Pensamiento computacional: programación y robótica para disminuir la discalculia

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Resumen: Algunos niños en sus primeros años escolares se enfrentan a diferentes dificultades de índole académico, principalmente en el aprestamiento del área de las matemáticas. La discalculia es uno de ellos, en especial en entornos socioeconómicos deprimidos. Por lo tanto, el estudio tuvo como objetivo el diseño de una metodología fundamentada en el pensamiento computacional para la disminución de la discalculia. Las principales bases científicas son tomadas de la teoría del pensamiento computacional, la neuroeducación, el constructivismo y el uso de metodologías activas. Bajo un diseño cuasiexperimental y con los aportes de la investigación básica se realizó la prueba de la hipótesis que permitió establecer una relación entre pensamiento computacional y desarrollo de pensamiento matemático en los niños de primaria; ello se ve reflejado en los resultados obtenidos en el post - test que denotan una mejora sustancial en las operaciones básicas impresas, dictados orales, escritura con números y las operaciones.

Palabras-clave: Discalculia, educación matemática, educación primaria, estrategias pedagógico-digitales, pensamiento computacional.

Abstract: Some children in their first years of school age face different difficulties of an academic nature, mainly in the readiness of the mathematics subject. The dyscalculia is one of them, especially in depressed socio-economic environments. So, the study aimed to design a methodology based on computational thinking to decrease dyscalculia. The main scientific bases are taken from the theory of computational thinking, neuroeducation, constructivism and the use of active methodologies. Using a quasi-experimental design, with the contributions of basic research, the test of the hypothesis that allowed establishing a relationship between computational thinking and mathematical thinking development in elementary school children was made, this is reflected in the results obtained in the posttest that denote a substantial improvement in the basic printed operations, oral dictations, writings with numbers and the operations

Keywords: Dyscalculia, mathematics education, primary education, pedagogicaldigital strategies, computational thinking.

1.Introducción

Uno de los principales problemas que enfrentan los niños al iniciar los primeros años de vida escolar está asociado a los procesos de enseñanza-aprendizaje en el área de matemáticas, debido a que una gran proporción de la población estudiantil se le dificulta comprender cómo contextualizar sus conocimientos en la solución de problemas reales (Orrantia, 2006). De acuerdo con Piaget (1991) el conocimiento lógico-matemático es el que construye el niño al relacionar las experiencias obtenidas en la manipulación de los objetos, lo que supone que se debería exponer al educando a situaciones reales y concretas que le permitan relacionar lo conocido para transformarlo en aprendido y acomodarlo.

Es así, que las instituciones educativas se dedican a fortalecer en sus estudiantes las competencias matemáticas, dándole una importancia trascendental dentro de sus contenidos y microcurrículos. En Colombia, el Ministerio de Educación Nacional (Mineducación) ha diseñado un conjunto de estándares básicos de competencias en lenguaje, matemáticas, ciencias y ciudadanas; documento en el que sentado que: "los estándares básicos de competencias constituyen uno de los parámetros de lo que todo niño, niña y joven debe saber y saber hacer para lograr el nivel de calidad esperado a su paso por el sistema educativo y la evaluación externa e interna es el instrumento por excelencia para saber qué tan lejos o tan cerca se está de alcanzar la calidad establecida con los estándares" (Ministerio de Educación Nacional, [Mineducación], 2006).

En ese sentido, las Instituciones Educativas procuran preparar a sus estudiantes con bases sólidas en sus competencias matemáticas, pero la realidad en cuanto al rendimiento académico, que se ve reflejada en los resultados arrojados en las pruebas para el monitoreo de las competencias básica de evaluación aplicadas por el Mineducaciónpruebas SABER para primaria- es que en algunos municipios de Colombia se sitúan por debajo de la media nacional, es decir, tienen rendimiento insuficiente. El departamento de Sucre y su capital Sincelejo, según niveles de desempeño, están por debajo en el comparativo (Instituto Colombiano para la Evaluación de la Educación, [ICFES], 2017). Esta realidad posesiona a Sincelejo como una de las entidades certificadas, a nivel nacional, con uno de los índices de desempeño más bajo, en cuanto al rendimiento en el área de matemáticas.

