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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE CIENCIAS “APRENDIZAJE DE CONCEPTOS PROBABILÍSTICOS A TRAVÉS DEL JUEGO: ESTUDIO CON ALUMNOS DE PRIMER GRADO DE SECUNDARIA” T E S I S QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE: A C T U A R Ì A P R E S E N T A : MARÍA AURORA MARTÍNEZ RAMÍREZ DIRECTOR DE TESIS: DR. JOSÉ GUZMÁN HERNÁNDEZ CO-TUTOR DE TESIS: M. en C. JOSÉ ANTONIO FLORES DÍAZ 2016 Lourdes Texto escrito a máquina Ciudad Universitaria, D. F. UNAM – Dirección General de Bibliotecas Tesis Digitales Restricciones de uso DERECHOS RESERVADOS © PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el respectivo titular de los Derechos de Autor. 1. Datos del alumno Apellido paterno Apellido materno Nombre(s) Teléfono Institución Facultad Carrera Número de cuenta 2. Datos del tutor Grado Nombre(s) Apellido paterno Apellido materno 3. Datos del co-tutor Grado Nombre(s) Apellido paterno Apellido materno 4. Datos del sinodal 1 Grado Nombre(s) Apellido paterno Apellido materno 5. Datos del sinodal 2 Grado Nombre(s) Apellido paterno Apellido materno 6. Datos del sinodal 3 Grado Nombre(s) Apellido paterno Apellido materno 7. Datos del trabajo escrito. Título Número de páginas Año 1. Datos del alumno Martínez Ramírez María Aurora 70 92 66 46 Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Ciencias Actuaría 304209596 2. Datos del tutor Dr. José Guzmán Hernández 3. Datos del co-tutor M. en C. José Antonio Flores Díaz 4. Datos del sinodal 1 Dra. María del Pilar Alonso Reyes 5. Datos del sinodal 2 M. en I. María Isabel Escalante Membrillo 6. Datos del sinodal 3 M. en C. Perla Marysol Ruiz Arias 7. Datos del trabajo escrito. “Aprendizaje de conceptos probabilísticos a través del juego: estudio con alumnos de primer grado de secundaria.” 93 p. 2016 AGRADECIMIENTOS A la Universidad Nacional Autónoma de México por la formación que obtuve a través de mis maestros y amigos. A la memoria del Dr. José Guzmán Hernández un reconocimiento especial por su compromiso y guía durante las asesorías; además, de sus valiosa amistad. Al M. en C. José Antonio Flores Díaz por su apoyo y el tiempo dedicado para realizar esta investigación. A los lectores Dra. María del Pilar Alonso Reyes, M. en I. María Isabel Escalante Membrillo y M. en C. Perla Marysol Ruiz Arias por sus importantes observaciones que sirvieron para enriquecer mi trabajo de tesis. A la M. en C. María de Lurdes Pérez Herrada, directora de la escuela secundaria pública que me abrió las puertas de la institución para llevar a cabo la toma de datos. A los alumnos participantes, por su interés y empeño en cada sesión de trabajo. DEDICATORIA A mi madre querida Eugenia por todo el apoyo, tolerancia y su amor incondicional, a mi padre Pedro que siempre estuvo a mi lado, a mi hermano Pedro y a toda mi familia que me brindaban palabras de aliento para continuar. A Eduardo y amigos por apoyarme y aguantarme en todo el proceso de escritura de tesis. Por último, pero no por ello menos importante, a mi persona por un logro más en mi vida. Índice de contenido Página Presentación ....................................................................................................................... 3 Capítulo 1. Problema de investigación 1.1. Antecedentes ............................................................................................................... 5 1.1.1. Panorama general de investigación en la enseñanza y aprendizaje de conceptos de probabilidad ............................................................................ 5 1.1.2. Fases respecto a la discusión de conceptos de la probabilidad por la comunidad de investigadores ........................................................................ 9 1.2. Objetivos .................................................................................................................... 15 1.2.1. General ........................................................................................................... 15 1.2.2. Específicos ........................................................................................................ 15 1.3. Preguntas de investigación ........................................................................................ 15 1.4. Justificación de la investigación ................................................................................ 15 Capítulo 2. Marco conceptual 2.1. Conceptos generales de la teoría ................................................................................ 17 2.1.1. Teoría de situaciones didácticas (TSD) ............................................................ 18 Capítulo 3. Metodología 3.1. Participantes .............................................................................................................. 25 3.2. Diseño de la investigación .......................................................................................... 26 3.2.1. Tipo de investigación ....................................................................................... 26 3.2.2. Actividades ....................................................................................................... 26 3.2.2.1. Selección de las actividades –sobre probabilidad– de dos libros de texto de primer grado de educación secundaria .......................... 26 3.2.2.2. Rediseño de las actividades –sobre probabilidad– de dos libros de texto de primer grado de educación secundaria .......................... 29 3.3. Acopio de datos ......................................................................................................... 31 º2 APRENDIZAJE DE CONCEPTOS PROBABILÍSTICOS A TRAVÉS DEL JUEGO: ESTUDIO CON ALUMNOS DE PRIMER GRADO DE SECUNDARIA Capítulo 4. Análisis y discusión de resultados 4.1. Categorías de análisis ................................................................................................. 35 4.2. Análisis de datos ........................................................................................................ 37 4.2.1. Actividad 1: Rueda de la fortuna ..................................................................... 37 4.2.2 Actividad 2: Lanzamiento de monedas. ........................................................... 41 4.2.3. Actividad 3: Dados .......................................................................................... 52 4.3. Recapitulación del análisis de datos .......................................................................... 65 Capítulo 5. Conclusiones 5.1. Respecto a los objetivo ........................................................................................67 5.1.1. General ............................................................................................................. 67 5.1.2. Específicos ........................................................................................................ 68 5.2. Respecto a las preguntas de investigación ..................................................................69 5.3. Reflexiones finales ..................................................................................................... 70 5.4. Consideraciones para poder llevar a cabo la TSD en el aula...................................... 72 Referencias ...................................................................................................................... 73 Anexo 1: Lección "Rueda de la fortuna" .......................................................................... 77 Anexo 2: Lección "Lanzamiento de monedas" ................................................................ 79 Anexo 3: Lección "Dados" ................................................................................................ 81 Anexo 4: Actividad 2: Lanzamiento de monedas ............................................................. 83 Anexo 5: Actividad 3: Dados ........................................................................................... 87 PRESENTACIÓN La presente investigación titulada: “Aprendizaje de conceptos probabilísticos a través del juego: estudio con alumnos de primer grado de secundaria”. Dicho estudio se llevó a cabo con 12 estudiantes de entre 11 y 12 años de edad, con el objetivo de analizar 3 actividades tomadas de dos libros de Matemáticas, autorizados por la Secretaría de Educación Pública para el ciclo escolar 2015-2016. Estas actividades fueron rediseñadas considerando las fases a-didácticas: acción, formulación y validación, de la Teoría de Situaciones Didácticas (TSD, Brousseau, 1997) para buscar que los alumnos construyeran los siguientes conceptos probabilísticos: experimentos aleatorios y deterministas, equiprobabilidad, espacio muestral, frecuencia [absoluta] y frecuencia relativa con base en la reflexión individual y en equipo. Esta investigación comprende cinco capítulos. A continuación se menciona lo que se aborda en cada uno de ellos, con el propósito de dar a conocer al lector el contenido general. En el Capítulo 1 se presenta los antecedentes de investigaciones efectuadas acerca de la enseñanza y el aprendizaje de conceptos de probabilidad; asimismo, se mencionan los objetivos y las preguntas de investigación, y la justificación de dicho estudio. En el Capítulo 2 se describe la Teoría de Situaciones Didácticas (TSD, Brousseau, 1997) de la cual está apoyada esta investigación, donde se destacan las fases a-didácticas de acción, formulación y validación. En el Capítulo 3 se muestra la metodología utilizada en este trabajo, la cual comprende: tipo de investigación, participantes, instrumentos usados y proceso de