2. Computación educativa y tecnologías de aprendizaje

Las computadoras se han utilizado en la educación desde finales de la década de 1960, con plato (Programmed Logic for Automated Teaching Operations) en la Universidad de Illinois (Molnar, 1990; Silvern, 1983), que se utilizó en escuelas primarias, de pregrado y por estudiantes de colegios comunitarios. Sin embargo, fue el lenguaje de programación Logo el que inició un nuevo campo del aprendizaje llamado “computación educativa”. Logo se desarrolló a principios de la década de 1970 para alentar a los estudiantes a pensar rigurosamente en matemáticas mediante el uso de ellas para construir productos significativos, como dibujos y procesos (Papert, 1980). Debido a que Logo era fácil de usar, los estudiantes podían expresar fácilmente los procedimientos para tareas simples.

La educación basada en computadoras puede mejorar el aprendizaje en distintos niveles de educación, desde etapas tempranas como prescolar hasta nivel superior o posgrado. Desde hace más de 30 años, estudios científicos bien controlados han demostrado que los estudiantes que usaron sistemas de aprendizaje basados en computadoras aumentaron sus puntajes entre un 10 y un 20%, disminuyeron el tiempo para alcanzar las metas en un tercio y mejoraron su rendimiento en clase en aproximadamente la mitad de la desviación estándar (Kulik & Kulik, 1991).

Por otra parte, en las últimas décadas el desarrollo de tecnologías como el internet y la web, los dispositivos móviles como las tabletas y los teléfonos celulares, las plataformas y los sistemas administradores del aprendizaje y, de manera especial, los sistemas inteligentes, han revolucionado la forma en que los estudiantes adquieren nuevos conocimientos a cualquier hora, en cualquier lugar y de cualquier forma (anyplace, anytime, anyway). Además, el aprendizaje puede ser personalizado o inteligente.

En este capítulo se presentan diferentes modalidades o métodos de aprendizaje basados en el uso de la computadora y el software. En la figura 11 se encuentran representados tres tipos de aprendizaje no presencial: aprendizaje a distancia (dLearning), aprendizaje electrónico (eLearning) y aprendizaje móvil (mLearning). El aprendizaje a distancia se refiere a cualquier forma de aprendizaje donde no es requisito que el estudiante se encuentre presente físicamente en algún lugar y no requiere de dispositivos electrónicos. El aprendizaje electrónico es un subconjunto del aprendizaje a distancia, así como el aprendizaje móvil es un subconjunto del aprendizaje electrónico.

2.1 Aprendizaje electrónico

El término “aprendizaje electrónico” (eLearning) es muy amplio y suele utilizarse para describir cualquier tipo de ambiente de aprendizaje que tenga relación con el uso de computadoras. En algunos casos, el aprendizaje electrónico ha sido definido como pedagogía impulsada por tecnología digital (Nichols, 2008). Aunque también se refiere a los medios utilizados para implementar el proceso de enseñanza, que pueden haber sido diseñados para diferentes modelos educativos (presencial, a distancia, etc.) y distintas filosofías de la práctica educativa (constructivismo, conductismo, etc.).

La Comisión Europea define al aprendizaje electrónico (eLearning) como “el uso de nuevas tecnologías multimedia e Internet para mejorar la calidad del aprendizaje facilitando el acceso a recursos y servicios, así como los intercambios y la colaboración a distancia” (European-Commission, 2001, p. 2).

Actualmente, en el ámbito educativo, el aprendizaje electrónico integra las tecnologías de la información y la comunicación (tic) como una herramienta de aprendizaje que utiliza principalmente internet como canal de distribución de contenidos en donde la interacción no siempre es presencial ni en un horario fijo. Otro aspecto importante es que se utilizan especialmente plataformas que comparten contenidos y comunican a los usuarios (estudiantes y profesores).

