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Instituto Politécnico Nacional Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada Unidad Legaria Diseño de problemas utilizados en la selección de participantes en la Olimpiada Mexicana de Matemáticas Tesis que para obtener el grado de Maestría en Ciencias en Matemática Educativa Presenta María Eliana Alvarado Becerra Directores de Tesis Dr. Alejandro Miguel Rosas Mendoza M. C. Juan Gabriel Molina Zavaleta Ciudad de México, junio de 2020. ii Página 1 de 1 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL SECRETARIA DE INVESTIGACIÓN Y POSGRADO ACTA DE REGISTRO DE TEMA DE TESIS Y DESIGNACIÓN DE DIRECTOR DE TESIS Ciudad de México, a de de _ El Colegio de Profesores de Posgrado de en su Sesión (Unidad Académica) No. celebrada el día del mes de , conoció la solicitud presentada por el (la) alumno (a): Número de registro: del Programa Académico de Posgrado: Referente al registro de su tema de tesis; acordando lo siguiente: 1.- Se designa al aspirante el tema de tesis titulado: Objetivo general del trabajo de tesis: 2.- Se designa como Directores de Tesis a los profesores: Director: 2° Director: No aplica: 3.- El Trabajo de investigación base para el desarrollo de la tesis será elaborado por el alumno en: que cuenta con los recursos e infraestructura necesarios. 4.- El interesado deberá asistir a los seminarios desarrollados en el área de adscripción del trabajo desde la fecha en que se suscribe la presente, hasta la aprobación de la versión completa de la tesis por parte de la Comisión Revisora correspondiente. Director de Tesis 2º Director de Tesis Dr. Alejandro Miguel Rosas Mendoza M.C. Juan Gabriel Molina Zavaleta Aspirante Presidente del Colegio C. María Eliana Alvarado Becerra Dra. Mónica Rosalía Jaime Fonseca Apellido Paterno: Alvarado Apellido Materno: Becerra Nombre (s): María Eliana B 1 8 0 0 2 0 SIP-13 REP 2017 30 marzo 2020 CICATA - Legaria Diseño de problemas utilizados en la selección de participantes en la Olimpiada Mexicana de Matemáticas III 30 Ordinaria marzo 2020 Maestría en Ciencias en Matemática Educativa Estudiar y aplicar metodologías de diseño de problemas Utilizar metodologías de entrevista Analizar entrevistas a profundidad con expertos de la OMM Dr. Alejandro Miguel Rosas Mendoza M.C. Juan Gabriel Molina Zavaleta CICATA-Legaria iii iv Autorización de uso de obra Instituto Politécnico Nacional P r e s e n t e Bajo protesta de decir verdad el que suscribe María Eliana Alvarado Becerra (se anexa copia simple de identificación oficial), manifiesto ser autora y titular de los derechos morales y patrimoniales de la obra titulada Diseño de problemas utilizados en la selección de participantes en la Olimpiada Mexicana de Matemáticas, en adelante “La Tesis” y de la cual se adjunta copia, por lo que por medio del presente y con fundamento en el artículo 27 fracción II, inciso b) de la Ley Federal del Derecho de Autor, otorgo a el Instituto Politécnico Nacional, en adelante El IPN, autorización no exclusiva para comunicar y exhibir públicamente total o parcialmente en medios digitales “La Tesis” por un periodo de diez años contado a partir de la fecha de la presente autorización, dicho periodo se renovará automáticamente en caso de no dar aviso a “El IPN” de su terminación. En virtud de lo anterior, “El IPN” deberá reconocer en todo momento mi calidad de autor de “La Tesis”. Adicionalmente, y en mi calidad de autor y titular de los derechos morales y patrimoniales de “La Tesis”, manifiesto que la misma es original y que la presente autorización no contraviene ninguna otorgada por el suscrito respecto de “La Tesis”, por lo que deslindo de toda responsabilidad a El IPN en caso de que el contenido de “La Tesis” o la autorización concedida afecte o viole derechos autorales, industriales, secretos industriales, convenios o contratos de confidencialidad o en general cualquier derecho de propiedad intelectual de terceros y asumo las consecuencias legales y económicas de cualquier demanda o reclamación que puedan derivarse del caso. Ciudad de México, a 19 de mayo de 2020. Atentamente . .________________________ María Eliana Alvarado Becerra v RESUMEN La manera en que se diseñan problemas matemáticos es un tópico poco explorado en los textos académicos, y aún menos documentada es la manera en que se diseñan problemas para concursos matemáticos, haciendo todo un reto para los entrenadores/diseñadores/asesores principiantes el adentrarse al selecto grupo de expertos diseñadores de problemas para competiciones matemáticas. Estos problemas matemáticos suelen ser, además de un reto matemático, una mezcla de atractivos acertijos que hacen que los participantes aporten soluciones creativas y muchas veces poco convencionales de acuerdo con las matemáticas formales. Las áreas del conocimiento, abordadas en las olimpiadas matemáticas pre-universitarias son: el álgebra, la geometría, la combinatoria y la teoría de números. La falta de documentación sobre la manera en que se diseñan problemas para olimpiadas matemáticas motivó a esta investigación, la cual tuvo como objetivo analizar, mediante un enfoque cualitativo, la manera en que se diseñan y validan los problemas que son utilizados en los instrumentos de selección en alguna fase de la Olimpiada Mexicana