Name: problem-solving before instruction (ps-i): a protocol for assessment and intervention in students with different abilities
Uploaded: 2021-09-11T14:00:00
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Este trabajo ha sido apoyado por un proyecto del Principado de Asturias (FC-GRUPIN-IDI/2018/000199) y una beca predoctoral del Ministerio de Educación, Cultura y Deporte de España (FPU16/05802). Nos gustaría agradecer a Stephanie Jun por su ayuda editando el inglés en los materiales de aprendizaje.

Este protocolo sigue la Declaración de Helsinki de Principios Éticos para la Investigación con Humanos, pero aplica estos principios a las dificultades añadidas de integrar la investigación dentro de los entornos de la vida real en la educación32. Específicamente, ni la asignación de condiciones de aprendizaje ni la decisión de participar pueden tener consecuencias para las oportunidades de aprendizaje de los estudiantes. Además, se mantiene la confidencialidad y el anonimato de los alum...

El objetivo de este protocolo es guiar a los investigadores y educadores en la implementación y evaluación del enfoque PS-I en contextos reales de aula. Según algunas experiencias previas, PS-I puede ayudar a promover el aprendizaje profundo y la motivación en estudiantesde 19,21,24años, pero existe la necesidad de más investigación sobre su eficacia en estudiantes con diferentes habilidades y predisposiciones motivaciona...