Lo anterior puede tener varias razones, una de ellas está asociada a una dificultad en el aprendizaje poco conocido, el bajo aprendizaje secuencial o la dificultad para aprender las matemáticas, más comúnmente llamado como dislexia matemática o discalculia (Díaz, 2008). En la actualidad, son escasos los métodos que existen para abordarla. Los niños con discalculia se caracterizan por presentar problemas con las matemáticas y/o con conceptos como símbolos, señas y direcciones. Sin embargo, su coeficiente intelectual es normal (Universidad Internacional de Valencia, [VIU], 2015).

Este problema afecta a un porcentaje importante de la población estudiantil y tiene como consecuencia el retraso escolar y hasta el desempeño del día a día. Se tiende a confundir con otros trastornos y/o problemas tales como el Trastorno por Déficit de Atención e Hiperactividad (TDAH), acalculia, indisciplina. Los síntomas más comunes para detectarla pueden ser: el niño no logra escribir los números, dificultad para realizar series o secuencias, problemas de racionamiento y en forma general posee algunos problemas con los números, los conceptos, coordinación espacio temporal, expresar problemas matemáticos, confusión en signos.

Las características de este trastorno podrían resumirse en que, para estas personas, los números carecen de un sentido lógico, no existe la abstracción matemática, "un niño con discalculia no es que sea incapaz de aprender conceptos matemáticos, sino que necesita recorrer un camino de aprendizaje más largo de lo habitual donde se le enseñe a manipular y manejarse con los números desde distintas perspectivas" (VIU, 2015).

1.1.La discalculia y su evolución

Son muchos los autores que han mencionado el termino discalculia, entre los cuales se encuentran Kosc (1974), Temple (1991), Geary, Hamson y Hoard (2000), entre otros. Sin embargo, no es desconocido el hecho de que difieren en sus estudios sobre los factores que la generan, su grado de complejidad y el compromiso neurológico. Probablemente los estudios anteriores, han sido significativos para el abordaje científico del problema, pero de poca efectividad al en cuanto a la disminución de los casos y porcentajes existentes. Los padres de familia y docentes ven cómo se agudizan o incrementan las dificultades en los niños, ya que en realidad son pocas las ocasiones en las que se logra diferenciar este trastorno, el nivel intelectual, las deficiencias sensoriales o psíquicas.

Cuando un estudiante con capacidades intelectuales que se encuentra en los rangos considerados "normales" baja su rendimiento en el área de las matemáticas, frecuentemente se culpa al docente, a la complejidad de la asignatura o cualquier otro factor, bien sea interno o externo. Dentro las definiciones que se tienen sobre la discalculia, la American Psychiatric Association (2014) plantea que "es una dificultad para dominar el sentido numérico, los datos numéricos o el cálculo: comprende mal los números, su magnitud y sus relaciones, cuenta con los dedos para sumar números de un solo dígito en lugar de recordar la operación matemática como hacen sus iguales, de pierde en el cálculo aritmético y puede intercambiar los procedimientos". Si no se trata precozmente, puede arrastrar un importante retraso educativo.

En los niños esta dificultad causa sufrimiento, especialmente en los primeros años escolares en los que el dominio de las bases conceptuales es de gran importancia, pues el aprendizaje de la matemática es de tipo acumulativo, es decir, no es posible entender la operación si no se comprende la base. Con ello, el estudio de un problema de aprendizaje, poco conocido que afecta al diez por ciento (10%) de la población escolar, aporta al desarrollo de las teorías existentes en el campo de la neuro-educación y uso de tecnología, como medio pedagógico guiado por la estructuración de una metodología apegada a la fundamentación del aprender a pensar, a solucionar problemas de forma efectiva soportado bajo el constructivismo de Piaget (1991) y el aprendizaje significativo planteado por David Ausubel.