recolección de datos. En el Capítulo 4 se registra el trabajo de los estudiantes frente a la resolución de las 3 actividades rediseñadas con base en la TSD y se hace un análisis de tipo cualitativo de las soluciones dadas por los alumnos y se muestran algunas evidencias de ello. Además, se presentan los resultados globales de lo realizado por los educandos. º4 APRENDIZAJE DE CONCEPTOS PROBABILÍSTICOS A TRAVÉS DEL JUEGO: ESTUDIO CON ALUMNOS DE PRIMER GRADO DE SECUNDARIA El Capítulo 5 contiene las conclusiones de los resultados relevantes encontrados en el estudio; incluye cómo se llegaron a los objetivos de la investigación y se da respuesta a las preguntas de investigación, así como las consideraciones didácticas de este estudio. También, se presentan 3 anexos para mostrar las lecciones originales tomadas de los dos libros de texto de Matemáticas autorizados por la SEP y 2 anexos con las actividades rediseñadas con base en la TSD. CAPÍTULO 1 PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN Este capítulo está dedicado a describir el problema, los objetivos y las preguntas de investigación que surgieron a raíz de observar cómo está planteado el tema: Anticipación de resultados de una experiencia aleatoria, su verificación al realizar el experimento y su registro en una tabla de frecuencias en los libros de texto de primer grado de nivel secundaria. En el programa de estudios de ese nivel educativo ubicado en el Bloque III, esos conceptos de probabilidad son considerados importantes, por quienes lo elaboraron. Entre otras razones, afirman que son fundamentales para la comprensión de actividades que tengan relación con ellos. Para dar sentido al problema de investigación aquí reportado, se analizaron diversas investigaciones sobre la enseñanza y el aprendizaje de situaciones probabilísticas, y cómo son incorporados en los libros de texto oficiales (utilizados en la enseñanza de nivel medio superior). 1.1.ANTECEDENTES 1.1.1. Panorama general de investigación en la enseñanza y aprendizaje de conceptos de probabilidad. De acuerdo con Jones y Thornton (2005) durante la década de 1950 a 1960, Piaget, Inhelder y psicólogos con diferentes orientaciones teóricas llevaron a cabo investigaciones sobre la formación de nociones lógicas y pensamiento probabilístico, en los niños. Esos primeros trabajos estuvieron centrados en el desarrollo y estructura del pensamiento del educando y en la intuición probabilística de las personas. También, en esa misma década, se examinaron los patrones de respuestas exhibidas por los alumnos cuando se les ponían tareas de predicción generadas aleatoriamente y cuyas probabilidades eran desconocidas. Aunque los investigadores de la época no estaban motivados por ningún interés en el estudio de eventos1 probabilísticos, como parte del currículo escolar, su trabajo, 1 En este documento se utilizan indistintamente evento o experimento para referirse a lo mismo. º6 APRENDIZAJE DE CONCEPTOS PROBABILÍSTICOS A TRAVÉS DEL JUEGO: ESTUDIO CON ALUMNOS DE PRIMER GRADO DE SECUNDARIA especialmente el de Piaget, suscitó investigaciones posteriores centradas en el aprendizaje y en la enseñanza de nociones aleatorias. También, Jones y Thornton (2005) refieren que en la década de 1970 a 1980, se dio continuación a la obra de Piaget con investigadores como Fischbein (1975), quien tuvo fuerte interés en investigar la naturaleza de concepciones e intuiciones probabilísticas. Otros psicólogos como Tversky y Kahneman (1974) indagaron acerca de las estrategias que la gente solía hacer para emitir juicios en problemas de azar. En esta misma década, también, se realizaron investigaciones en educación matemática, por ejemplo, Jones (1974) y Green (1983) estuvieron interesados en indagar el surgimiento del pensamiento aleatorio de estudiantes de diversas edades, antes de haber tratado con temas de probabilidad. Hubo, sin embargo, algunos investigadores en educación matemática que comenzaron a centrarse en el aprendizaje y en la enseñanza de conceptos, como: frecuencia absoluta y relativa, variación, entre otros, por ejemplo, Shepler (1970) y Steinbring (1984). La mayor parte de estas investigaciones tenían orientaciones clásicas sobre fenómenos aleatorios y probabilidad, y algunas incorporaban perspectivas frecuenciales y subjetivas. De acuerdo con Jones y Thornton (2005), esa investigación se llevó a cabo antes de que se integrara la probabilidad en el currículo escolar, en el cual se incluyó estudios cognitivos sobre el razonamiento probabilístico traído al aula, por ejemplo: Watson, Collis y Moritz (1997) y los experimentos de enseñanza con Batanero y Serrano (1999); Jones, Langrall, Thornton y Mogill (1999), además, Cañizares (1997) y Fernandes (2001), quienes realizaron evaluaciones de la forma en la que los alumnos resolvían problemas de eventos azarosos. En la actualidad, un recurso importante para la enseñanza y el aprendizaje de conceptos probabilísticos es la tecnología. Mediante el uso de software de simulación, los niños mejoran sus intuiciones con base en un número mayor de experiencias aleatorias. En este período la investigación [desde hace algunos años hasta la fecha] ha estado orientada a las necesidadesde los planes de estudios, así como en la instrucción en el aula. Batanero (2013) expone que al comenzar la enseñanza de la probabilidad en las aulas, se detectó la importancia de analizar los razonamientos y conceptos de los niños, porque la enseñanza de ellos se basa en ideas abstractas y no tan ligadas con la experiencia directa del 7 CAPÍTULO 1. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN alumno, como pudieran ser los de tipo geométrico o numérico. Desde muy pequeño, el educando aprende a estimar, discriminar y diferenciar formas, distancias y cantidades. Por tal motivo, en la enseñanza de situaciones de azar se ha buscado [en libros de texto o surgidas de reportes de investigación] o diseñado actividades relacionadas con la enseñanza y el aprendizaje de variables aleatorias que se puedan concretar con objetos físicos, como por ejemplo, los dados, el lanzamiento de monedas, ruedas de la fortuna, fichas, etc., que ayudan, de manera sencilla, a introducir ideas como: determinismo e incertidumbre, aleatoriedad, espacio muestral, frecuencias relativas y proporcionalidad, probabilidades experimentales y teóricas. La enseñanza de conceptos de probabilidad puede ser estudiada tomando en cuenta tres enfoques diferentes: clásica (a priori, también llamada teórica), frecuencial (a posteriori, o bien, experimental) y subjetiva (también conocida como personal). Estos enfoques pueden ser localizados en cualquier libro de probabilidad de nivel básico (e.g., Triola, 2004, p. 121). Este autor define el primer enfoque como: “Suponga que un procedimiento dado tiene n sucesos simples distintos. Cada uno tiene la misma probabilidad de ocurrir. Si el suceso A puede ocurrir s de n formas, entonces: n s diferentessimplessucesosdenúmero AocurrirpuedequeenformasdenúmeroAP )( ". P(A) puede ser aplicada en un experimento aleatorio que involucre un dado equilibrado. En éste, el espacio muestral (sucesos simples distintos) es el conjunto de casos n ={1, 2, 3, 4, 5, 6}, y si se desea calcular la probabilidad (clásica) del evento A correspondiente a la obtención de un número par, es decir, A={2, 4, 6}, entonces: 2 1 6 3 6,5,4,3,2,1# 6,4,2#)( AP El segundo enfoque (frecuencial), que se puede simular en una computadora, permite observar propiedades importantes de todos los experimentos que pueden repetirse bajo las mismas circunstancias un número indefinido de veces. Para calcular la probabilidad de estos tipos de eventos, es necesario contar con el registro de dicha clase de fenómenos, es º8 APRENDIZAJE DE CONCEPTOS PROBABILÍSTICOS A TRAVÉS DEL JUEGO: ESTUDIO CON ALUMNOS DE PRIMER GRADO DE SECUNDARIA decir, cuántas veces ocurrió el evento, considerando el total de veces que se registró el experimento. De acuerdo con este mismo autor, la probabilidad frecuencial está dada por: perimentoexelrepitiósequevecesdenúmero AocurrióquevecesdenúmeroAP )( . Shaughnessy (1983) propuso que la introducción de la probabilidad debería estar basada de acuerdo con este enfoque; mediante el diseño de actividades. Los experimentos con éstas deben ser; primero, prediciendo lo que puede ocurrir y confrontando aquello que se predijo con los resultados de simulaciones y experimentaciones, y sólo después pasar a su estudio formal. Es importante señalar que tanto en la probabilidad clásica como la probabilidad frecuencial se encuentran relacionadas con la Ley de los grandes números, la cual nos menciona que la frecuencia relativa de las obtenciones de un experimento de carácter aleatorio tiende a establecerse en un valor que coincide con la probabilidad clásica del experimento cuando éste se realiza muchas veces. El tercer enfoque (subjetiva), se aplica a experimentos que no encuadran en los anteriores. En éste, el cálculo de la probabilidad de un evento depende del observador, es decir, según lo que él conoce del fenómeno en estudio. Puede parecer un tanto informal esta forma de definir la probabilidad de un evento, sin embargo, en muchas situaciones es necesario recurrir a un experto para tener, por lo menos, una idea de cómo se comporta el fenómeno de interés y saber si la probabilidad de un evento es alta o baja. Por ejemplo, ¿cuál es la probabilidad de que nuestro equipo favorito de futbol gane en su próximo partido? Ciertas circunstancias internas del equipo, las condiciones del equipo rival o cualquier otra condición externa, son elementos que sólo algunas personas conocen y que podrían darnos una idea más exacta de esta probabilidad. Tradicionalmente, se enseñaba la probabilidad definiendo conceptos y manipulando fórmulas (probabilidad clásica), sin embargo, de acuerdo con Batanero (2013) resulta necesario enfrentar al alumno con sucesos aleatorios, buscando actividades adecuadas para suscitar su curiosidad; además de que el maestro tenga una adecuada formación profesional, pues es de gran relevancia para el logro de los objetivos en la enseñanza de la probabilidad ya que en gran parte, de él depende la elección de las estrategias o actividades 9 CAPÍTULO 1. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN idóneas para promover en los alumnos el desarrollo de su pensamiento probabilístico; así como, las habilidades y competencias para enfrentar situaciones cotidianas en las que interviene el azar (Alarcón, Bonilla, Nava, Rojano & Quintero, 2001). 1.1.2. Fases respecto a la discusión de conceptos de la probabilidad por la comunidad de investigadores. Jones y Thornton (2005) describen este breve panorama histórico de la investigación sobre la enseñanza y el aprendizaje de conceptos de probabilidad y clasifican a la investigación de acuerdo con los tres períodos cronológicos prefigurados, como: (i) durante Piaget, (ii) posterior a él, y (iii) el contemporáneo. A continuación, se trata sucintamente cada una de estas fases y las implicaciones de cada una de ellas en el proceso educativo. (i) durante Piaget En esta fase prevaleció Piaget e Inhelder (1951/1975) como referente teórico en el estudio sobre el pensamiento probabilístico y aunque sus indagaciones no estaban directamente relacionadas con el aprendizaje y la enseñanza de conceptos de probabilidad, el alcance de sus investigaciones, en cuanto a objetivos, metodología y resultados fueron de tanta importancia que repercutieron en los siguientes períodos. Así, los trabajos de estos investigadores sobre el crecimiento y la estructura del pensamiento probabilístico fue parte de una serie de estudios que Piaget emprendió en el desarrollo intelectual en campos tales como el número, el espacio, el razonamiento proporcional y la causalidad física. El mérito fundamental de Piaget e Inhelder fue proporcionar evidencias sobre la estructura de las operaciones mentales y, adicionalmente, en la epistemología genética se clasifica el pensamiento de los estudiantes en cuatro etapas de desarrollo2. Para fines de este trabajo se consideran sólo las siguientes etapas: la preoperacional (de 4 a 7 años), en la cual los juicios de los niños se encuentran en un “mundo de las intuiciones perspicaces y subjetivas”, la de las operaciones concretas (de 7 a 11 años), en ella, los alumnos son capaces de diferenciar entre certeza e incertidumbre; encontrar el conjunto de todos las 2 Es conveniente destacar que las etapas son invariantes; sin embargo, las edades pueden variar porque dependen de la inteligencia, experiencia y cultura de la persona. º10 APRENDIZAJE DE CONCEPTOS PROBABILÍSTICOS A TRAVÉS DEL JUEGO: ESTUDIO CON ALUMNOS DE PRIMER GRADO DE SECUNDARIA posibles combinaciones de un espacio muestral y utilizar estrategias en la solución de tareas, aunque no siempre las usan de manera habitual, y de las operaciones formales (de 11 años en adelante), en ésta se considera que los estudiantes son capaces de entender la Ley de los grandes números, en el sentido de que las distribucionesse vuelven más regulares y simétricas cuando el número de experimentos aumenta; además, pueden usar estrategias sistemáticas y completas para mostrar todas las combinaciones posibles de espacios muestrales y utilizar razonamiento proporcional para determinar el espacio muestral óptimo para el evento estudiado. (ii) posterior a él Éste fue un período de investigación prolífico para entender el pensamiento probabilístico de niños y adultos; pero sin considerar la enseñanza y su influencia en la solución de problemas sobre eventos de azar, sino lo relacionado con aquello que puede ocurrir. Fischbein (1975) señala que las intuiciones3 probabilísticas son creencias cognitivas adaptables, y que juegan roles importantes en el aprendizaje y, por tanto, pueden estar influenciadas mediante instrucciones sistemáticas. Este autor observó que la enseñanza y el aprendizaje de lo intuitivo puede ser útil, pero también producir conceptos erróneos. Desde la perspectiva de la enseñanza y el aprendizaje de conceptos probabilísticos, Fischbein (1975, 1987) produjo la caracterización del desarrollo de las intuiciones relacionadas con el azar, referentes a las etapas de desarrollo, y que se relacionan con conceptos, tanto de la probabilidad clásica como de la frecuencial. (iii) el contemporáneo Durante esta etapa, ha habido interés por investigar los conflictos que suscita la enseñanza y el aprendizaje de conceptos de probabilidad en el ámbito educativo. Por ejemplo, en la década de 1970, Brousseau examinó la pedagogía para interiorizar algunas nociones de probabilidad y estadística en un salón de clases de educación elemental. Años después, 3 Fischbein clasificó las intuiciones en primarias y secundarias. Las primarias se derivan de las experiencias individuales y son independientes de la enseñanza deliberada (son importantes porque presentan sesgos que interactúan con las estructuras lógicas asociadas con determinados tipos de conocimiento). Las secundarias se crean como resultado de la instrucción sistemática. Estas intuiciones pueden interactuar de manera compatible y así facilitar el aprendizaje. 11 CAPÍTULO 1. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN junto con otros colegas, revisó su estudio y advirtió que las estrategias clave que emergieron fue la necesidad de tener a los niños involucrados en la exploración empírica y en la colección y análisis de datos como una base para construir significados (Brousseau y Warfield, 2002). Estos hallazgos sentaron las bases para la investigación actual que sobre probabilidad se llevan a cabo. Asimismo, Jones y Thornton (2005) comentan que Jones (1974) indagó en estudiantes sobre diversos conceptos de probabilidad incorporados en los programas de estudios. En su indagación, este autor consideró objetivos y actividades tomando en cuenta las distintas perspectivas de la probabilidad: clásica, frecuencial y subjetiva. El trabajo de investigación aquí reportado sigue las líneas de pensamiento de Shaughnessy (1992), quien propone que el modelo de probabilidad a emplear en una situación didáctica particular debería estar determinado por el tipo de problemas que se desea resuelvan los alumnos (Jones & Thornton, 2005). En la revisión de la obra de Fischbein y Green (2001) se identifican los siguientes tres principios de instrucciones para construir intuiciones o estructuras conceptuales existentes, y promover la construcción de otras nuevas, en los alumnos: - Que los niños tengan experiencias prolongadas; enfocadas con situaciones de azar para que ellos construyan sobre sus intuiciones existentes (conocimientos informales) otras nuevas. También, se les deben proporcionar oportunidades para que confronten y analicen los conflictos que pueden surgir al resolver problemas de azar. - Usar diferentes representaciones y modelos para el desarrollo de sus intuiciones (tablas de conteo, gráficos, diagramas de árbol, etc.), que conduzcan a nuevos conocimientos sobre situaciones concretas. - Considerar que el pensamiento determinista de los alumnos, promovido a través de años de escolaridad es erróneo, y debiera existir un pensamiento probabilístico asociado con la incertidumbre, sorpresa o la aleatoriedad. Este es el principio fundamental del desarrollo de la comprensión de conceptos de probabilidad (Jones & Thornton, 2005). º12 APRENDIZAJE DE CONCEPTOS PROBABILÍSTICOS A TRAVÉS DEL JUEGO: ESTUDIO CON ALUMNOS DE PRIMER GRADO DE SECUNDARIA En la literatura relacionada con la enseñanza de conceptos probabilísticos se sugiere que los alumnos puedan adquirir nociones de probabilidad al introducirlas mediante actividades basadas en juegos de azar; que favorecen su adquisición intuitiva. De este modo, el primer paso para comenzar la enseñanza de tales conceptos es que el profesor se asegure de que los educandos son capaces de diferenciar situaciones aleatorias y deterministas, es decir, que mediante tareas ellos puedan distinguir algunas características básicas de la aleatoriedad; el segundo paso, es que logren estimar en una serie de experimentos cuáles son los sucesos que aparecen con mayor o menor frecuencia, particularmente, aquellos donde las predicciones tienen algún resultado práctico. Los pasos antes mencionados ayudan a que los alumnos logren la estimación de lo posible, mediante la resolución de problemas que impliquen comparación de probabilidades de un mismo suceso en dos experimentos diferentes, y después ellos interpreten los resultados obtenidos como razones y, posteriormente, lleguen al concepto de proporción (Batanero, 2006). La necesidad de sistematizar tanto la enseñanza como el aprendizaje de conceptos probabilísticos llevó [a quienes se encargan del diseño curricular] a que la probabilidad fuera incluida en el currículo de educación básica, a través de planes y programas de estudio. En esos programas se argumenta que el aprendizaje de conceptos probabilísticos elementales es fundamental para lograr los objetivos educativos, de los niveles escolares en cuestión. Es importante señalar que la identificación de los diferentes elementos de significado asociados con cada concepto sirve también de base para la construcción de situaciones didácticas e instrumentos de evaluación implementados con los alumnos de cierto nivel educativo. En seguida, se presentan concepciones fundamentales acerca de la enseñanza de conceptos de probabilidad en el primer grado de educación secundaria del sistema educativo nacional. - Probabilidad en contexto. Oportunidad y riesgo son términos que aparecen en muchos escenarios. En los planes de estudio se sugería tradicionalmente la enseñanza de ésta como una parte de la matemática pura, y los ejemplos se basaban en espacios muestrales finitos, para lo cual era posible enumerar, contar y comparar los resultados de manera 13 CAPÍTULO 1. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN explícita. De ahí que las preguntas se desarrollaban sobre la base de dados, monedas o barajas, sin embargo, en la actualidad, la probabilidad tiende a centrar su estudio en entornos sociales, dentro de los cuales las preguntas no necesariamente son numéricas. - Cambio y lenguaje. Los problemas asociados con el lenguaje pueden estar relacionados con el significado de terminología, tales como el uso de las palabras: “suerte” “éxito”, “imposible”, “algo seguro”, “poco probable”, “buena oportunidad”, “puede pasar cualquier cosa”, la frase “50-50” (en situaciones equiprobables), etc. Los estudiantes de educación secundaria relacionan, de manera frecuente, la suerte y la posibilidad de que ocurra algo. Ellos han experimentado juegos y escuchado discusiones sobre por qué los jugadores tienen éxito en sus predicciones o piensan que a veces se gana por casualidad, para contrarrestarlo se sugiere la utilización del vocabulario adecuado; con el propósito de describiry cuantificar situaciones relacionadas con el azar, y que conduzcan a la elaboración de tablas de frecuencias y gráficas para representar el comportamiento de fenómenos aleatorios. - Equidad. La apreciación de la creencia en lo “justo” está relacionada de dos maneras en cuanto a la comprensión probabilística: (i) si uno cree en la equidad del azar y en la (ii) imparcialidad de los juegos, entonces cada jugador tiene la misma oportunidad de ganar siempre y cuando se cumpla con lo mencionado previamente. Muchas de las actividades sugeridas para los estudiantes de nivel primaria y secundaria se basan en la idea de lo justo, pero las reglas establecidas en el juego pueden llevar a resultados que no son igualmente probables para quien juega. El objetivo de tales sugerencias es dar a los alumnos la oportunidad de considerar espacios muestrales (de resultados) y trabajar con eventos simples o compuestos en la determinación de las probabilidades. Si, por ejemplo, los estudiantes creen que un dado de seis caras es justo, es decir, se tiene la misma oportunidad de presentar cada lado, entonces se puede pensar en equidad. Sin embargo, algunos educandos tienen dos creencias simultáneas: que todos los dados son “justos” y que algunos números surgen más a menudo que otros. º14 APRENDIZAJE DE CONCEPTOS PROBABILÍSTICOS A TRAVÉS DEL JUEGO: ESTUDIO CON ALUMNOS DE PRIMER GRADO DE SECUNDARIA - Características de fenómenos aleatorios. Estos tienen resultados individuales inciertos, pero exhiben regularmente patrones de ellos con muchas repeticiones de un evento. Los conceptos involucrados en la aleatoriedad son los siguientes: (i) Espacio muestral. Este concepto es fundamental para lograr razonamientos probabilísticos. Así, desde esta perspectiva, los alumnos lo comprenden si tienen las siguientes habilidades cognitivas: - reconocimiento de las diferentes formas posibles de obtener un resultado [cualquiera]; - capacidad de generar, de manera sistemática y exhaustivamente, esas posibilidades, y - localizar y representar gráficamente el espacio muestral en la distribución de resultados. (ii) Evento simple. En este tipo de evento, por ejemplo, el lanzamiento de una moneda: u obtener un 1 o un 3 en un lanzamiento de un dado: . Los estudiantes pueden lograr respuestas numéricas correctas, pero no justificarlas con argumentos apropiados. Estos experimentos conducen a resultados, con frecuencia, inciertos, por ejemplo, algunos educandos pueden decir “cualquier cosa puede pasar”, “es imposible de predecir”, etc. Sin embargo, es necesario que el alumno dé argumentaciones con lenguaje probabilístico, aun en este y otros tipos de eventos aleatorios. (iii) Evento compuesto. Éste es la combinación de eventos simples, tales como lanzar dos dados y sumar los resultados, por lo general, se crea un espacio muestral más complejo que el del evento original. (iv) Muestreo y frecuencia. Aunque los estudiantes son propensos a reconocer que el mismo resultado no ocurrirá cada vez que una moneda se lanza, no están conscientes para describir la variación real que existe cuando son muchos los ensayos (lanzamientos), por ejemplo, si se piensa en 50 lanzamientos de la moneda, 15 CAPÍTULO 1. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN la mayoría de los estudiantes escogen 25 soles [caras] como el número más probable de resultados “exitosos”, lo cual no es sorprendente por su conocimiento de la probabilidad clásica. 1.2. OBJETIVOS 1.2.1. General. Lograr aprendizajes significativos de los estudiantes, referentes a conceptos de probabilidad, mediante la adaptación, diseño o rediseño de situaciones didácticas y a- didácticas, tomando como base la propuesta teórica de Brousseau. 1.2.2. Específicos. (A) Que los estudiantes de primer grado de secundaria den sentido a los conceptos de experimentos aleatorios y deterministas, equiprobabilidad, espacio muestral, frecuencia [absoluta] y frecuencia relativa a través del juego, desde el punto de vista de Brousseau. (B) Diseñar o rediseñar situaciones a-didácticas que propicien la reflexión y el aprendizaje de los estudiantes, mediante situaciones de juego, de los conceptos de experimentos aleatorios y deterministas, equiprobabilidad, espacio muestral, frecuencia [absoluta] y frecuencia relativa. 1.3. PREGUNTAS DE INVESTIGACIÓN (a) ¿Cómo debe ser el diseño o rediseño de las actividades tomadas de los libros de texto, de modo que los estudiantes den sentido a los conceptos de probabilidad ahí tratados? (b) ¿Cómo el juego, desde el punto de vista de Brousseau, favorece la comprensión y el aprendizaje de conceptos probabilísticos tratados en el primer grado de educación secundaria? 1.4. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN En el programa de estudio editado por la Secretaría de Educación Pública (SEP, 2011) se señala: º16 APRENDIZAJE DE CONCEPTOS PROBABILÍSTICOS A TRAVÉS DEL JUEGO: ESTUDIO CON ALUMNOS DE PRIMER GRADO DE SECUNDARIA Los avances logrados en el campo de la didáctica de la matemática en los últimos años dan cuenta del papel determinante que desempeña el medio [Brousseau, 1997], entendido como la situación o las situaciones problemáticas que hacen pertinente el uso de las herramientas matemáticas que se pretenden estudiar, así como los procesos que siguen los alumnos para construir conocimientos y superar las dificultades que surgen en el proceso de aprendizaje. […]. Para resolver la situación, el alumno debe usar sus conocimientos previos, mismos que le permiten entrar en la situación, pero el desafío consiste en reestructurar algo que ya sabe, sea para modificarlo, ampliarlo, rechazarlo o para volver a aplicarlo en una nueva situación. (SEP, 2011, pp. 19 y 20). Con esta misma temática, en líneas posteriores, del mismo programa de estudios, se cita lo siguiente: Con el enfoque didáctico que se sugiere se logra que los alumnos construyan conocimientos y habilidades con sentido y significado […]; asimismo, [lograr] un ambiente de trabajo que brinda a los alumnos […] la oportunidad de aprender a enfrentar diferentes tipos de problemas, a formular argumentos, a emplear distintas técnicas en función del problema que se trata de resolver, y a usar el lenguaje matemático para comunicar o interpretar ideas. Estos aprendizajes adicionales no se dan de manera espontánea, independientemente de cómo se estudia y se aprende la matemática. Por ejemplo, no se puede esperar que los alumnos aprendan a formular argumentos si no se delega en ellos la responsabilidad [devolución, según Brousseau, 1997] de averiguar si los procedimientos o resultados, propios y de otros, son correctos o incorrectos. (SEP, 2011, p. 22) Así, se pretende que los alumnos argumenten y razonen al analizar situaciones, formulen preguntas, emitan juicios, propongan soluciones y validen sus estrategias. Al respecto, se han hecho investigaciones acerca de cómo el estudiante aprende conceptos básicos de probabilidad y si éstos son comprendidos y analizados correctamente, desde el primer grado de secundaria, entonces los alumnos, posteriormente, tendrán las herramientas necesarias para comprenderlos aun si son más complejos. Por ello, con la presente investigación se pretende que los conceptos básicos de probabilidad, puestos en práctica mediante la teoría de Brousseau, sean pilares de apoyo para que los alumnos logren nuevos aprendizajes. En el siguiente capítulo se reseña el marco teórico utilizado en la presente investigación. CAPÍTULO 2 MARCO CONCEPTUAL Este capítulo está dedicado a describir la Teoría de Situaciones Didácticas (TSD, Brousseau, 1993), en la cual está apoyada la investigación reportada en esta tesis. Esta teoría comprende dos medios importantes, en los cuales se apoya: situaciones a-didácticas (fases de acción, formulación y validación) y situaciones didácticas (fases de iniciación e institucionalización).También, Brousseau acuña conceptos relevantes en su teoría, tales como: contrato didáctico, devolución y medio que desempeñan un papel importante en la didáctica de las matemáticas contemporáneas. 