Una de las preguntas que más preocupan a los profesores actualmente es cómo estimular la reflexión de los estudiantes. Esta preocupación es común en cursos de naturaleza matemática, como los cursos STEM (Ciencia, Tecnología, Ingeniería y Matemáticas), en los que la abstracción de muchos conceptos requiere un alto grado de reflexión, sin embargo, muchos estudiantes informan que abordan estos cursos puramente a través de métodos basados en la memoria1. Además, los estudiantes a menudo muestran un aprendizaje superficial de los conceptos1,2,3. Las dificultades que experimentan los estudiantes para aplicar procesos de reflexión y aprendizaje profundo, sin embargo, no son solo cognitivas. Muchos alumnos sienten ansiedad y desmotivación ante estos cursos4,5. De hecho, estas dificultades tienden a persistir a lo largo de la educación de los estudiantes6. Por lo tanto, es importante explorar estrategias educativas que preparen motivacional y cognitivamente a los estudiantes para el aprendizaje profundo, independientemente de sus diferentes predisposiciones.
Es particularmente útil encontrar estrategias que complementen los enfoques instructivos típicos. Una de las más típicas es la instrucción directa. La instrucción directa significa guiar completamente a los estudiantes desde la introducción de conceptos novedosos con información explícita sobre estos conceptos, y luego seguir con estrategias de consolidación como actividades de resolución de problemas, retroalimentación, discusiones o explicaciones adicionales7,8. La instrucción directa puede ser efectiva para transmitir fácilmente contenido8,9,10. Sin embargo, los estudiantes a menudo no reflexionan sobre aspectos importantes, como cómo se relaciona el contenido con su conocimiento personal, o posibles procedimientos que podrían funcionar y no11. Por lo tanto, es importante introducir estrategias complementarias para hacer que los estudiantes piensen críticamente.
Una de estas estrategias es el enfoque12de Resolución de problemas antes de la instrucción (PS-I), también conocido como el enfoque de invención11 o el enfoque de fracaso productivo13. PS-I es diferente a la instrucción directa en el sentido de que los estudiantes no son introducidos directamente a los conceptos, sino que hay una fase de resolución de problemas previa a las actividades típicas de instrucción directa en las que los estudiantes buscan soluciones individuales a los problemas antes de obtener cualquier explicación sobre los procedimientos para resolverlos.
En este problema inicial, no se espera que los estudiantes descubran completamente los conceptos objetivo13. Los estudiantes también pueden sentir sobrecarga cognitiva14,15,16 e incluso afectar negativamente a17 con la incertidumbre y los muchos aspectos a considerar. Sin embargo, esta experiencia puede ser productiva a largo plazo porque puede facilitar el pensamiento crítico sobre características importantes. En concreto, el problema inicial puede ayudar a los alumnos a tomar más conciencia de las lagunas en sus conocimientos18,activar conocimientos previos relacionados con el contenido para abarcar13,y aumentar la motivación por la oportunidad de basar su aprendizaje en el conocimiento personal 7,17,19.
En términos de aprendizaje, los efectos de PS-I se ven generalmente cuando los resultados se evalúan con indicadores de aprendizaje profundo20,21. En general no se han encontrado diferencias entre los estudiantes que aprendieron a través de PS-I y los que aprendieron a través de la instrucción directa en términos de conocimiento procedimental20,22, que se refiere a la capacidad de reproducir procedimientos aprendidos. Sin embargo, los estudiantes que pasan por PS-I generalmente exhiben una educación superior en conocimiento conceptual7,19,23,que se refiere a la comprensión del contenido cubierto, y la transferencia7,15,19,24,que se refiere a la capacidad de aplicar esta comprensión a situaciones novedosas. Por ejemplo, un estudio reciente en una clase sobre variabilidad estadística mostró que los estudiantes a los que se les dio la oportunidad de inventar sus propias soluciones para medir la variabilidad estadística antes de recibir explicaciones sobre los conceptos y procedimientos generales en este tema demostraron una mejor comprensión al final de la clase que aquellos que pudieron estudiar directamente los conceptos y procedimientos relevantes antes de involucrarse en cualquier actividad de resolución de problemas23. Sin embargo, algunos estudios no han demostrado diferencias en el aprendizaje16,25,26 o la motivación19,26 entre PS-I y las alternativas de instrucción directa, o incluso un mejor aprendizaje en las alternativas de instrucción directa14,26,y es importante considerar las posibles fuentes de variabilidad.
Las características de diseño que subyacen a la implementación de PS-I son una característica importante20. Una revisión sistemática20 encontró que era más probable que hubiera una ventaja de aprendizaje para PS-I sobre las alternativas de instrucción directa cuando las intervenciones de PS-I se implementaron con al menos una de dos estrategias, ya sea formulando el problema inicial con casos contrastantes o construyendo la instrucción posterior con retroalimentación detallada sobre las soluciones de los estudiantes. Los casos contrastantes consisten en ejemplos simplificados que difieren en algunas características importantes11 (ver Figura 1 para un ejemplo), y pueden ayudar a los estudiantes a identificar características relevantes y evaluar sus propias soluciones durante el problema inicial11,20. La segunda estrategia, proporcionar explicaciones que se basan en las soluciones de los estudiantes13,consiste en explicar el concepto canónico mientras se retroalimenta sobre las affordances y limitaciones de las soluciones generadas por los estudiantes, lo que también puede ayudar a los estudiantes a centrarse en las características relevantes y evaluar las brechas en su propio conocimiento20, pero después de que se complete la fase inicial de resolución de problemas (ver Figura 3 para un ejemplo del andamiaje de las soluciones típicas de los estudiantes).