El aprendizaje electrónico tiene como característica la gran variedad de presentaciones posibles; puede ser presencial, móvil, a distancia o una combinación de los anteriores. Ofrece flexibilidad en el lugar y el momento en el cual se lleva a cabo. Esta característica, o funcionalidad, está disponible tanto para el profesor como para el estudiante (Ally, 2004). Esto implica que una mayor cantidad de estudiantes puede tener acceso a material didáctico diseñado por profesores que trabajan en grupos colaborativos. Además, la cantidad y variedad de contenidos a los que es posible acceder a través del aprendizaje electrónico es difícilmente igualado por cualquier otro tipo de aprendizaje (Oblinger & Hawkins, 2005).

El aprendizaje electrónico tiene la ventaja de adaptarse a tópicos complejos y de interés especial para el estudiante. El éxito o fracaso del uso del eLearning recae en tres aspectos importantes: 1) el contenido y la forma en cómo se presenta al usuario, 2) el enfoque metodológico orientado al tipo de estudiantes a quien va dirigido y 3) el enfoque tecnológico, el cual se refiere a las características tecnológicas necesarias para la correcta implementación del proyecto (Rodríguez & Caro, 2003; Salinas, 2005).

Existen varias ventajas al usar el aprendizaje electrónico; por ejemplo, se pueden realizar prácticas con retroalimentación, pues el material que se presenta puede ser interactivo con el estudiante; se puede trabajar en forma colaborativa dependiendo si el software permite que varios usuarios se puedan comunicar entre sí; la instrucción puede ser personalizada o adaptada a las necesidades del estudiante si el software cuenta con métodos inteligentes para realizar el aprendizaje inteligente, y también permite aprender de situaciones complejas y riesgosas al usar software de tipo simulación en ciertos casos.

2.2 Aprendizaje basado en la web

El aprendizaje basado en la web (wbl por sus siglas en inglés) engloba todas las intervenciones educativas que hacen uso de internet (o una intranet local) y puede ser considerado también como un tipo de aprendizaje electrónico, con la particularidad de que los contenidos de aprendizaje se encuentran en páginas web. En el aprendizaje electrónico eso no siempre sucede pues los contenidos pueden estar en un medio electrónico, como una computadora. El aprendizaje basado en web incluye: cursos en línea (síncronos y asíncronos), tutorías en línea, grupos de discusión en línea, simuladores virtuales, entre otros. Cada una de estas modalidades tiene sus propias características, así como ventajas y desventajas; además hoy en día existen herramientas y plataformas que facilitan el uso de cada una de estas y es posible utilizar una combinación de dos o más de ellas.

El wbl incluye contenido de cursos en línea, aunque el material de los cursos basados en la web se diseña e implementa por medio de páginas web ya sea estáticas o dinámicas. Una de las ventajas de usar la web para acceder a los contenidos de aprendizaje es que las páginas pueden tener hipervínculos a otras páginas de la web, lo que permite el acceso a una gran cantidad de información basada en la web (McKimm et al., 2003).

El wbl puede tomar la forma de (1) un aprendizaje en línea puro en el que el plan de estudios y el aprendizaje se implementan en línea sin una reunión cara a cara entre el instructor y los estudiantes, o (2) un híbrido en el que el instructor se encuentra con los estudiantes la mitad del tiempo en línea y la mitad del tiempo en el aula, dependiendo de las necesidades y requisitos del plan de estudios. El aprendizaje basado en la web se puede integrar en un plan de estudios que se convierte en un curso completo en sí mismo o como complemento de cursos tradicionales. Además, el aprendizaje basado en la web también puede ser formal o informal. En el aprendizaje formal, los profesores organizan las actividades de aprendizaje, mientras que en el aprendizaje informal los estudiantes buscan su propio material en internet. El aprendizaje es a su propio ritmo, dependiendo de sus objetivos y ambición de aprender. Mientras que el aprendizaje electrónico se refiere a actividades de aprendizaje que involucran computadoras y redes interactivas, el aprendizaje basado en la web está asociado con materiales de aprendizaje que se entregan al estudiante a través de un navegador web.