2.1. CONCEPTOS GENERALES DE LA TEORÍA Brousseau (1993) propone un enfoque sistémico4 para la enseñanza. Esta aproximación teórica está centrada en la noción de sistema didáctico; que comprende las interrelaciones entre el docente, los alumnos, el medio y el saber (conocimiento institucional). Él clasificó las interacciones de las personas que intervienen en el milieu5 (medio). También, en la TSD se consideran las relaciones entre docente y alumnos establecidas a través de una negociación, la cual da como resultado un contrato didáctico con el que se regula el trabajo en la clase considerando al docente, el alumno y el saber. Asimismo, en esta teoría se considera el proceso de devolución, llamado de esta manera porque el docente le da o traslada al alumno la responsabilidad de aprender. En esta teoría se consideran las siguientes fases didácticas y a-didácticas: iniciación, acción, formulación, validación e institucionalización. 4 Al tratarse de la totalidad de un sistema, una modificación en algún elemento influye en los demás, porque actúa coordinadamente. 5 El medio son las tareas específicas que efectúan los alumnos y las condiciones en las cuales deben hacerlas y, además, las acciones que realiza el docente (Brousseau, 1993). º18 APRENDIZAJE DE CONCEPTOS PROBABILÍSTICOS A TRAVÉS DEL JUEGO: ESTUDIO CON ALUMNOS DE PRIMER GRADO DE SECUNDARIA 2.1.1. Teoría de situaciones didácticas (TSD). En la didáctica de las matemáticas se considera la existencia de tres subsistemas: la situación didáctica, el saber enseñado y los alumnos. A continuación, se describen grosso modo cada uno de ellos. Primer subsistema: la Situación Didáctica Brousseau lo define como: un conjunto de relaciones establecidas explícita y/o implícitamente entre un alumno o un grupo de alumnos, un cierto medio (que comprende eventualmente instrumentos u objetos) y un sistema educativo (representado por el profesor) con la finalidad de lograr que estos alumnos se apropien de un saber constituido o en vías de constitución. (citado en Gálvez, 1985, p. 8) Estas relaciones se establecen mediante una negociación entre el docente y los alumnos, cuyo resultado ha sido designado por Brousseau (1993) como contrato didáctico, a modo de regular el trabajo en la clase y del sistema: maestro, alumno y saber. En este contrato se da un conjunto de interacciones entre el docente y los alumnos; en éstas, los participantes esperan (expresa o tácitamente) lo que cada uno “tiene la responsabilidad de producir y de lo que será de una u otra manera, responsable ante el otro” (p. 15). En este contrato, se definen las reglas de funcionamiento en la situación: distribución de responsabilidades –quién puede hacer qué, y quién debe hacer qué–, diferentes actividades, permiso o prohibición del uso de determinados recursos de acción, etc. No obstante, en la relación didáctica no se puede dar una relación formal, pues el docente no puede, explícitamente, decirle al alumno el conocimiento que debe aprender, porque al decírselo impide que el educando lo construya. “Sin embargo, la ilusión de que hay un contrato es indispensable para que la relación se dé” (Brousseau, 2000, p. 24). Este tipo de relaciones permite establecer algunas estrategias para el aprendizaje; con base en ellas, se presentan diferentes modelos6 que señalan aquello que ocurre en el sistema establecido. 6 En distintas áreas del conocimiento, representación o esquema utilizado para explicar o estudiar algo (Moliner, 1998). 19 CAPÍTULO 2. MARCO CONCEPTUAL Otra aportación de la TSD de Brousseau (1994) es el concepto que él llama devolución. Éste se entiende como aquello que efectúa el docente, y consiste en la transferencia de responsabilidad al alumno, de las situaciones de aprendizaje. Más precisamente, de acuerdo con este autor, el profesor es el responsable de la enseñanza mientras que el estudiante lo es de su aprendizaje. Al respecto, él comenta: No basta “comunicar” un problema a un alumno para que el problema se convierta en su problema y se sienta el único responsable de resolverlo. Tampoco basta que el alumno acepte esa responsabilidad para que el problema que resuelva sea un problema “universal”, libre de presupuestos subjetivos. Denominamos “devolución” a la actividad mediante la cual el docente intenta alcanzar ambos resultados. (p. 67, las comillas son del original) Para que se dé este proceso [el de devolución] es necesario que la situación didáctica provoque en los alumnos una interacción con el conocimiento lo más independientemente posible de la aprobación del docente; de esta forma, el profesor no decide en cada instante cuál debe ser la actividad puntual de los alumnos y deja de considerarse el único –y principal– responsable de la actitud, motivación y quehacer de ellos; además, la responsabilidad creciente del estudiante permite dar sentido y legitimidad a una evaluación externa de su trabajo, y no diseñada y controlada únicamente por el docente. Mediante el proceso de devolución, el profesor busca que los alumnos se apropien y responsabilicen de situaciones de aprendizaje y sean ellos constructores de éste; en consecuencia, lo aprendido es una modificación del conocimiento que el educando debe producir por él mismo. Brousseau (2000) vuelve a definir situación didáctica como: “situación7” [aquella] que describe el entorno didáctico del alumno; comprende todo aquello que concurre para enseñarle algo. En este sentido, comprende al profesor, tanto si éste se manifiesta durante el desarrollo de la situación como si no” (p. 21). Algunas de estas situaciones didácticas requieren de la asimilación previa de todos los conocimientos necesarios, y para comprender una determinada situación, el alumno debe proponer, con sus saberes actuales, estrategias iniciales que correspondan con la 7 Brousseau considera que una situación es un modelo, y a través de éste se establecen interacciones entre los alumnos y el medio, cuyo fin es construir conocimiento. º20 APRENDIZAJE DE CONCEPTOS PROBABILÍSTICOS A TRAVÉS DEL JUEGO: ESTUDIO CON ALUMNOS DE PRIMER GRADO DE SECUNDARIA indicación o consigna que se le da. Asimismo, “hay otras [situaciones de aprendizaje] que ofrecen una posibilidad al sujeto para construir por él mismo un conocimiento nuevo en un proceso genético” (ibid., p. 10), para que él pueda elaborar uno nuevo debe comprender la consigna o las indicaciones sin el apoyo de su solución; pues ésta es, precisamente, la que el alumno debe construir. Cada conocimiento matemático posee, al menos, un problema que lo caracteriza y diferencia de otros. El conjunto de situaciones asociadas a un mismo concepto está estructurado de manera específica, y éste puede ser generado a partir de un pequeño número de situaciones llamadas fundamentales por Brousseau, a las cuales se les pueden variar condiciones para provocar cambios de estrategias en los alumnos, y con ello, provocar construcción de conocimientos. En la TSD de Brousseau (1994) es relevante el concepto de situación a-didáctica, la cual es diseñada con fines de aprendizaje en la que el docente ha logrado hacer desaparecer su voluntad y sus intervenciones, y participan únicamente los alumnos. En este tipo de situación intervienen variables didácticas, llamadas así, pues son elementos que el docente puede fijar o variar para provocar cambios de estrategia en los alumnos; en consecuencia, el conocimiento construido mediante situaciones de aprendizaje está definido por las restricciones o variaciones implícitaso explícitas en el diseño de éstas. Existen diferentes tipos de situaciones a-didácticas, caracterizadas por Brousseau en tres fases: acción, formulación y validación. Fase de acción [juego de uno vs. otro]. Ésta corresponde al momento en el cual, una vez emprendida la consigna o problema, el alumno interactúa con el medio [las situaciones junto con su adversario en el juego] en busca de resultados. Si el educando no cuenta con una estrategia inicial segura, comienza trabajando mediante ensayos y refinamientos de sus procedimientos, lo cual le ofrece bastante información. En esta fase, el alumno debe tomar las decisiones que hagan falta para organizar su actividad e intenta, a partir de cierto momento, construir nuevas formas de resolver la actividad propuesta; en éstas subyacen nociones [primeras ideas], relaciones y propiedades utilizadas durante el juego (el conocimiento está sirviendo como recurso), y de las cuales el educando sabe algo y lo 21 CAPÍTULO 2. MARCO CONCEPTUAL puede poner en práctica; pero que no es capaz de entrelazarlas formalmente, pues no está consciente de ello, aun cuando su acción sea exitosa. Una situación de acción adecuada debe permitirle al alumno juzgar el resultado de su actividad y ajustarla sin la intervención del docente y, con ello, reconocer si la solución es correcta, gracias a la retroalimentación que los educandos reciben por parte del medio. De esta manera, se fomenta la autonomía de aprendizaje de ellos y se favorece su autodidactismo al lograr que los niños lleguen a ser capaces de tomar decisiones acertadas. Fase de formulación. La finalidad de ésta, es la comunicación entre los alumnos, y en ella comparten información referente a las estrategias ganadoras por ellos descubiertas durante el juego. La interacción de los alumnos en esta fase es relevante, y debe surgir por el interés en comunicar algo. El intercambio de resultados obtenidos entre la pareja de estudiantes implicados en el juego tiene el propósito de que ellos modifiquen el lenguaje que usualmente utilizan, pues lo deben adecuar