Dado el apoyo en la literatura a estas dos estrategias, contrastando casos y construyendo instrucción sobre las soluciones de los estudiantes, es importante considerarlas al promover la inclusión de PS-I en la práctica educativa real. Este es el primer objetivo de nuestro protocolo. El protocolo proporciona materiales para una intervención PS-I que incorporan estos dos principios. Es un protocolo que, si bien es adaptable, está contextualizado para una lección sobre variabilidad estadística, una lección muy común para estudiantes universitarios y de secundaria, que generalmente son las poblaciones objetivo en la literatura sobre PS-I29. La fase inicial de resolución de problemas consiste en inventar medidas de variabilidad para la distribución del ingreso en los países, que es un tema controvertido30 que puede ser familiar para los estudiantes en muchas áreas de aprendizaje. Luego se proporcionan materiales para que los estudiantes estudien soluciones a este problema en un ejemplo trabajado, y para una conferencia que incorpora la discusión de soluciones comunes producidas por los estudiantes junto con problemas de práctica integrados.
El segundo objetivo de nuestro protocolo es hacer que la evaluación experimental de PS-I sea accesible para educadores e investigadores, lo que puede facilitar la investigación de PS-I desde una mayor variedad de perspectivas mientras se mantienen algunas condiciones constantes en toda la literatura. Sin embargo, las condiciones de esta evaluación experimental son flexibles a las modificaciones. La evaluación experimental descrita en el protocolo se puede aplicar en lecciones ordinarias, ya que a los estudiantes de una sola clase se les pueden asignar los materiales para la condición PS-I o los materiales para una condición de instrucción directa al mismo tiempo (Figura 4). Esta condición de instrucción directa también es adaptable a las necesidades de investigación y educación, pero como se describió originalmente en el protocolo, los estudiantes comienzan obteniendo las explicaciones iniciales sobre el concepto objetivo con el ejemplo trabajado, y luego consolidan este conocimiento con un problema de práctica (solo presentado en esta condición para compensar el tiempo que los estudiantes de PS-I pasan en el problema inicial), y con la conferencia23. Las posibles adaptaciones incluyen comenzar con la conferencia y luego hacer que los estudiantes realicen la actividad de resolución de problemas, que es una condición de control típica para comparar PS-I que a menudo ha llevado a un mejor aprendizaje para la condición PS-I7,13,19,26. Alternativamente, la condición de control puede reducirse a la exploración de un ejemplo trabajado seguido de la fase de conferencia, que, aunque es una versión más simplificada de los enfoques de instrucción directa que la propuesta originalmente, es más común en la literatura y ha llevado a resultados variados, con algunos estudios que indican un mejor aprendizaje en PS-I15,24, y otros que indican un mejor aprendizaje de este tipo de condición de instrucción directa14,26.
Finalmente, un tercer objetivo del protocolo es proporcionar recursos para evaluar cómo los estudiantes con diferentes predisposiciones y habilidades cognitivas pueden beneficiarse de PS-I15. La evaluación de estas predisposiciones es especialmente importante si tenemos en cuenta las predisposiciones negativas que algunos estudiantes suelen tener con los cursos STEM, y el hecho de que PS-I todavía puede producir reacciones negativas en algunos casos14. Sin embargo, hay poca investigación al respecto.
Por un lado, dado que PS-I facilita la asociación del aprendizaje con ideas individuales, en lugar de solo conocimientos formales, se puede plantear la hipótesis de que PS-I puede ayudar a motivar a los estudiantes de niveles académicos bajos, aquellos que tienen bajos sentimientos de competencia o baja motivación sobre el tema13,27. Un estudio mostró que los estudiantes con baja orientación al dominio, es decir, menos objetivos relacionados con el aprendizaje personal, se beneficiaron más de PS-I que aquellos con mayor motivación para aprender27. Por otro lado, los estudiantes con otros perfiles pueden encontrar dificultades cuando participan en PS-I. Más específicamente, la metacognición juega un papel importante en PS-I31, y los estudiantes con habilidades de metacognición bajas podrían no beneficiarse de PS-I debido a las dificultades para ser conscientes de sus brechas de conocimiento o discernir el contenido relevante15. Además, como la fase inicial de PS-I se basa en la producción de soluciones individuales, los estudiantes con habilidades divergentes bajas, dificultades que generan una variedad de respuestas en una situación dada, podrían beneficiarse menos de PS-I que otros estudiantes. El protocolo presenta instrumentos confiables para evaluar estas predisposiciones (Tabla 1) aunque otros pueden ser considerados.
En resumen, este protocolo tiene como objetivo hacer que una implementación de una intervención PS-I que siga los principios aceptados en la literatura PS-I sea accesible para educadores e investigadores. Además, los protocolos proporcionan una evaluación experimental de esta intervención y facilitan la evaluación de las predisposiciones cognitivas y motivacionales de los estudiantes. Es un protocolo que no requiere acceso a nuevas tecnologías o recursos específicos, y que puede ser modificado en función de las necesidades de investigación y educativas.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>SPSS Program</td>
			<td>International Business Machines Corporation (IBM)</td>
			<td></td>
			<td>Other programs for general data analysis might be used instead</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PROCESS program</td>
			<td>Andrew F. Hayes (Ohio State University)</td>
			<td></td>
			<td>Freely accesible at: http://www.processmacro.org. Other programs for mediation, moderation, or conditional process analyses might be used instead</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cognitive Competence Scale in the Survey of Attitudes towards Statistics (SATS-28)</td>
			<td>Candace Schau (Arizona State University)</td>
			<td></td>
			<td>In case it is used, request should be requested from the author, who whold the copyright</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mastery Approach Scale in the Achievement Goal Questionnaire-Revised</td>
			<td>Andrew J. Elliot (University of Rochester)</td>
			<td></td>
			<td>In case it is used, request should be requested from the author</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Regulation of Cognition Scale of the Metacognitive Awareness Inventory</td>
			<td>Gregory Schraw (University of Nevada Las Vegas)</td>
			<td></td>
			<td>In case it is used, request should be requested from the creator</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

