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Título : Diferencias metodológicas y cognitivas en los procedimientos utilizados por estudiantes de la carrera de Sistemas Computacionales en la resolución de problemas de cálculo aplicado.
Autor : Dr. Rosas Mendoza, Alejandro Miguel
Vázquez, Miriam Martínez
Palabras clave : Sistemas Computacionales
resolución de problemas de cálculo aplicado
Diferencias
Fecha de publicación : 15-mar-2011
Resumen : This work presents a study about the methodological and cognitive differences found in solution procedures used by Computer Systems students when they solved problems of applied calculus. We consider our research as a comparative study, this is why we analysed three studies: Education and Society in Hong Kong and Macao: Comparative perspectives in continuity and change (Bray & Koo, 2005); Students of Engineering and Social Sciences university programs: Differences in the way they solve similar problems (Rosas & Pardo, 2009) and Comparative study of problem solving influence in students’ performance in Electro-chemist (Matute, Pérez & Di’Bacco, 2009). These studies provided clear examples of comparative studies and showed us the importance of detecting and analyzing the differences and similarities in education systems and their relations. These studies provided knowledge on Comparative Theory and Didactic Engineering; because of they are used in a didactic activity application involving problem solving they also gave us Reif’s, Duran’s and Garcia’s solution methodologies. In this research we compared the methodological and cognitive differences found in solving procedures used by students coursing the first three semesters of Computer Systems when they solve problems of applied calculus. In order to do this we applied Comparative Theory. This theory’s goal is to find similarities and differences, and the relations we can establish (Raventós, 1989, p.64). Similarities found at the beginning of the research include that students are enrolled in the same school and same university program; so that there are no differences in the subjects they coursed. Students also have previous knowledge of calculus because students’ profile asks for it. Every student had coursed differential calculus in first semester, integral calculus in the second and differential equations in the third. Another similarity is the big amount of failing grades. Differences we established are that students are actually in different semester, from first to third; and they are enrolled in mathematics courses but with different topics. Didactic Engineering was used as a research methodology (Lezama, 2003); the planning stage and epistemological dimension were started by describing the origin of the problem. In that stage we remarked the importance of problem solving in education and doubts originated by the unknown procedure used by students. After an analysis of Reif’s, Duran’s and Garcia’s’ methodologies we chose Garcia’s’ methodology as the exact research methodology for our own research. This choice was based on the fact that Garcia’s’ methodology states some stages that let detect every detail in a problems’ solution. It also let us compares the steps and procedures studied in a math class with methodologies applied by students. To study the cognitive dimension we used Cognitive Map Theory and Feuerstein’s Cognitive Functions Theory (as cited by Zuñiga, 2005). Both theories let us understand and finish the cognitive study on mind processes used by students when they solve problems. Didactic dimension was based in the description of the university program named Computer Systems. Description included subjects relative to computing and mathematics subjects. Design stage included activities planning applied in the research, a set of exploration questions and problems design, descriptions of the application sessions, data collection and analysis of results. Experimental stage included a description of participating students, the environment and observations while the activity was applied. We also described the way we collected data. Validation stage included a variety of analysis of answers by topic, semester and knowledge area; comparing hypothesis and students’ results leaded us to conclude that there are important differences in the methodologies used by students. The different ways of representing the problems’ data and their relations with unknowns: Tables, arithmetic calculations, graphics, lines, algebraic expressions, rule of three, functions, operations and dimensions analysis. Only a few students identified problems’ objectives and they could establish what the need to find, some students translate mathematics relations from common language to mathematical language using algebraic expressions. Students operate those expressions as equations and functions. Most students said that it should be other procedures to solve the problems, but none of them could find other procedure; a few students tried to validate their answer with problem’s conditions. Some important cognitive differences were observed with this research. Some students applied arithmetic but they also involved algebra and other pre-calculus subjects, only one student applied calculus. Some students could identify the similarities and differences on problem’s data and they generated different algorithms. As conclusions we can say that students of advanced semesters do a better use of previous mathematics knowledge like arithmetic, algebra and more advanced courses. We also found that the involved concepts are not completely interiorized because students made mistakes when they applied those concepts.