Cualquier sitio web que contenga material de estudio en alguna área del conocimiento puede considerarse como ejemplo de aprendizaje basado en la web. La mayoría de estos sitios se construyen con base en páginas web que están ligadas por medio de hipervínculos y que contienen material de estudio en forma de textos, imágenes, menús, videos, etc. Dentro de este material se pueden incluir evaluaciones en forma de cuestionarios o exámenes con el objetivo de medir el nivel de aprendizaje del estudiante. Ejemplos de sitios de wbl lo constituyen tutoriales de alguna área de aprendizaje como medicina, matemáticas, idiomas como inglés o chino, etc. en forma de ambientes de aprendizaje. El concepto o término wbl hoy en día es menos usado y es considerado simplemente como eLearning u otros términos más modernos como “ambiente” o “plataforma de aprendizaje”. Además, si dichos ambientes personalizan el aprendizaje conforme al estilo de aprendizaje del estudiante, o a su capacidad académica o incluso a su estado afectivo, entonces se les nombra a estos “sistemas tutores inteligentes” o “ambientes de aprendizaje inteligente”.

2.3 Aprendizaje móvil

El aprendizaje móvil (mobile-learning o mLearning) también es una extensión del aprendizaje electrónico (eLearning), y se refiere al uso de dispositivos móviles, como asistentes personales digitales (pda, por sus siglas en inglés), tabletas electrónicas, teléfonos celulares, teléfonos inteligentes, consolas de videojuegos portátiles, o cualquier otro dispositivo electrónico portátil, en la educación. El aprendizaje móvil es un tipo de aprendizaje en el cual el estudiante no se encuentra en un lugar en específico. La ventaja más importante del mLearning frente al eLearning es el acceso por parte del alumno a la información demandada con independencia del tiempo y ambiente.

Existen muchas definiciones del término mLearning. Desmon Keegan (2000), responsable del proyecto mLearning, propuso una definición sencilla en términos de la capacidad para proveer educación y entrenamiento utilizando dispositivos electrónicos portables como pda, palmtops, teléfonos celulares y smartphones. Lenher y Nosekabel (2002), por su parte, definieron el mLearning como “cualquier servicio o plataforma que provea al aprendiz con información electrónica general y contenido educacional que ayuden en la adquisición de conocimiento independientemente de la ubicación y el tiempo”.

En la figura 11 se puede apreciar que el mLearning es un subconjunto del eLearning debido a que ambos tipos de aprendizaje pueden usar computadoras para alojar los contenidos de aprendizaje. Sin embargo, en el caso de mLearning el dispositivo electrónico debe ser móvil. Por otra parte, el eLearning es un subconjunto de dLearning (aprendizaje a distancia) en el cual no se requiere que los estudiantes asistan físicamente a la escuela ni tampoco es indispensable contar con dispositivos tecnológicos, como computadoras, tabletas o teléfonos inteligentes.

El uso de dispositivos móviles se popularizó desde finales del siglo pasado principalmente para comunicación, pero para su uso en la educación, se requiere que los sistemas que se usen cumplan con ciertas características esenciales, las cuales han sido identificadas por Sharples et al. (2002) y Chen et al. (2002) en sus respectivos trabajos. Entre los requisitos que sugieren Sharples et al. para el mLearning se encuentran los siguientes:

• Aplicaciones de software con alta capacidad de movilidad.
• El software debe estar disponible (donde sea), en cualquier lugar, donde el usuario necesite aprender.
• El software debe ser adaptable, diseñado para apoyar el aprendizaje personalizado de acuerdo con el desarrollo de habilidades y conocimiento del usuario.
• El software debe ser persistente (acumulación de conocimiento), independiente de los cambios de tecnología.
• La interfaz debe ser amigable y de fácil usabilidad personal.

Desde una perspectiva pedagógica, el mLearning soporta una nueva dimensión en el proceso educativo. Las características del mLearning presentadas por Chen et al. (2002) son:

• Urgencia en la necesidad de aprendizaje.
• Iniciativa para adquisición de conocimiento.
• Movilidad en el escenario de aprendizaje.
• Interactividad del proceso de aprendizaje.
• “Dependencia del contexto” de las actividades instruccionales.
• Integración de contenido instruccional.