1.2. La discalculia y la neurociencia

Céspedes (2014), desde la perspectiva de la neurociencia, establece diferencias significativas de orden biológico que dan cuenta de la forma cómo se le deben enseñar al niño las matemáticas, considerando su estructura cerebral e incluso su edad cronológica. Para ello, propone que al niño se le debe enseñar a pensar de manera ordenada y estratégica. Bajo estos parámetros, queda claro que el cerebro está dividido en dos hemisferios; el hemisferio derecho, encargado de la percepción viso-espacial y el hemisferio izquierdo, donde se produce la conceptualización, la simbolización, la abstracción y la deducción. También se encuentra la región pre-frontal izquierda que se encarga del pensamiento estratégico y se producen las funciones sustantivas que derivan en el aprendizaje de las matemáticas.

En ese sentido, existen dificultades de aprendizaje y trastornos de aprendizaje de las matemáticas. Las primeras, pueden ser inherentes a los estudiantes, a los docentes y al currículo. Y, por otro lado, se encuentran los trastornos del aprendizaje de la matemática escolar o discalculias, que presentan un 10 por ciento de la población. Es importante destacar que dependiendo de la parte del cerebro que se encuentre afectada se puede determinar el tipo de discalculia que el estudiante padece. De acuerdo con esto, desde la neurociencia se propone una intervención basada en el paso a paso, trabajar en el pensamiento estratégico y proponer actividades que hagan uso del computador (Céspedes, 2014). Además, otros hallazgos especifican que "ciertas clases de dificultades del aprendizaje como la dislexia y las discalculias. Aunque, no determinan propiamente la forma como se debe realizar la intervención. Si sugiere lo que se debe trabajar y el tipo de actividad cognitiva que se deben trabajar y reforzar. Destacando el uso de las tecnologías digitales para lograrlo, ya que tienen el potencial para crear más oportunidades de aprendizaje en o fuera de clase y durante la vida" (Caicedo, 2016).

Igualmente, Isaguirre (2018) asegura que solo "comprendiendo como el cerebro aprende, se podrán diseñar estrategias educativas innovadoras, que incrementen el aprendizaje". En cuanto a la enseñanza-aprendizaje de las matemáticas, establece que las habilidades y competencias se logran desarrollar a través de las experiencias prácticas y que la buena enseñanza de las matemáticas debe estar vinculada a la resolución de problemas de la vida cotidiana, yendo de lo específico a lo general.

1.3. El pensamiento computacional y la resolución de problemas

Según Wing (2009) "el pensamiento computacional implica resolver problemas, diseñar sistemas y comprender el comportamiento humano, haciendo uso de los conceptos fundamentales de la informática". Asimismo, la teoría del pensamiento computacional y las competencias relacionadas con la resolución de problemas contribuyen al desarrollo del pensamiento deductivo, matemático y algorítmico. Además de potenciar el trabajo colaborativo, la tolerancia a la ambigüedad y el manejo de la complejidad (Barr, et. al. 2011). Es por ello, que en campos como la neuro-psicología y neuro-didáctica cobran cada vez más fuerza. La neuro-didáctica trata de optimizar el proceso de enseñanza aprendizaje basada en el funcionamiento del cerebro (Valdés, 2014); este tipo de estudio conjugan el entorno social, el aprendizaje cognoscitivo y la didáctica enmarcada en herramientas computacionales que contribuyen al aprendizaje sistémico y algorítmico, fundamentales en el aprestamiento del mundo de las matemáticas. Igualmente, "el Pensamiento Computacional será una habilidad fundamental utilizada por todos en el mundo. A la lectura, escritura y aritmética, vamos a añadir el Pensamiento Computacional a la capacidad de análisis de cada niño" (Wing, 2009).

2.Método

El estudio tuvo como propósito diseñar una metodología para la enseñanza de las matemáticas fundamentada en el pensamiento computacional para la disminución de la discalculia, aplicada a niños de tercero, cuarto y quinto grado de las Instituciones Educativas del Municipio Sincelejo-Sucre. Así mismo se probó la hipótesis: la implementación de una metodología de enseñanza de las matemáticas basada en pensamiento computacional disminuye la discalculia en los niños de tercero, cuarto y quinto grado de las Instituciones Educativas del municipio de Sincelejo Sucre.