problem-solving before instruction (ps-i): a protocol for assessment and intervention in students with different abilities

Hoy en día, cómo fomentar el pensamiento reflexivo de los estudiantes es una de las principales preocupaciones para los maestros en varios niveles educativos. Muchos estudiantes tienen dificultades a la hora de afrontar tareas que implican altos niveles de reflexión, como en los cursos STEM (Ciencia, Tecnología, Ingeniería y Matemáticas). Muchos también tienen una ansiedad y desmotivación profundamente arraigadas hacia tales cursos. Para superar estos desafíos cognitivos y afectivos, los investigadores han sugerido el uso de enfoques de "Resolución de problemas antes de la instrucción" (PS-I). PS-I consiste en dar a los alumnos la oportunidad de generar soluciones individuales a problemas que posteriormente se resuelven en clase. Estas soluciones se comparan con la solución canónica en la siguiente fase de instrucción, junto con la presentación del contenido de la lección. Se ha sugerido que con este enfoque los estudiantes pueden aumentar su comprensión conceptual, transferir su aprendizaje a diferentes tareas y contextos, ser más conscientes de las brechas en sus conocimientos y generar una construcción personal de conocimientos previos que pueda ayudar a mantener su motivación. A pesar de las ventajas, este enfoque ha sido criticado, ya que los estudiantes pueden pasar mucho tiempo en prueba y error sin rumbo durante la fase inicial de generación de soluciones o incluso pueden sentirse frustrados en este proceso, lo que podría ser perjudicial para el aprendizaje futuro. Más importante aún, hay poca investigación sobre cómo las características preexistentes de los estudiantes pueden ayudarlos a beneficiarse (o no) de este enfoque. El objetivo del presente estudio es presentar el diseño e implementación del enfoque PS-I aplicado al aprendizaje estadístico en estudiantes de pregrado, así como un enfoque metodológico utilizado para evaluar su eficacia considerando las diferencias preexistentes de los estudiantes.

Este protocolo se implementó satisfactoriamente en un estudio anterior23,con la excepción de las medidas de predisposición de los estudiantes en términos de su sentido de competencia, objetivos de enfoque de dominio, metacognición y pensamiento divergente.
Para hacer frente a estas predisposiciones, este protocolo incluye medidas que han sido validadas previamente y que han mostrado altos niveles de fiabilidad (Tabla 1).
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Problem-Solving Before Instruction PS-I: A Protocol for Assessment and Intervention in Students with Different Abilities

Este protocolo guía a los investigadores y educadores a través de la implementación del enfoque de Resolución de Problemas antes de la Instrucción (PS-I) en una clase de estadística de pregrado. También describe una evaluación experimental integrada de esta implementación, donde la eficacia de PS-I se mide en términos de aprendizaje y motivación en estudiantes con diferentes predisposiciones cognitivas y afectivas.

Resolución de problemas antes de la instrucción (PS-I): Un protocolo para la evaluación e intervención en estudiantes con diferentes habilidades

Nowadays, how to encourage students' reflective thinking is one of the main concerns for teachers at various educational levels. Many students have ...

