el aprendizaje de temas de química, así como lo reportado por Fitriani, Susilawati y Linda (2020) y Pérez et al. (2019), quienes comprobaron la eficacia del uso de las TIC para el aprendizaje de hidrocarburos.

El elemento del modelo TPACK denominado Conocimiento tecnológico, que en este estudio fue a través de la plataforma Microsoft Teams, resultó esencial para facilitar la inserción y el uso eficaz de herramientas tecnológicas entre el alumnado. Hallazgos similares se encontraron en otras investigaciones (Giordano y Christopher, 2020; Olugbade y Olurinola, 2021), donde Microsoft Teams fue una de las plataformas que más se utilizó durante la pandemia (Nguyen y Duong, 2021; Pal y Vanijja, 2020).

La inserción de la metodología activa (aprendizaje cooperativo) como parte del conocimiento pedagógico del modelo TPACK en el programa de intervención, plasmada en las secuencias didácticas diseñadas para cada tema de hidrocarburos, mejoró el desempeño de los estudiantes después de la instrucción, lo cual corrobora lo conseguido para el aprendizaje de otros temas de química aplicando aprendizaje cooperativo (Hassan et al., 2020; Qiang, 2018; White et al., 2020); asimismo, facilitó la aplicación de esta metodología por parte del docente que brindó la instrucción, como lo reporta Bingimlas (2018).

El aprendizaje invertido también fue un componente esencial del Conocimiento pedagógico en el proceso de instrucción, ya que además de contribuir a la enseñanza en línea durante la pandemia, de manera similar a lo reportado por Elkhatat y Al-Muhtaseb (2021) para la instrucción de otros temas de química, la integración con el aprendizaje cooperativo potencializó el aprendizaje, ya que se logró un mejor diseño de las secuencias didácticas que se adaptaron al contexto, requisito necesario en cualquier secuencia de acuerdo con Zabala (2000), considerando las necesidades de los estudiantes, tal como refieren Bergmann et al. (2012). De igual forma, el diseño alcanzado facilitó la retroalimentación, algo característico de ambas metodologías (FNL, 2014; Johnson et al., 2014).

El Conocimiento tecnológico pedagógico, implementado mediante el aprendizaje cooperativo y el aprendizaje invertido con el uso de tecnología, contribuyó también a esa mejora en el aprendizaje del alumnado, lo cual apoya lo encontrado por Meroño, Calderón y Arias-Estero (2021) y Arora y Arora (2021), quienes determinaron una mejora en el rendimiento académico de estudiantes aplicando el aprendizaje cooperativo y el aprendizaje invertido con el uso de tecnología bajo el modelo TPACK, respectivamente.

Dos elementos del modelo TPACK fundamentales en esta investigación fueron el Conocimiento tecnológico del contenido y el Conocimiento pedagógico del contenido. Al usar el software más adecuado para las características de temas específicos, se simplificó su representación y se facilitó su instrucción (Shulman, 1986). Al respecto, el programa ChemSketch se usó para representar las fórmulas estructurales de hidrocarburos en los temas de fórmulas químicas, nomenclatura e isómeros estructurales, porque simplifica la representación de cualquier compuesto orgánico, lo que también se demostró en otros estudios (Pongkendek, Marpaung y Parlindungan, 2021). Además, se empleó el programa MarvinSketch para la determinación del nombre de los hidrocarburos, que permite la asignación del nombre de cualquier compuesto orgánico (Flynn et al., 2014). De esta manera, el programa TPACK aquí detallado está en consonancia con lo descrito por Koehler et al. (2015), quienes consideran que no hay una manera específica de insertar la tecnología para la enseñanza, pero esta debe realizarse bajo diseños creativos e innovadores.

La adopción de una evaluación formativa en línea como estrategia de retroalimentación (durante la fase de intervención TPACK) contribuyó a una mejora en el desempeño del alumnado, un enfoque similar al propuesto por Filippi et al., (2021), Galarza-Salazar (2021) y García (2021), quienes dieron una orientación formativa a la evaluación durante la pandemia, en contraste con Basogain-Urrutia (2021), quien describe alternativas de evaluación sumativa y cómo evitar trampas de los estudiantes.

Adebusuyi et al. (2020) señalaron que la elección de las herramientas digitales más adecuadas para las secuencias didácticas TPACK y el diseño de material didáctico para la instrucción son esenciales para la eficacia en los resultados de aprendizaje, además se ha determinado que la elección adecuada de los instrumentos simplificó la tarea del docente especialmente durante la pandemia (Rap et al., 2020).

Aunque el diseño y la implementación de las estrategias aquí propuestas se concibieron para mitigar la problemática de la pandemia que obligó a suspender las clases presenciales y continuar brindando una educación virtual de forma inmediata (Bozkurt y Sharma, 2020; Oliveira, Teixeira, Torres y Morais, 2021; Rodríguez et al., 2020), se considera que el programa es una construcción que generó estrategias de aprendizaje virtuales e innovadoras en el beneficio de los alumnos (Digión y Álvarez, 2021; Unesco, 2021; Reyes et al., 2020; Fonseca y Mancheno, 2021).

Una de las limitantes en la investigación es que no se contó con grupo control, ya que debido a la pandemia provocada por la covid-19 no era posible dar una instrucción sin el uso de las TIC; por lo anterior, para futuros estudios se recomienda utilizar un grupo control para contrastar los resultados obtenidos. Otra limitante es no considerar la evaluación del acceso a las herramientas tecnológicas del alumnado y tampoco evaluar sus competencias, pues se ha identificado que los estudiantes de bachillerato no son ciudadanos digitales (Mendoza et al., 2019).

En contraparte, una de las principales fortalezas del presente estudio es que se realizó una inserción de las herramientas tecnológicas en la instrucción de temas de hidrocarburos, enfatizando en la parte pedagógica (Conocimiento pedagógico), usando aprendizaje cooperativo y aprendizaje invertido, situación que no se identifica en investigaciones similares (Adebusuyi et al., 2020; Arora et al., 2021; Awang et al., 2020; Kurniawan et al., 2021; Salas et al., 2020).

La intervención a través del programa bajo el modelo TPACK condujo a una mejora en el aprendizaje de los temas de hidrocarburos en el alumnado de bachillerato en la materia de Química II durante la pandemia provocada por la covid-19, con lo que se cumplió el objetivo de la investigación.

Cada elemento del modelo TPACK contribuyó a una inserción eficaz de las herramientas tecnológicas idóneas para la instrucción de cada tema de hidrocarburos a través de las metodologías activas, del aprendizaje cooperativo y del aprendizaje invertido, privilegiando la retroalimentación para promover una mejora en el aprendizaje de los alumnos participantes.

Finalmente, el modelo de enseñanza con el uso de las TIC bajo el modelo TPACK delineado en esta investigación se constituye como una alternativa innovadora de enseñanza virtual que puede ser aplicado en un contexto diferente al actual y servir como guía para el diseño de otros modelos para la instrucción en línea de temas distintos de química orgánica en bachillerato.