2.1. Población y muestra

El universo tomado está constituido por los estudiantes de tercero, cuarto y quinto grado de primaria de las Instituciones Educativas La Gallera, San Isidro de Chochó, Altos de Rosario y Nuestra Señora del Carmen. Fueron 400 niños de las zonas rural y urbana del Municipio de Sincelejo - Sucre, cuya característica común es el bajo rendimiento en el área de matemáticas según los resultados arrojados por las pruebas de evaluación masiva SABER 5 (ICFES, 2017). Para la obtención de la muestra se realizó un muestreo probabilístico, aleatorio simple, dado que se buscó obtener estimadores de medidas poblacionales totales (Scheaffer, et. al., 2007). La estimación del tamaño de la muestra fue de 291 estudiantes, con un nivel de confianza de 0,95%.

2.2. Instrumentos

Utilización de la Batería Neuropsicología para la Evaluación de los Trastornos del Aprendizaje - BANETA (Yáñez, et. al. 2013). De las pruebas se derivan variables cuantitativas que son analizadas a través de un software que viene integrado con la batería para el análisis de la información. Esta prueba fue analizada y de él se tomaron los componentes de Aritmética y Atención, los cuales se aplicaron a los niños y un cuestionario de factores asociados a la discalculia dirigido a padres, para determinar otros factores intrínsecos y extrínsecos a los estudiantes, el ambiente escolar y describir cómo influyen en el bajo rendimiento en el área de matemáticas.

2.3. Procedimiento de recogida y análisis de datos

Para el tratamiento de los datos se utilizó los métodos tomados por la estadística descriptiva e inferencial, fundamentados en generalizar las cualidades observadas a toda la población (Ñaupas, et. al., 2014). En ese sentido, se analizó la información haciendo uso de del paquete estadístico SPSS; no obstante, se utilizaron las técnicas de recolección manual, debido a que el test utilizado para las pruebas previas y posteriores así lo amerita.

3.Resultados

3.1. Diagnóstico

3.1.1. Aplicación de la prueba BANETA en sus componentes de Matemáticas y Atención

La Tabla 1 describe que el componente de las Matemáticas se encuentra afectado notablemente en los niños de 9 a 11 años, se pueden puntualizar deficiencias marcadas en la capacidad denominativa de los números, para transformar una información numérica en una información semántica y viceversa. Además, se muestra un déficit en la secuenciación del valor nominal de los números, dificultades marcadas en la comparación del valor numérico -menor y mayor-, presentan problemas para realizar operaciones aritméticas orales, lo que indica su dificultad para mantener activa en la mente una información abstracta y poder dar un resultado correcto. Esto indica un bajo desempeño en las habilidades de conocimiento de los números, en la transformación de una información léxica a numérica, en el aprendizaje del concepto de número, en la adquisición de las reglas numéricas y en los procedimientos mentales utilizados para la resolución de las operaciones matemáticas y para aplicarlas en casos reales.

Con respeto al componente de Atención, la tabla 2 muestra que los niños de 7 a 13 años presentaron dificultades marcadas en lo que se refiere a la atención selectiva, que es la capacidad de detectar estímulos relevantes de un conjunto de estímulos e inhibir o ignorar aquellos que son distractores. Se evidencia que existen altos índices de distracción en el desarrollo de la tarea visual. En ese sentido, en las dificultades atencionales halladas, específicamente en los procesos selectivos y de inhibición de la atención, se puede inferir que están asociados a una predicción negativa en el rendimiento de tareas matemáticas (Herrero, et. al., 2015).

3.1.2. Cuestionario de Factores Asociados a la Discalculia dirigido a padres

En relación con el factor escolar, el desempeño académico de los niños en su etapa preescolar fue bueno; sin embargo, al entrar a básica primaria dicho rendimiento pasó a regular y bajo en la escala de calificación. Otro punto para resaltar es la elevada presencia de comportamientos deficientes en los niños, en cuanto a la adquisición de competencias comunicativas, de conducta, y escolares, como el comportamiento activo en los menores, dificultades en la lectoescritura y las dificultades atencionales evidenciadas según los padres de familia.