Una gran proporción de los estudiantes encuentran problemas de aprendizaje y motivación en cursos que requieren pensamiento crítico. Este protocolo es significativo porque proporciona a los educadores e investigadores pautas para implementar un enfoque que pueda ser efectivo para enfrentar este desafío, el enfoque de resolución de problemas antes de la instrucción. Este enfoque consiste en: antes de explicar un concepto en clase, dando a los estudiantes la oportunidad de inventar soluciones personales en relación con ese concepto.Asimismo, este protocolo es significativo porque hace accesible y experimental la evaluación sobre la eficacia de la resolución de problemas antes de la instrucción, integrando esta evaluación con la práctica educativa real, y atendiendo a la variabilidad de un alumno en cuanto a capacidades y predisposiciones motivacionales. El protocolo está contextualizado en una clase estadística de variabilidad. Concretamente, la condición de resolución de problemas antes de la instrucción consiste en que los estudiantes inventen medidas de variabilidad antes de recibir instrucción sobre este tema.Una de las razones por las que creemos que es importante hacer accesible el enfoque de resolución de problemas antes de la instrucción en la práctica educativa es que puede ayudar a promover el pensamiento crítico. Es una oportunidad para que los estudiantes se enfrenten a problemas novedosos y traten de encontrar soluciones creativas para estos problemas. Otra razón es que esta experiencia es compatible con la enseñanza de los contenidos en clase.En concreto, varios estudios sugieren que inventar soluciones personales en esta serie de problemas puede ayudar a los alumnos a activar conocimientos previos, a ser más conscientes de las lagunas de conocimiento, a sentirse más motivados y, por último, a dar cuenta de una mayor comprensión de los contenidos cubiertos y a poder trasladar esta comprensión a diferentes situaciones. Sin embargo, es de gran importancia que sigamos investigando sobre la eficacia de la resolución de problemas antes de la instrucción, especialmente porque su implementación puede generar reacciones negativas en algunos estudiantes. Por ejemplo, algunos estudiantes pueden sentirse demasiado desafiados o incluso frustrados con las diferentes opciones a considerar en esta primera tarea de invención.Es especialmente importante que evaluemos cómo nuestros estudiantes con diferentes predisposiciones cognitivas y motivacionales pueden beneficiarse más o menos de este enfoque. El protocolo se puede utilizar como una guía para implementar el enfoque de resolución de problemas antes de la instrucción. Sin embargo, si el usuario también está interesado en la evaluación del experimento antes de implementar el protocolo, se debe explicar a los estudiantes las consideraciones éticas.Es importante garantizar su libre consentimiento para participar explicándoles que si no quieren participar en la investigación, pueden realizar las actividades de aprendizaje con una entrega. Informar sobre consideraciones éticas verbalmente y con un consentimiento informado por escrito, permitiendo a los estudiantes conservar una copia del consentimiento informado. Si los estudiantes son menores de edad, se debe solicitar el consentimiento informado de los padres.Para garantizar el anonimato de los datos, asigne aleatoriamente a los estudiantes un número de identificación arbitrario. Pida a los alumnos que completen las diferentes herramientas de evaluación para medir las predisposiciones cognitivas y motivacionales. Esta evaluación impedirá el interés del investigador.Sin embargo, en el protocolo se describe una propuesta para medir las predisposiciones de conocimientos académicos previos, metas motivacionales, sentido de competencia, habilidades de pensamiento divergente y habilidades de regulación metacognitiva. Después de esta evaluación, los estudiantes serán asignados a dos condiciones de aprendizaje, la condición de resolución de problemas antes de la instrucción en la que resuelven problemas en relación con el concepto objetivo antes de recibir instrucción. Bajo la condición de instrucción directa en la que resuelven problemas solo después de recibir algunas instrucciones.Tenga los libros de tareas, que contienen los materiales, para las dos condiciones debidamente preparados. En este protocolo, el libro de tareas para la condición de resolución de problemas antes de la instrucción contiene dos actividades. Primero, el problema donde los estudiantes inventan medidas de variabilidad.En segundo lugar, una muestra trabajada que proporciona instrucciones sobre las medidas de variabilidad en el contexto de este problema. El libro de tareas para la condición de instrucción directa también contiene dos actividades. Primero, la instrucción a través del ejemplo de trabajo.En segundo lugar, un problema de práctica donde los estudiantes aplicaron los contenidos aprendidos. Para evitar que los alumnos vean los contenidos de la segunda actividad mientras realizan la primera, adjuntar los trabajos