a la información compartida. Fase de validación. En ésta, los alumnos deben justificar la razón por la cual sus estrategias para ganar el juego son válidas; convencer a los demás sobre la certeza de sus afirmaciones, y para ello tienen que elaborar argumentaciones suficientemente convincentes desde el punto de vista de una Institución. El nivel de conocimiento [de lo informal a lo formal] está relacionado con los procedimientos efectuados para ganar el juego. También, en esta fase se explican y justifican propiedades y generalidades, posiblemente, movilizadas8 en las fases anteriores, pero es necesario que quienes pidan estas justificaciones sean los propios alumnos. Además de las situaciones a-didácticas, se necesitan las fases de iniciación y de institucionalización. En la iniciación, el docente da la consigna para establecer las condiciones del trabajo que deben llevar a cabo los alumnos. Ésta es importante, pues los educandos deben comprender completamente cuáles son las reglas del juego propuestas. No es posible pasar a la fase de acción si la situación didáctica no fue comprendida a cabalidad por quienes intervienen en el juego. Con el fin de que el profesor esté seguro de que los 8 Hacer funcionar cualquier recurso de que se dispone, en cierto momento o para cierto fin (Moliner, 1998). º22 APRENDIZAJE DE CONCEPTOS PROBABILÍSTICOS A TRAVÉS DEL JUEGO: ESTUDIO CON ALUMNOS DE PRIMER GRADO DE SECUNDARIA alumnos hayan comprendido la situación, puede solicitarles que expliquen con sus palabras en qué consiste, así como las reglas de juego inherentes en ella. Institucionalización. En ésta, el docente retoma lo que los alumnos trabajaron en las fases de las situaciones a-didácticas y los aprendizajes elaborados, para –entre otros objetivos– hacer que los estudiantes identifiquen el conocimiento construido por ellos como un saber con un nombre y nomenclatura convencional; es en este momento donde se establecen las convenciones sociales del saber aprendido. Es importante subrayar que la iniciación y la institucionalización están vinculadas con las tres fases a-didácticas antes descritas, y ninguna de las dos fases precedentes puede ser trabajada por separado. Brousseau mismo considera: Las situaciones de enseñanza tradicional son situaciones de institucionalización, pero sin que el maestro se ocupe de la creación del sentido: se dice lo que se desea que el niño sepa, se le explica y se verifica que lo haya aprendido. (Brousseau, 1994, p. 75) Sin embargo, la utilización de estas fases (acción, formulación y validación), junto con las de iniciación e institucionalización son insuficientes para promover en el alumno todos los conocimientos culturales por aprender, pues el alumno: “no habrá adquirido verdaderamente ese conocimiento hasta que sea capaz de ponerlo en práctica él mismo en situaciones que encontrará fuera de todo contexto de enseñanza y en la ausencia de toda indicación intencional” (Brousseau, 1993, p. 14). Segundo subsistema: el saber enseñado Éste se relaciona con la enseñanza, porque un saber, necesariamente, sufre transformaciones cuando es enseñado. El proceso de transposición didáctica comienza cuando el científico expone el conocimiento descontextualizado, y después el docente “busca situaciones que le den sentido a los conocimientos por enseñar” (Brousseau, 1994, p. 65). Sin embargo, es importante distinguir, en las situaciones didácticas, el papel de herramienta [también llamado artefacto] y objeto –cultural– [surgido de acciones instrumentadas] que juega el conocimiento. La dialéctica: artefacto instrumento tiene un papel importante en la construcción de situaciones de aprendizaje. 23 CAPÍTULO 2. MARCO CONCEPTUAL Tercer subsistema: los alumnos En éste se considera que los educandos no resuelven en forma automática un problema aritmético, sino que antes se plantean una serie de hipótesis, como resultado de la representación de él, y la cual los conduce a formularse diversos procedimientos para obtener la solución. La actividad propia del alumno, que no se lleva a cabo, necesariamente, por la manipulación de objetos materiales, supone una dialéctica de pensamiento-acción, la cual es diferente de una instrucción guiada. La importancia dada a los alumnos en la TSD (mediante sus fases de acción, formulación y validación) se relaciona con el proceso de construcción del conocimiento que el alumno efectúa, y lo prepara como “un ser racional, social, autónomo y responsable, capaz de comprender cómo se establece y se comparte la verdad en la sociedad, mediante debates a la vez democráticos y constructivos” (Brousseau, 2000, p. 20). En el siguiente capítulo se utiliza la TSD para adaptar –rediseñar– situaciones de juego tomadas de libros de texto de educación secundaria. En estas adaptaciones será notorio el uso de la TSD de Brousseau discutida en este capítulo de la tesis. º24 APRENDIZAJE DE CONCEPTOS PROBABILÍSTICOS A TRAVÉS DEL JUEGO: ESTUDIO CON ALUMNOS DE PRIMER GRADO DE SECUNDARIA CAPÍTULO 3 METODOLOGÍA En este capítulo se explica cómo se llevó a cabo el trabajo de investigación, y las consideraciones tomadas en cuenta hacia la planeación de los instrumentos para la recolección de datos. Se muestra las observaciones efectuadas a un grupo de alumnos de primer grado de secundaria al proponerles tres actividades rediseñadas, tomadas de los dos libros de texto seleccionados, sobre el contenido: “Anticipación de resultados de una experiencia aleatoria, su verificación al realizar el experimento y su registro en una tabla de frecuencias” ubicado en el Bloque III del Programa de Estudios 2011, primer grado,Matemáticas, Secretaría de Educación Pública (SEP, 2011, p. 33). Así mismo, se desglosa el análisis del contenido señalado en dos libros de texto (autorizados por la SEP) con el fin de detectar si con las actividades ahí propuestas, los alumnos logran entender los conceptos básicos de probabilidad estudiados en dicha lección, y qué tanta proximidad hay con la TSD, pues se considera que ésta está presente en el programa de estudio (SEP, 2011). 3.1. PARTICIPANTES El estudio se llevó a cabo con 12 estudiantes (siete mujeres y cinco hombres, de entre 11 y 12 años de edad) que cursan el primer grado de educación secundaria, en una escuela pública ubicada en el sur de la ciudad de México. Para seleccionar a los participantes se solicitó a la dirección de la escuela conocer las calificaciones del examen diagnóstico que se les proporcionó a los cuatro grupos de primer grado, con la finalidad de elegir los mejores tres alumnos de cada grupo. Se tomó este criterio de selección considerando que al elegir a estudiantes de alto rendimiento, éstos no iban a tener grandes dificultades para ponerse al corriente en las clases en donde se ausentaran por participar en esta investigación, debido a que al ser de diferentes grupos tenían distintos horarios que no º26 APRENDIZAJE DE CONCEPTOS PROBABILÍSTICOS A TRAVÉS DEL JUEGO: ESTUDIO CON ALUMNOS DE PRIMER GRADO DE SECUNDARIA coincidían con el asignado para efectuar la toma de datos. A continuación, se reportan las características generales de los alumnos elegidos y el ambiente de la escuela. Los alumnos presentan en su certificado de sexto grado calificaciones entre 9.0 y 9.9. En su mayoría proceden de padres profesionistas, incluso con posgrado. Todos los educandos cuentan con internet en su casa y tienen aspiraciones de llegar a cursar una licenciatura. En su mayoría, provienen de la Unidad Habitacional donde está ubicada la escuela. La institución donde se tomaron los datos cuenta con 38 profesores procedentes de distintas instituciones educativas en las que ellos y ellas se formaron académicamente (e.g., Escuela Normal Superior de México, Universidad Nacional Autónoma de México, Universidad Autónoma Metropolitana y Universidad Pedagógica Nacional, entre otras), además de 11 trabajadores adscritos como personal de apoyo (administrativo y manual). 3.2. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN 3.2.1. Tipo de investigación. Ésta es de carácter cualitativo, y se refiere a la manera en cómo es enfocado el problema de investigación, y se busca dar respuesta a las distintas preguntas planteadas, además de considerar el escenario, los participantes y los instrumentos metodológicos que se utilizaron. 3.2.2. Actividades. 