De los factores ambientales escolares, se resalta que el 46.2% de los niños presenta dificultad en las matemáticas, el 53,8% dificultad para escribir y el 50% dificultad para leer, lo que indica que puede haber una influencia de estos aspectos para alcanzar un buen desempeño en el área de matemáticas.

En cuanto a los factores ambientales socioculturales, se establece que los niños y niñas han estado influenciado por el contexto acorde a situaba de orden público como son conflicto armado, desplazamiento forzado, desapariciones forzosas/secuestro y violencia intrafamiliar, lo que puede conllevar a que estos no continúen de forma continua su formación y tengan que establecerse en nuevas zonas e ingresar en un nuevo ciclo escolar.

Es así como en la dimensión Sociocultural existe una alta vulnerabilidad en los estudiantes debido a que en el exterior de la Institución se presentan casos de delincuencia y vandalismo, lo que puede afectar la integridad de los menores y su adecuado proceso educativo.

3.2. Validación de hipótesis mediante pretest y postest

En el análisis de los resultados tanto del pre-test y el pos-test se realizó la prueba de Signo de Wilconxon (Flores-Ruiz, et. al., 2017), con el propósito de determinar las diferencias entre los resultados obtenidos. Esta prueba se utiliza principalmente cuando la diferencia entre los valores no tiende a una distribución normal y se debe contrastar las siguientes hipótesis.

En la Tabla 3 se puede observar que en los módulos de dictado, escritura y comparación de números los niños aumentaron sus puntajes. También, cabe resaltar que en el módulo de series numéricas hubo un retroceso en el avance.

Como se puede observar en la Tabla 4, con un p-valor de 0.1, las medias del post-test son mayores a las del pretest en los módulos de Dictado, Escritura y Comparación de Números, caso contrario ocurre en el módulo series numéricas.

En la Tabla 5 se observa que los estudiantes aumentaron sus puntajes en los módulos de operaciones Orales, Impresas y Problemas Aritméticos, caso contrario sucedió en el módulo de Operaciones dictadas.

Como se puede observar en la Tabla 6, Con un p-valor de 0.1, las medias del postest son mayores a las del pretest en los módulos de Operaciones Impresas y Problemas Aritméticos, en los módulos Operaciones orales y dictadas las medias se consideran iguales.

En la Tabla 7 se puede observar que los estudiantes que pertenecen al grupo de control no se le evidencian ningún tipo de avances en los niveles de discalculia y cálculo matemático.

En síntesis, al realizar el análisis inferencial con la prueba de signo de Wilconxon arrojó valores que muestran resultados favorables en las comparaciones de la aplicación en la experimentación, especialmente en las sub-escalas de: operaciones orales e impresas, dictados de Números, Problemas Aritméticos, Escritura y Comparación de Números. Con ello, se notó una mejora significativa entre el grupo experimental y el grupo de control.

4.Discusión y conclusiones

La computación por sus alcances es hoy una herramienta conexa al desarrollo técnico y al pensamiento humano. La potencialización de este último, gracias a los ordenadores y el tratamiento de grandes volúmenes de datos, es sin lugar a duda un determinante en el desarrollo y la innovación. De ahí nacen, las raíces más remotas del término Pensamiento Computacional, las cuales aparecen con Seymour Papert (1996), quien lo contempla como un método de resolución de problemas, procesos, técnicas, representaciones para dichas soluciones (Bers, 2010).

Ahora bien, en el contexto del presente estudio, el término Pensamiento Computacional es acuñado por primera vez por la doctora Jeannette M. Wing, en su conferencia en Pensacola para el Institule for Human & machine cognition, en el año 2009. Según Wing, se trata de la automatización de la abstracción, aquello que las computadoras pueden hacer a gran escala. En palabras de la autora, pensamiento computacional es realmente todo lo que tiene que ver con el proceso de abstracción (Wing, 2009). Por lo tanto, Wing plantea una nueva forma de abordar los problemas, basándose en las bondades que ofrece la computación en unión con las personas.