Al inicio de la década de 2000, el aprendizaje móvil presentaba desventajas relacionadas con las características de los dispositivos disponibles en ese momento, como:

• Tamaño limitado de pantallas para la interacción con el usuario.
• Dispositivos con baja capacidad de procesamiento.
• Dispositivos con limitada capacidad de memoria.
• Baja velocidad de procesamiento y acceso a memoria.
• Poca compatibilidad entre dispositivos, que afectaba el funcionamiento de las aplicaciones.

2.4 Aprendizaje híbrido

El término “curso híbrido”, usado a veces como sinónimo del término “blended learning”, se refiere a un modelo de diseño del curso que combina el tiempo de clase tradicional, cara a cara o presencial, con el trabajo en línea y fuera de clase. Se define también al aprendizaje híbrido como aquel en el que una parte (entre 25-50%) del tiempo de clase tradicional presencial se reemplaza con clase en línea o trabajo fuera de la clase. La sustitución de 25% a 50% del tiempo en su clase con tiempo en línea y trabajo fuera de la clase es lo que diferencia los cursos híbridos de los cursos basados en la web, ya que en los híbridos los estudiantes continúan reuniéndose durante las horas normales de clase y utilizan el componente en línea solo para complementar tiempo cara a cara. Otra definición menciona que también se refiere a aplicar diferentes estrategias de aprendizaje para enseñar y aprender.

Durante la pandemia de COVID-19, algunas escuelas implementaron el modelo híbrido puesto que permitía que algunos estudiantes tomaran sus clases en línea usando algunas plataformas de videoconferencias como Zoom, Skype o Teams y otros tomaran sus clases en forma presencial, todos al mismo tiempo. Existe otro modelo parecido llamado “mixto” o “blended”. En este modelo, todos los estudiantes combinan clases presenciales en ciertos temas y para otros temas usan material de aprendizaje electrónico, móvil o de otro tipo. El modelo híbrido de aprendizaje ha demostrado ser muy importante para situaciones donde los estudiantes no tienen las condiciones para tomar sus clases 100% en forma presencial.

2.5 Sistemas administradores de aprendizaje

Un sistema administrador de aprendizaje (lms por sus siglas en inglés) es un programa (software) que se emplea para administrar, distribuir y controlar las actividades de formación en eLearning (en cualquiera de sus diferentes formas como móvil, híbrido, etc.) de una institución u organización.

Los lms ofrecen diferentes funciones para administrar usuarios, recursos, materiales y actividades de formación, además de controlar el acceso de los usuarios y realizar el seguimiento del proceso de aprendizaje, efectuar evaluaciones, generar informes, gestionar servicios de comunicación entre usuarios como foros de discusión, videoconferencias, entre otros.

Existe una gran cantidad de lms, algunos muy populares como Moodle, Claroline y Blackboard, entre otros. Estos sistemas podrían clasificarse como de uso libre o comercial. Por ejemplo, Moodle y Claroline son plataformas de código abierto y software libre, mientras que Blackboard es comercial. A continuación, se describen brevemente estos sistemas.

Moodle

Moodle (moodle.org) es un sistema de software libre para la gestión de cursos, también llamado sistema administrador de aprendizaje (lms) o “ambiente de aprendizaje virtual” (vle por sus siglas en inglés). Moodle se ha vuelto muy popular entre educadores alrededor del mundo por ser una herramienta para crear sitios web dinámicos para los estudiantes. Moodle requiere ser instalado en algún lugar del servidor, en cualquiera de sus computadoras o en una compañía de alojamiento web.

Algunas características de Moodle son que permite escalar a desarrollos muy amplios, facilita cursos en línea completos, permite crear módulos de actividad (tales como foros, wikis, bases de datos etc.) para construir comunidades colaborativas de aprendizaje, permite la participación de alumnos en creación de glosarios, y facilita la creación de plataformas para cursos específicos, los cuales pueden abrirse a alumnos que se encuentren conectados en línea.