3.2.2.1. Selección de las actividades –sobre probabilidad– de dos libros de texto de primer grado de educación secundaria Para saber qué conceptos de probabilidad, afines a los considerados en el presente documento, son tratados en los últimos grados de educación primaria se revisaron los contenidos en los libros de texto de educación primaria (Arriaga & Benítez, 2012; Arteaga & Sánchez, 2014; Covían, 2012; Cuevas, Betancourt, Cervantes, Real & Rodríguez, 2012; Olea, Basurto & Rivera, 2012; Sánchez, 2014; Sánchez, Sáiz, Hoyos & Guzmán, 2012; Trigueros, Lozano, Schulmaister, Sandoval, Jinich & Cortés, 2012), poniendo énfasis en la búsqueda de conceptos tratados en esta investigación. Se encontró que en cuarto grado se 27 CAPÍTULO 3. METODOLOGÍA trabaja con el de frecuencia; mientras que en quinto nivel se estudia el de frecuencia relativa representada como fracción y, finalmente, en sexto año, porcentajes. Dichos conceptos están inmersos en situaciones cotidianas que los dotan de sentido. En las diversas actividades, propuestas en los libros de texto, se solicita a los alumnos obtener e interpretar información basándose en tablas y gráficas de diferentes tipos. En las lecciones analizadas, se pide al educando plantear preguntas, contestarlas, y después comunicarlas a sus compañeros, dando argumentaciones que justifiquen la validez de sus respuestas. Para fines del presente trabajo, se tomó en cuenta el eje temático 3: Manejo de la Información; que incluye acciones orientadas a la búsqueda, organización, análisis y presentación de información para responder preguntas. Los temas y contenidos están relacionados con el registro de frecuencias y el análisis de eventos azarosos; situaciones cuyo estudio se asocia con el desarrollo del pensamiento estadístico y probabilístico, respectivamente. Con el fin de elaborar un análisis adecuado del tema elegido, se revisaron ocho libros que tuvieran el aval de la SEP como libro de texto y, por ello, cumplir con los contenidos matemáticos y el enfoque didáctico que señala el Programa de Estudios de 2011, Educación Básica, primer grado, Secundaria. El análisis consistió en indagar cómo se abordan los conceptos: experimentos aleatorios y deterministas, equiprobabilidad, espacio muestral, frecuencia [absoluta] y frecuencia relativa en el tema: Anticipación de resultados de una experiencia aleatoria, su verificación al realizar el experimento y su registro en una tabla de frecuencias. Se resolvieron y analizaron todas las actividades diseñadas en cada uno de los libros referente al tema mencionado, con el propósito de elegir dos de ellos que tuvieran mayor aportación a esta investigación, ya sea por sus diversas actividades así como por posibles omisiones o errores de tipo didáctico o bien de contenido matemático. A continuación, se presenta la Tabla 3.1 en la cual se muestran las actividades de los ocho libros analizados. º28 APRENDIZAJE DE CONCEPTOS PROBABILÍSTICOS A TRAVÉS DEL JUEGO: ESTUDIO CON ALUMNOS DE PRIMER GRADO DE SECUNDARIA Tabla 3.1 [elaborada por la autora de esta tesis] Libros de texto analizados Los dos libros seleccionados son: Matemáticas 1 por competencias (Arriaga & Benítez, 2012) y Matemáticas 1. Secundaria (Cuevas, Betancourt, Cervantes, Real & Rodríguez, 2012). De acuerdo con el análisis efectuado, se escogieron tres actividades para rediseñarlas considerando la TSD. En seguida, se detalla cada una de ellas. ACTIVIDAD 1: Rueda de la fortuna (Arriaga & Benítez, 2012, p. 161, véase Anexo 1, tal como aparece en el libro de texto) Justificación: Se escogió esta actividad porque es importante que los alumnos comprendan conceptos básicos de probabilidad como “juego justo”. Este tipo de situaciones se refiere a tener las mismas posibilidades [probabilidades] de ganar en ellos. Además, en esta actividad el educando visualiza los diferentes colores y regiones de cada rueda para predecir qué resultado es más probable que suceda. ACTIVIDAD 2: Lanzamiento de monedas (Cuevas et al., 2012, pp. 159 y 160, véase Anexo 2, tal como aparece en el libro de texto) Libros Ruedas (ruletas) Volados (monedas) Dados Urna Vida diaria Pirinola Loteria Tómbola Arriaga y Benítez. (2012). Matemáticas 1 por competencias. X X X X X Arteaga y Sánchez. (2014). Matemáticas 1. Trabajo en proceso. X X X Covían. (2012). Matemáticas 1. X X X X Cuevas, Betancourt, Cervantes, Real y Rodríguez. (2012). Matemáticas 1. X X X X X Olea, Basurto y Rivera. (2012). 1 Secundaria. Contexto Matemático. X X X Sánchez. (2014). Matemáticas 1. Construcción del pensamiento. X X X Sánchez, Sáiz, Hoyos y Guzmán. (2012). Matemáticas 1 primer grado de secundaria. X X X X Trigueros, Lozano, Schulmaister, Sandoval, Jinich y Cortés. (2012). Secundaria 1. X X X X Juegos de azar . 29 CAPÍTULO 3. METODOLOGÍA Justificación: Esta actividad fue elegida porque se considera que los estudiantes están familiarizados con el lanzamiento de monedas. Además de que se puede aprovechar para que los alumnos vayan construyendo los conceptos de frecuencia [absoluta] y frecuencia relativa a través del llenado de una tabla. Asimismo, con el registro de cadaevento, el educando podría analizar por qué en ese registro sólo piden tres resultados posibles. En este tipo de actividad es fundamental hacer preguntas al estudiante para ir encauzándolo hacia el análisis. ACTIVIDAD 3: Dados (Cuevas et al., 2012, pp. 160-162, véase Anexo 3, tal como aparece en el libro de texto) Justificación: Se escogió esta actividad porque orienta a los alumnos a elaborar el espacio muestral del lanzamiento de dos dados para analizar los resultados más y menos favorables, y reflexionar acerca de la transcendencia de anticiparlos para tomar decisiones. También, se tomó en cuenta que en las instrucciones del juego consideran primordial comparar lo obtenido en cada equipo con el resto del grupo, y lo importante de que se lleve más veces el lanzamiento de dados (experimento aleatorio). Asimismo, se retoma los conceptos de frecuencia [absoluta] y frecuencia relativa y se promueve que los alumnos recuerden el concepto de porcentaje. 3.2.2.2. Rediseño de las Actividades –sobre probabilidad– de dos libros de texto de primer grado de educación secundaria Rueda de la fortuna Este juego de azar se juega en todo el mundo por ser rápido y emocionante. En cada partida, se debe hacer girar cada rueda y se predice quién ganará el juego. Para ganarlo se debe anticipar cuál será el color que señala la flecha, una vez que ésta deje de girar. a) b) c) Figura 3.1. Juego: Ruedas de la fortuna. º30 APRENDIZAJE DE CONCEPTOS PROBABILÍSTICOS A TRAVÉS DEL JUEGO: ESTUDIO CON ALUMNOS DE PRIMER GRADO DE SECUNDARIA FORMULACIÓN DEL JUEGO De manera individual, lee en qué consiste el juego de la Rueda de la fortuna9. Obsérvalas (Figura 3.1) y responde las preguntas planteadas. En seguida, forma equipos de tres personas. Lee las instrucciones del juego con tus compañeros, y con las tres ruedas proporcionadas, juéguenlo. IMPLEMENTACIÓN DEL JUEGO Fase de Acción Si te dieran $100 por cada vez que aciertes a tu predicción, entonces ¿qué color escogerías en cada rueda de la Figura 3.1 y por qué? Rueda a) _________________________________________________________________ Rueda b) _________________________________________________________________ Rueda c) _________________________________________________________________ Instrucciones 1 Cada integrante del equipo escoja una rueda. 2 Gira tu rueda y registra qué color es señalado por la flecha. 3 Repite este procedimiento 20 veces. 4 Después, junta los resultados obtenidos con los de tus compañeros: comenta cuáles regiones tuvieron mayor frecuencia en cada rueda y anótalo. 5 Compara tus predicciones y calcula cuánto dinero hubieras ganado en cada rueda si te hubieran dado $100 por cada predicción acertada. Fase de Formulación En equipo contesta lo siguiente: ¿En todas las ruedas se da la misma posibilidad de que salga cada color? ______________ Justifica tu respuesta ________________________________________________________ 9 Las ruedas proporcionadas a los alumnos no cuentan con exactitud; por lo que existe la posibilidad de que el proceso pierda calidad. 31 CAPÍTULO 3. METODOLOGÍA ¿Qué ruedas crees que son “justas”? Es decir, que todos los colores tienen la misma posibilidad de salir. _________________________________________________________ ¿Por qué?_________________________________________________________________ Si al hacer girar la rueda del inciso b), la flecha señala el color amarillo, el jugador pierde y si aparece cualquier otro color, gana, ¿consideras que estas condiciones del juego son justas? _____________ Justifiquen tu respuesta __________________________________ Fase de validación Después, un integrante de cada equipo pase al frente para que comente y escriba las conclusiones a las que llegaron. Para finalizar la sesión, elaboren una conclusión grupal. De forma similar, se rediseñaron las otras dos actividades (Anexos 4 y 5, respectivamente). 3.3. ACOPIO DE DATOS La sala de lectura fue el lugar asignado por la Dirección de la escuela para llevar a cabo el acopio de datos. Se efectuaron seis sesiones y cada una de ellas tuvo una duración de 50 minutos. Los días y horarios de éstas fueron establecidos por la directora del plantel. En la implementación de las actividades se propuso que los estudiantes, al inicio trabajaran en pequeños grupos (dos, tres o cuatro alumnos), después en equipos de seis integrantes, y por último de manera grupal con la intención de que entre ellos se apoyaran y argumentaran sus ideas. De acuerdo con la TSD de Brousseau., es importante que los alumnos se comuniquen primero en pequeños grupos para dar oportunidad que todos participen, y posteriormente, al integrarse en grupos mayores exploraran nuevas y mejores estrategias hasta llegar a acuerdos y, de esta forma construir, su conocimiento. Es importante señalar que se observó diferentes maneras de trabajar dentro del equipo. Existieron actitudes positivas a la hora de participar y otras no tanto (e.g., con frecuencia llegaban tarde a las sesiones de trabajo y algunos de ellos mostraban poco interés al momento de resolver las actividades). En la implementación de las situaciones a-didácticas, la intervención de la profesora (autora de esta tesis) fue únicamente en momentos precisos. Por ejemplo, participando en los equipos, escuchando los argumentos de los estudiantes y guiándolos con preguntas o º32 APRENDIZAJE DE CONCEPTOS PROBABILÍSTICOS A TRAVÉS DEL JUEGO: ESTUDIO CON ALUMNOS DE PRIMER GRADO DE SECUNDARIA contraejemplos con la finalidad de que ellos mismos llegaran a elaborar los conceptos fundamentales de cada actividad. A continuación, se reporta la forma en que se llevaron a cabo las seis sesiones durante la implementación de las tres actividades rediseñadas de acuerdo con la TSD de Brousseau. Para cada actividad, se necesitaron dos sesiones de 50 minutos para cubrir las fases a- didácticas: acción, formulación y validación. 