Descripción : La presente investigación contempla un estudio de las diferencias metodológicas4 y cognitivas en los procedimientos utilizados por estudiantes de la carrera de Sistemas Computacionales en la resolución de problemas de cálculo aplicado. La investigación se considera un estudio comparativo, por tal motivo analizamos, tres estudios: Educación y sociedad en Hong Kong y Macao: Perspectivas comparativas en continuidad y cambio. (Bray y Koo, 2005); Estudiantes de carreras de ingeniería y ciencias sociales: diferencias en su forma de resolver problemas similares, (Rosas y Pardo, 2009) y el Estudio comparativo de la resolución de problemas en el rendimiento estudiantil en el contenido de Electroquímica. (Matute, Pérez y Di’Bacco, 2009), los cuales nos proporcionaron ejemplos claros de estudios comparativos y nos mostraron la importancia de detectar y analizar las semejanzas y diferencias en los sistemas educativos e identificar sus relaciones. Estos estudios aportaron conocimientos sobre la Teoría de la Comparación y la Ingeniería Didáctica, como se utilizaron en la aplicación de una actividad que involucra la resolución de un problema, también nos introdujeron a las metodologías de resolución de problemas de Reif, Durán y García. En la investigación se compararon las diferencias metodológicas y cognitivas en los procedimientos utilizados por estudiantes de los tres primeros semestres, de la carrera de Sistemas Computacionales en la resolución de problemas de cálculo aplicado. Se hace la comparación para determinar, porque surgen éstas diferencias, cuáles son las causas y determinar si éstas diferencias provocan que los estudiantes no logren resolver un problema satisfactoriamente. Para hacerlo se aplicó la Teoría de la Comparación, cuya finalidad es descubrir las semejanzas y diferencias, así como las relaciones que puedan establecerse. (Raventós, 1989, p.64). Las similitudes que encontramos al iniciar la investigación en los grupos con los que se trabajó, fueron que pertenecen a la misma institución y carrera, por lo que no les afectan las diferencias en los planes de estudio con otras carreras. Además los estudiantes de los tres semestres tienen conocimientos previos de Cálculo Diferencial e integral, pues el perfil que se le pide para ingresar a la carrera contempla un bachillerato general, o bien un propedéutico de Físico-Matemáticas, aunado a que son semestres que llevan materias del área de matemáticas, relacionadas con el Cálculo Diferencial e integral, por ejemplo en primer semestre los estudiantes cursan la materia de Cálculo Diferencial, en segundo semestre la de Cálculo Integral y en tercer semestre la de Ecuaciones Diferenciales. También se detecta un alto índice de reprobación, en estas materias. Las diferencias, radican en que los estudiantes a los cuales se les aplicó la actividad son de semestres distintos, por lo tanto cursan materias del área de matemáticas que son diferentes, así como del resto de su currícula. La ingeniería didáctica se utilizó como metodología de la investigación, Lezama (2003), la etapa de planeación y la dimensión epistemológica, la iniciamos, al describir lo que originó el problema, en esa parte destacamos la importancia de la resolución de problemas en la educación y las inquietudes en torno a cómo los estudiantes resolvían los problemas que se les planteaban, si utilizaban los algoritmos y procedimientos básicos del cálculo. Se elaboró el objetivo general y los objetivos específicos y se estudiaron las metodologías de resolución de problemas de Reif, Durán y García, como resultado escogimos para el análisis de esta investigación la Metodología de García, ya que sus etapas muestran los detalles en la resolución de un problema, mediante pasos claros y precisos. Esta metodología también nos permitió comparar los pasos, el procedimiento idóneo para resolver los problemas, con las metodologías usadas por los estudiantes. En la dimensión cognitiva, se utilizó la Teoría del mapa cognitivo y la Teoría de las funciones cognitivas de R. Feuerstein (como lo citó Zúñiga, 2005), las cuales nos permitieron comprender y llevar a cabo el estudio cognitivo de los procesos mentales de los estudiantes utilizados en su procedimiento al resolver dos problemas del cálculo aplicado. En la dimensión didáctica describimos el sistema de enseñanza de la Licenciatura en Sistemas Computacionales, refiriendo las asignaturas de la carrera, las materias del área de matemáticas, así como los temas matemáticos de dichas materias. En la etapa del diseño, planeamos las actividades que se siguieron durante la investigación, como fue el cuestionario exploratorio y el diseño de los problemas, las descripciones de cómo se realizaron las aplicaciones de los problemas, la recolección de los datos y el análisis de los resultados. En la fase experimental, la aplicación de la actividad, se describió la población de estudiantes que participaron en la investigación, la forma en que se aplicó la actividad y las observaciones que hubo durante ésta, así como los medios que se utilizaron para recolectar la información. Y por último en la etapa de validación, se realizó un análisis de las respuestas por tema, por semestre y por área, para comparar las hipótesis con los resultados obtenidos y de esta forma concluimos que se detectaron entre los alumnos de los diferentes semestres diferencias importantes en la metodología que utilizaron para resolver los problemas de cálculo aplicado; las formas que utilizan para representar el problema y relacionar los datos con las incógnitas son diferentes: tablas, operaciones Aritméticas, gráficas, una línea, expresiones algebraicas, regla de tres, funciones, operaciones y análisis de unidades. Sólo algunos estudiantes identifican los objetivos de los problemas y establecen también lo que desean averiguar, algunos traducen las relaciones encontradas al lenguaje matemático mediante expresiones algebraicas, que ordenan y utilizan como ecuaciones o funciones. La mayoría mencionan que debe de haber otros caminos de solución, pero ninguno lo lleva a cabo y sólo algunos comprueban que su respuesta cumple con las condiciones de los problemas. Se observaron entre los alumnos de los diferentes semestres diferencias cognitivas importantes al resolver los problemas, algunos estudiantes además de utilizar Aritmética, también utilizan Pre cálculo y Álgebra y sólo uno utiliza el cálculo, algunos identifican las semejanzas y diferencias entre los datos y generan algoritmos diferentes. Por lo tanto se puede decir que los estudiantes de semestres superiores utilizan mejor los conocimientos matemáticos previos, como Aritmética, Álgebra y más avanzados, como cálculo, aunque también se observa que no se encuentran suficientemente interiorizados, debido a que presentan errores al aplicar estos conocimientos.
URI : http://www.repositoriodigital.ipn.mx/handle/123456789/8219
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