Blackboard

El sistema administrador de aprendizaje Blackboard (blackboard.com) contiene un conjunto de aplicaciones de software diseñadas para mejorar la enseñanza y el aprendizaje. Blackboard ayuda a los instructores a construir cursos en línea y a participar con estudiantes de forma interactiva gracias a una interfaz intuitiva y fácil de usar.

Claroline

Claroline (https://www.claroline.com/#/home/accueil) es una plataforma utilizada para aprendizaje (e-learning) y trabajo virtual (e-working). Esta plataforma es de código abierto y software libre, está disponible en múltiples idiomas y tiene una gran comunidad de desarrolladores y usuarios en todo el mundo. Esto permite que un instructor construya cursos en línea y gestione las actividades de aprendizaje y colaboración en la web. La plataforma Claroline ha sido desarrollada considerando la experiencia y necesidades de profesores e instructores en todo el mundo, y además, ofrece una interfaz intuitiva y clara de administración de espacios.

2.6 Sistemas tutores inteligentes

Con el desarrollo de la inteligencia artificial (ia), la evolución natural de los sistemas de aprendizaje como el eLearning son los sistemas tutores inteligentes (sti). Los sti comenzaron a desarrollarse en la década de los ochenta del siglo pasado con la idea de impartir el conocimiento utilizando alguna forma de inteligencia para asistir y guiar al estudiante en su proceso de aprendizaje. Por ejemplo, una de las ideas era simular el comportamiento de un tutor humano al adaptarse a las necesidades de cada estudiante, identificando para ello la forma en que éste resuelve un problema para poder brindarle ayuda cuando cometa errores.

Woolf (2009) define los sti como sistemas donde se modela la enseñanza, el aprendizaje, la comunicación y el dominio del conocimiento del experto con el entendimiento del estudiante sobre ese dominio. Por su parte, para VanLehn (1988) un sti es un sistema de software que utiliza técnicas de ia para representar el conocimiento e interactuar con los estudiantes. Para Polson y Richardson (2013), los sti son programas de computadora que incorporan técnicas de ia y pedagogía, y están diseñados para simular el comportamiento de un tutor humano. Para Nkambou et al. (2010), los sti tienen un objetivo común: proveer servicios de tutoría que soporten el aprendizaje. Por lo tanto, un sti es capaz de dar seguimiento al aprendizaje que ha construido el estudiante e identificar sus debilidades para elaborar una estrategia de enseñanza personalizada que se adapte al estilo cognitivo del estudiante.

De acuerdo con Nwana (1990) y Woolf (2009), debido a que el proceso enseñanza-aprendizaje es un área tan compleja, los sti se auxilian de otras áreas del conocimiento como educación, psicología y ciencias computacionales, las cuales se complementan para desarrollar sti que sean eficientes y efectivos para la educación. En la figura 12, se aprecia la relación entre la diferentes áreas de conocimiento que se involucran para el desarrollo de sistemas tutores inteligentes. La intersección de cada área define subáreas de estudio que contribuyen a definir características importantes en los sistemas tutores inteligentes. Por ejemplo, en la intersección entre educación y ciencias computacionales se ubica el aprendizaje interactivo y la educación a distancia.

De acuerdo con la arquitectura propuesta por Woolf (2009), todo sti (véase figura 13) debe contener al menos un módulo de dominio donde se define el conocimiento del experto, un módulo de estudiante donde se representa el conocimiento del estudiante, un módulo de tutor que provee los mecanismos para el aprendizaje y la interfaz de usuario que permite que el estudiante interactúe con el sti.

Módulo del tutor

El módulo del tutor cumple la función del profesor o tutor y es el encargado de generar los planes instruccionales de cada sesión. Este módulo define la estrategia pedagógica de enseñanza que el sistema aplicará con cada estudiante. También, contiene información sobre las tareas (materiales de aprendizaje) que se le presentan al estudiante de acuerdo con los objetivos de aprendizaje que el módulo del dominio establece y aquellos mecanismos para corregir el modelo del estudiante.