1. Lectura de la situación a tratar. - De forma individual se le pide al alumno que lea las indicaciones. - Se pide a algunos alumnos que expliquen con sus propias palabras lo que entendieron, y de esta forma, se asegura que ellos hayan comprendido la actividad en cuestión. 2. Trabajo individual y conjetura de resultados. - Al inicio de cada actividad, se le pedía al estudiante elaborar conjeturas acerca del juego de azar que iban a realizar para que después lo compararan con los resultados reales obtenidos. 3. Trabajo en equipos pequeños. - A los estudiantes se les organizó en grupos con el propósito de que reunieran sus resultados y observaran las semejanzas y diferencias de lo obtenido de manera individual. - En cada equipo los estudiantes elaboraron conclusiones guiándose con las respuestas de las preguntas planteadas en las actividades, y comparaban los resultados obtenidos. 4. Presentación de resultados de los dos equipos de seis integrantes. - Se le pidió a los estudiantes que comentaran entre ellos sus respuestas y explicaran cómo llegaron a ese resultado y las estrategias que usaron para obtenerlos. - A cada equipo se le solicitó que nombrara a un representante para que pasara al frente y presentara las conclusiones a las que llegaron con base en las respuestas y estrategias que tuvieron en común como equipo. 33 CAPÍTULO 3. METODOLOGÍA 5. Conclusiones grupales mediante debate entre todos los alumnos. - Al final de cada una de las actividades se promovió una discusión grupal con el propósito de que los alumnos de ambos equipos argumentaran y validaran sus respuestas ante el grupo. Para ello, la profesora enfatizaba las conclusiones de cada equipo y cuando era necesario (sin decir que eran correctas o incorrectas), proponía contraejemplos, para que los educandos reflexionarany encontraran por ellos mismos los conceptos tratados. º34 APRENDIZAJE DE CONCEPTOS PROBABILÍSTICOS A TRAVÉS DEL JUEGO: ESTUDIO CON ALUMNOS DE PRIMER GRADO DE SECUNDARIA CAPÍTULO 4 ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS En este capítulo se discuten los resultados obtenidos al implementar tres actividades a los estudiantes de primer grado de educación secundaria. Éstas fueron seleccionadas de dos libros de texto de educación secundaria y rediseñadas; el contenido de ellas es el referente al concepto de probabilidad: Anticipación de resultados de una experiencia aleatoria, su verificación al realizar el experimento y su registro en una tabla de frecuencias. Para el rediseño de tales actividades se consideraron las fases a-didácticas de acción, formulación y validación de la TSD de Brousseau. Estas mismas fases son tomadas como categorías de análisis de los datos surgidos en la presente investigación. De esta manera, se muestran las estrategias de solución, argumentación y reflexión de los participantes para llegar a la construcción de los conceptos básicos de probabilidad: experimentos aleatorios y deterministas, equiprobabilidad, espacio muestral, frecuencia [absoluta] y frecuencia relativa. Además, se describe la recapitulación del análisis de datos, mostrando lo más significativo del trabajo. 4.1. CATEGORÍAS DE ANÁLISIS Se inició con la organización de la información recolectada al implementar las tres actividades; después se diseñó la Tabla 4.1, la cual contiene las categorías de análisis de los datos. Éstas están basadas en las fases a-didácticas de la TSD junto con su definición y un ejemplo de cada una de ellas, con la finalidad de esclarecerlas. º36 APRENDIZAJE DE CONCEPTOS PROBABILÍSTICOS A TRAVÉS DEL JUEGO: ESTUDIO CON ALUMNOS DE PRIMER GRADO DE SECUNDARIA Tabla 4.1 Categorías de análisis Categoría Definición Ejemplo Acción Se plantean al alumno proble- mas cuya solución conduzca al aprendizaje del concepto en cuestión, y sea él quien lo cons- truya como consecuencia del intercambio de información ge- nerada al trabajar con sus demás compañeros un modelo con base en razonamientos probabilísti- cos, tomando decisionesa. Los alumnos llegaron al concepto de azar después de jugar varias veces con tres ruedas de diferente distribución, en cuanto a regiones y colores, y en- cuentran que no había certeza de que el resultado pronosticado correspondiera con lo obtenido. Formulación Los estudiantes comparten y confrontan información refe- rente a las estrategias que usan y que les permiten acertar en su pronóstico o acercarse al resul- tado correcto. Los alumnos se ponían de acuerdo acerca de cuál era la suma de puntos que tenían más probabilidades de salir cuando se lanzaban dos dados al aire y argumentaban con base en el espacio muestral. Validación Los escolares justifican la vali- dez de su modelo mediante el cual la estrategia usada es válida y convencen a los demás de sus resultados con base en argu- mentaciones fundamentadas en conocimientos institucionaliza- dos. Los alumnos encontraban que la fre- cuencia relativa de obtener “águila-sol o sol-águila”, cuando lanzaban dos monedas de igual denominación, era mayor que la frecuencia relativa, al tirar dos monedas de diferente denominación. Su afirmación la validaban, tomando en cuenta la denominación de cada moneda diferenciando “águila-sol” de “sol- águila”. Nota: Ideas tomadas de Díaz-Godino et al. (1991) y Brousseau (1994). a Por ejemplo, bajo la forma de apuestas. 37 CAPÍTULO 4. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS A continuación, se analiza los datos obtenidos al implementar cada una de las actividades, tomando en cuenta las categorías consideradas; acompañadas de evidencias obtenidas, tanto de las respuestas de los estudiantes, como de extractos de discusiones y reflexiones surgidas en el interior de los equipos, y en conclusiones grupales. Es importante señalar que lo mostrado es lo que se consideró relevante para los objetivos y preguntas de investigación planteados en el Capítulo 1 de esta tesis. 4.2. ANÁLISIS DE DATOS Sesión 1 4.2.1. Actividad 1: Rueda de la fortuna. Figura 4.1. Referente al juego: Ruedas de la fortuna. Fase de acción e inicios de formulación En éstas se pidió a los alumnos que observaran las tres ruedas (Figura 4.1) y apostaran por un color en cada una de ellas, antes de iniciar el juego. Después, en equipo (de tres integrantes cada uno) jugaron varias veces (20 en total). El propósito era que dieran sentido al concepto de equiprobabilidad o juego “justo”. La mayoría de los alumnos pronosticó resultados con base en la región que abarcaba cada color, y daban argumentos en relación con el número de triángulos (de la rueda), el área o el espacio coloreado (de cada región). Asimismo, surgieron conceptos relacionados con probabilidad, como: (i) el color que se repite más, (ii) porcentaje, (iii) más probable, (iv) igual probabilidad, (v) cualquier color tiene la misma probabilidad de salir, (vi) cualquier color tiene 25% de probabilidad y (vi) fracción (véase figuras 4.2 y 4.3). º38 APRENDIZAJE DE CONCEPTOS PROBABILÍSTICOS A TRAVÉS DEL JUEGO: ESTUDIO CON ALUMNOS DE PRIMER GRADO DE SECUNDARIA Figura 4.2. Respuesta dada por A1. Figura 4.3. Respuesta dada por A2. De acuerdo con los resultados obtenidos, se infiere que los alumnos no tuvieron dificultades en identificar, mediante percepción visual, qué es más probable de salir, el evento cuya característica implica mayor cantidad al compar con otros de un mismo experimento aleatorio. Es importante señalar que un alumno, al momento de pronosticar el resultado, eligió el color que le gustaba, debido a creencias infundadas. La implementación del juego fue en equipos de tres estudiantes y se le dio una rueda a cada uno de ellos, para que llevaran a cabo el juego y anotaran al reverso de sus hojas los resultados obtenidos. Se observó que sólo tres alumnos registraron los resultados en forma de tabla, mientras que los demás iban listando cada resultado y, al final, los contaban. Por lo anterior, se infiere que al no sugerirles una forma registro, los alumnos no mostraron la habilidad de organizarlos. Al concluir estas etapas del juego, los alumnos intercambiaron resultados y argumentaron la estrategia que les hizo ganar o perder en sus apuestas. A continuación, se trascribe un extracto en el cual se muestra lo previamente considerado. 39 CAPÍTULO 4. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS Códigos utilizados: P: Profesora AT: Todos los alumnos responden simultáneamente. An: Alumnos, n = 1, 2, … A: No hay certeza de qué alumno responde. P: ¿Qué pasó con sus predicciones?, ¿quién ganó más? A3: Yo $2,400 porque me fijé en el color que tenía más campo y entonces tenía más posibilidades de que cayera en ése. [A3 se refiere al color de la figura.] P: ¿Quiénes no acertaron y por qué? A2: Yo, porque puse los colores que tenían poco espacio. No fue buena mi estrategia, porque tenía que escoger los de más espacio. P: ¿Algo más? A2: No. Fase de formulación e inicios de validación Al concluir el juego, se pidió a los alumnos que se reunieran en dos equipos (seis integrantes en cada uno) para que entre todos contestaran las preguntas de la actividad, con base en el intercambio de ideas y de los resultados que habían obtenido. Los dos grupos coincidieron en que no todas las ruedas tenían la misma posibilidad de que saliera cada color y que sólo la del inciso (c) es “justa” y lo expresaron mediante palabras como: (i) el mismo porcentaje en cada color, (ii) cada color mide lo mismo, (iii) cada color tiene la misma área, (iv) existe la misma probabilidad de salir cualquier color y (v) todos los colores
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