De su parte, el pensamiento o razonamiento lógico, en su complejidad tiene dos vectores: representación y lógica, estrechamente conectados, puesto que las representaciones dependen de las operaciones lógicas que determinan las estrategias pertinentes de resolución de un problema. Esta lógica aborda, en primer lugar, la comprensión del problema; en segundo lugar, entender la información que se tiene para la solución y, en tercer lugar, buscar las estrategias más adecuadas para ejecutar la solución (Iriarte, et. al., 2010).

Por su parte, el pensamiento algorítmico se puede señalar como un método, una forma de llegar a la solución de un problema a través del establecimiento preciso de unos pasos lógicamente organizados. Este pensamiento estandariza la solución para problemas similares; los pasos creados son útiles para problemas análogos o de la misma categoría, aquí se está frente a la capacidad de pensar en términos de secuencias, normas o situaciones para resolver problemas (Salgado, et. al., 2013).

Por otra parte, pensar para solucionar problemas de la forma más eficiente y pertinente en un contexto es el lema general de todo aprendizaje; esto justifica la puesta en marcha de iniciativas en varias partes del mundo para integrar el Pensamiento Computacional en los currículos de la enseñanza obligatoria (Bocconi, et. al., 2016) que combinan técnicas de pensamiento basado en modelos de resolución algorítmicos potencializados por el uso de ordenadores. Lo anterior respalda cada vez más la inclusión del Pensamiento Computacional en la educación formal como medio para resolver problemas por parte de los estudiantes.

Ahora bien, el propósito no es sistematizar todas las áreas del conocimiento o radicalizarlas en un esquema de pensamiento informático, porque se sabe que existen diversas rutas creativas y divergentes de las humanidades, sino que el niño comprenda cómo usar la computación para solucionar problemas -matemáticos y no matemáticos-, potencializando sus habilidades de pensamiento. En algunos casos, estas estrategias emergentes, están girando hacia actividades extracurriculares relacionadas con la robótica educativa, la cual se constituye en una oferta importante donde el Pensamiento Computacional se entrelaza con la resolución de problemas para el aprendizaje de las matemáticas (Adell, et. al., 2019).

Asimismo, de acuerdo con la intencionalidad del presente estudio, el enfoque o fundamentación pedagógica es el resultado de las diferentes perspectivas de la discalculia como trastorno o baja maduración cerebral hasta una visión cognitiva y psicológica del desarrollismo hacia la superación de estadios o etapas de desarrollo mental. En este punto, lo pedagógico entra impulsado por la preocupación estratégica de la enseñanza de las matemáticas y sus dificultades de aprendizaje, sin desconocer los factores del entorno.

Basado en lo anterior, la injerencia de la variable afectiva, sumada al conocimiento y la praxis, conforman una visión integral de la discalculia como trastorno multifactorial que debe abordarse desde todas las miradas en el ambiente de aprendizaje. Desde el presente estudio, la discalculia se enmarca en un contexto cambiante y dinámico, en donde el niño y niña son agentes activos en la construcción de la realidad; por lo tanto, aprendizaje y ambiente son parte del desarrollo de sus capacidades y por ello, susceptibles de diagnosticarse, intervenidas y mejoradas.

En conclusión, la aplicación de la una metodológica mediada por el pensamiento computacional permitió la disminución de los índices de discalculia de los niños, especialmente en los puntajes de operaciones impresas y orales, la solución de problemas y la escritura de números. Existen factores intrínsecos y extrínsecos que agudizan el problema de discalculia.

El pensamiento computacional como estrategia metodológica es un componente esencial para el desarrollo económico del país, por ser un pilar innato de la industria 4.0, de ahí su importancia en la incorporación en los planes presentes y futuros de las políticas educativas.

Las matemáticas son una ciencia abstracta, en muchos casos difíciles de entender, especialmente para los niños en sus primeros años de aprendizaje que no alcanzan a visionar cómo concretar sus conocimientos en la realidad. Es aquí donde el pensamiento computacional y su aplicabilidad cobran importancia, es decir, que a través de su operacionalización se concretiza en hechos reales. Lo anterior, permite establecer una relación entre los descubrimientos de los neuroprocesos y el uso de este tipo de metodologías para la enseñanza

References

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