Módulo del dominio

El módulo del dominio representa todo el conocimiento del experto en los ámbitos relativos al proceso de enseñanza-aprendizaje y evaluación, y la metodología de enseñanza. Es el razonador que define dónde se almacenará la base de conocimiento y los mecanismos de resolución de problemas. Además, es el responsable de dirigir al módulo del tutor considerando los datos que se obtienen desde el módulo del estudiante.

Módulo del estudiante

El módulo del estudiante es el componente principal de un sti y tiene por objetivo realizar el diagnóstico cognitivo del alumno. Además, representa a quién se enseña (el estudiante), así como los estados cognitivos y afectivos del mismo, y registra su evolución a medida que avanza en el proceso de aprendizaje.

Módulo de interfaz

La interfaz de usuario es el mecanismo que permite la interacción entre el sti y el estudiante, su función principal es presentar el material del módulo del dominio y cualquier otro elemento didáctico (gráficas, ilustraciones, agentes inteligentes, entre otros) de la manera correcta. La interfaz de usuario es lo que permite a los estudiantes interactuar con el sistema.

2.7 Otros sistemas inteligentes de aprendizaje

Para Brusilovsky & Millán (2007) un “ambiente inteligente de aprendizaje” (ile, por sus siglas en inglés) es la unión entre un sti y un entorno electrónico de aprendizaje que permite múltiples formas de navegación a través del dominio y un sti que dirige la enseñanza. El objetivo de los ile es ofrecer al estudiante un entorno de aprendizaje que se adecue al estudiante, para lo cual utiliza técnicas de hipermedia que adaptan el contenido de los recursos hipermedia de manera dinámica; esta personalización sucede conforme a los gustos y preferencias del estudiante. Esta información se obtiene a través de la interacción del usuario con el sistema mediante un modelado del usuario, que es una representación individual de metas, preferencias, objetivos y conocimientos del estudiante. Para Mavrikis y Holmes (2019), los ambientes o entornos inteligentes de aprendizaje son una amplia categoría de aplicaciones educativas digitales interactivas que incluyen características que permiten proveer servicios personalizados y apoyo adaptativo a los estudiantes (ya sea mediante selección o adaptación de tareas, o asistencia mientras los estudiantes están realizando una tarea).

Por otro lado, los “ambientes afectivos de aprendizaje” funcionan de manera similar a un sti o ile, con la diferencia de que dentro del modelo del estudiante se definen y guardan los estados afectivos del estudiante que interactúa con el sistema. Algunas características afectivas que se incorporan en el modelo del estudiante son las emociones y actitudes del estudiante, tales como la confusión, la frustración, la agitación, el aburrimiento, la motivación, la confianza en sí mismo y la fatiga.

Para Woolf (2009), la computación afectiva es el área encargada de analizar las emociones de la persona, por lo que muchas veces los investigadores se apoyan en los análisis de esta área para agregar detección de características afectivas en los ambientes de aprendizaje que consideran las emociones de los estudiantes. Pekrun et al. (2002) consideran que las emociones juegan un rol importante en el aprendizaje de los estudiantes. Por ejemplo, en un aula de clases tradicional, los alumnos experimentan toda clase de experiencias afectivas, tales como estar emocionados estudiando para obtener una calificación satisfactoria, sentir orgullo por sus logros académicos, estar sorprendidos por un nuevo método de solución, experimentar ansiedad por fallar en un examen, sentir culpa por obtener calificaciones bajas en una o varias materias o sentir aburrimiento durante las clases. Todo esto lleva a que las emociones tengan un impacto real e importante sobre el aprendizaje del estudiante, pues afectan su rendimiento académico de manera positiva o negativa.

Por último, Luckin et al. (2016) definen a un “ambiente adaptable de aprendizaje” como “un ambiente digital de aprendizaje que adapta la enseñanza, los enfoques de aprendizaje y los materiales de acuerdo con las capacidades y necesidades del individuo que aprende” (p. 18). Esta adaptación se puede lograr agregando al módulo de interfaz de usuario de un sti la capacidad de analizar y usar la información que provee la interacción para la adaptación (figura 14).