correspondientes a la segunda actividad. Asigne aleatoriamente los dos libros de tareas a los estudiantes de la clase.Las tareas no deben depender de cómo estén sentados los estudiantes. Después de que los estudiantes trabajen durante 15 minutos en su primera actividad asignada, dales otros 15 minutos para trabajar en su segunda actividad asignada. Todas las instrucciones están escritas en los libros de tareas.Se recomienda que un maestro esté disponible para guiar a los estudiantes. Sin embargo, es importante que durante la fase de invención, el profesor no dé a los estudiantes ninguna pista sobre la solución convencional porque puede atajar el desarrollo de sus ideas personales. Para ayudar a los estudiantes a explorar el problema desde sus ideas profundas, el problema está diseñado en base a la técnica de contraste de casos.Significa que los datos del programa se presentan con algunos ejemplos refinados que los estudiantes pueden comparar fácilmente uno al lado del otro de una manera que cada comparación difiere solo en una o pocas características relevantes. Si los estudiantes necesitan ayuda, el maestro puede guiarlos a través de un mensaje metacognitivo, como pedirles que expliquen qué tipo de solución están tratando de hacer. Y ayudándoles a identificar el objetivo del programa proporcionándoles ejemplos de cómo generar un procedimiento general.Para complementar el aprendizaje de ambas condiciones de aprendizaje, proporcione instrucciones a través de una conferencia. Para el contexto específico de este protocolo, hay un documento que incluye animaciones e instrucciones propuestas para esta conferencia. Al final de la lección, pida a los alumnos que completen la evaluación de las variables dependientes de interés.En el protocolo, hay una propuesta para medir la curiosidad llenada por los estudiantes y tres tipos de desempeño del conocimiento, conocimiento procedimental, conceptualmente conocimiento y tarea por conocimiento. Código para la puntuación final en cada evaluación. Para las evaluaciones propuestas en este protocolo, se proporcionan directrices en la codificación de la sección de datos.El número de identificación se utilizará para conectar todas las evaluaciones pertenecientes a cada estudiante. Realizar el análisis de interés. Se proporcionan diferentes pautas en el análisis de la sección de datos en este protocolo para los programas, SPSS y PROCESS.Estas imágenes muestran respuestas comunes al problema de invención resuelto por los estudiantes en la condición de resolución de problemas antes de la instrucción. Ninguna de estas soluciones corresponde al concepto objetivo de la desviación estándar. Sin embargo, son soluciones parciales y revelan reflexiones sobre aspectos conceptuales importantes.En contraste, las soluciones en los problemas de práctica de la condición de instrucción directa son más homogéneas y alineadas con el concepto canónico de la desviación estándar porque los estudiantes resolvieron este problema después de recibir instrucción con el ejemplo trabajado. Un resultado interesante de la evaluación experimental del protocolo es la comparación entre la condición de resolución de problemas antes de la instrucción y la condición de instrucción directa para cada variable dependiente considerada. Puede proporcionar información sobre la eficacia general de la resolución de problemas antes de la instrucción.Además, puede ser interesante explorar el proceso que puede mediar el efecto de la resolución de problemas antes de la instrucción o el aprendizaje o el papel moderador de los estudiantes con disposición en estos efectos. Por ejemplo, un posible resultado de moderación puede ser que la eficacia de la resolución de problemas antes de la instrucción depende de las habilidades metacognitivas de los estudiantes. Según este gráfico, los estudiantes que tienen habilidades metacognitivas altas se benefician más de la resolución de problemas antes de la instrucción, mientras que aquellos estudiantes con habilidades metacognitivas bajas se benefician más de la instrucción directa.En conclusión, este protocolo puede ser útil para hacer que el enfoque de resolución de problemas antes de la instrucción y la evaluación experimental sean más accesibles para educadores e investigadores. Este protocolo tiene tres ventajas importantes. En primer lugar, su flexibilidad para adaptarse a los diferentes intereses educativos y de investigación.En segundo lugar, su fácil integración con la práctica educativa normal, y finalmente, la evaluación experimental considera la variabilidad de los estudiantes con diferentes perfiles cognitivos y motivacionales. La resolución de problemas antes de la instrucción es una técnica que puede ayudar a promover el pensamiento crítico, la motivación y el aprendizaje profundo. Investigar sobre su eficacia en diferentes tipos de estudiantes puede ayudar a los educadores a tomar decisiones útiles sobre su implementación general en la práctica educativa.

Research

JoVE Journal

Behavior

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