de Matemáticas. Para cumplir con los objetivos de este estudio, durante el marco de la celebración de la fase nacional de la 33a Olimpiada Mexicana de Matemáticas (2019), se entrevistó a profundidad a 8 expertos en el diseño de problemas para dicha competición. El análisis de las entrevistas mostró que las técnicas de diseño de problemas no rutinarios más usadas son la de Reformulación y Descubrimiento, mientras que las técnicas más usadas para validar los problemas diseñados son la de Comprobar el nivel de dificultad y la de Corroborar que los temas incluidos sean de la OMM. Sirviendo lo anterior para generar un documento donde con el listado de técnicas de diseño y validación de problemas no rutinarios, lo que podrá ser de utilidad para los interesados en comenzar a diseñar este tipo de problemas. vi ABSTRACT The way in which mathematical problems are designed is a topic little explored in academic texts, and even less documented is the way in which problems are designed for mathematical contests, making it a challenge for beginning coaches/designers/advisers to get start participed with the group of expert problem designers for math contests. These mathematical problems are usually, in addition to a mathematical challenge, a mixture of attractive puzles that make participants contribute creative and often unconvencional solutions according to formal mathematics. The areas of knowledge revised in the pre- university mathematical olympiads are: algebra, geometry, combinatorics and number theory. The lack of documentation on the way in which problems are designed for mathematical olympiads motivated this research, which aimed to analyze, through a qualitative approach, the way in which are designed and validated the problems that are used in the selection instruments at some pase of the Mexican Mathematical Olympiad. To meet the aims of this reseach, during the celebration of the national phase of the 33rd Mexican Mathematical Olympiad (2019), 8 experts in the desing of problems for said competitionwere interviewed in depth. The analysis of the interviews showed that the most used non-routine problem design techniques are Reformulation and Discovery, while the most used techniques to validate the designed problems are to check the level of difficulty and to check that the topics included are from the MMO. The foregoing serves to generate a document where the list of design techniques and validation of non- routine problems, which may be useful for those interested in starting to design this type of problem. vii ÍNDICE GENERAL Índice de tablas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ix Glosario. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . X Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 Capítulo 1. Problemática. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.0 Introducción al capítulo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.1 Contexto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2 Problemática Observada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.3 Justificación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.4 Estado del Arte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.5 Pregunta de Investigación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 1.6 Conclusión del capítulo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Capítulo 2. Marco Conceptual. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.0 Introducción al capítulo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.1 Marco Conceptual. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 2.1.1 Actividades matemáticas: Ejercicios y problemas. . . . . . . . . . . . . . . 31 2.1.2 Problemas usados en el aula de matemáticas vs. Problemas utilizados en las olimpiadas de matemáticas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.1.3 Resolución de problemas matemáticos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.1.4 Diseño de problemas matemáticos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 2.2 Conclusión del capítulo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Capítulo 3. Metodología. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 3.0 Introducción al capítulo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 3.1 Diseño de entrevistas…………………………………………………….. 37 3.2 Diseño del cuestionario. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 3.3 Descripción de la sesión de las entrevistas a profundidad. . . . . . . . . . . . . 44 3.4 Datos obtenidos de las entrevistas a profundidad. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.5 Conclusión del capítulo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Capítulo 4. Análisis de resultados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 4.0 Introducción al capítulo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 4.1 Análisis individual de las respuestas proporcionadas por los expertos en el diseño de problemas para la OMM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 4.2 Análisis general de las respuestas proporcionadas por los expertos en el diseño de problemas para la OMM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 4.3 Conclusión del capítulo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 viii Capítulo 5. Conclusiones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 5.0Introducción al capítulo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 5.1 Conclusiones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 5.2 Investigaciones a futuro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 REFERENCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 ANEXOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 Entrevista experto 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 Entrevista experto 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 Entrevista experto 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 Entrevista experto 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 Entrevista experto 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 Entrevista experto 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 Entrevista experto 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 Entrevista experto 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 Entrevista experto 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 Entrevista experto 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 Entrevista experto 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 Recomendaciones para diseñar y validar problemas no rutinarios que pueden ser usados en la olimpiada de matemáticas o en el aula de clase en general. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 ix ÍNDICE DE TABLAS Tabla1. Recopilación de las técnicas de diseño de problemas para olimpiadas matemáticas basada en los estudios de Engel (1987), Poulos (2017) y de la presente tesis …………………………………………………………. 70 Tabla 2. Recopilación de las técnicas de validación de problemas para olimpiadas que usa cada uno de los expertos en diseño de problemas para el concurso de la OMM que fueron entrevistados en el presente trabajo. . . . . . . . . . . …………………………………………………….. 73 Tabla 3. Recopilación de las respuestas a la pregunta de si se usa algún software como ayuda para el diseño de problemas para olimpiadas matemáticas.. 74 x GLOSARIO DE TÉRMINOS Diseño de problemas matemáticos: es la actividad creativa que tiene como objetivo crear un problema matemático que pueda ser utilizado para el fin que el creador considere. Modelo de resolución de problemas: Es una herramienta que sirve para mostrar cómo enfrentar y resolver un problema que no es sencillo de resolver y por tanto puede generar dificultad para la mayoría. Método Pólya: es el método más utilizado para la resolución de problemas; este método consiste en 4 pasos: entender el problema, formular un plan, llevar a cabo el plan y verificar los resultados y el plan en general. Problemas no convencionales o no rutinarios: son los problemas usados en las olimpiadas del conocimiento matemático, se caracterizan por no brindar los datos necesarios para su resolución de forma evidente además de tener en ocasiones datos que no son útiles para su resolución, pareciéndose más a los problemas que se encuentranen la naturaleza, ya que a diferencia de los problemas convencionales estos suelen tener más de una solución. Problema tipo aplicación: es un problema en el cual se aplican tanto los conocimientos como los algoritmos empleados recientemente en el aula, en se proporcionan únicamente los datos que se necesitan para su solución y dicha solución es única. Resolver un problema: consiste en encontrar la solución(es) que satisface(n) las condiciones que fueron planteadas en un problema. Selectivo: Instrumento de evaluación que tiene como objetivo hacer la selección de un grupo específico dependiendo de lo que requiera el diseñador del instrumento. 1 INTRODUCCIÓN El diseño de problemas matemáticos es un tema que no tiene una cantidad adecuada de investigaciones que aborden el cómo diseñar un problema de matemáticas, en comparación con las publicaciones existentes de cómo resolver un problema matemático, ya que para esto existen varios métodos, siendo el más importante el método Pólya de resolución de problemas matemáticos, pero en diseño no existe un método que sea similar, no hay un método Pólya para creación de problemas matemáticos. En el área de talento matemático existen varios concursos que pretenden potenciar las habilidades matemáticas y creativas de sus participantes, tal es el caso de las olimpiadas del conocimiento matemático entre las cuales destacan la Olimpiada Internacional de Matemáticas, la Olimpiada Matemática de Centro América y el Caribe, la Olimpiada Iberoamericana de Matemáticas y en México, la Olimpiada Mexicana de Matemáticas. Para evaluar a los concursantes de estos certámenes se les aplican instrumentos de evaluación los cuales constan de problemas matemáticos poco convencionales en comparación con los revisados en las aulas de clase, estos problemas requieren además de bases matemáticas, soluciones creativas y algunas otras habilidades de razonamiento lógico del concursante. Los temas mayormente evaluados en estas olimpiadas del conocimiento matemático son el Álgebra, la Geometría, la Combinatoria y Teoría de números, temas de los cuales siempre se pueden observar problemas en las evaluaciones de estas competiciones. El tema de combinatoria es un tema revisado dentro del rubro técnicas de conteo que se encuentra en el programa de Probabilidad de algunas escuelas de Nivel Medio Superior en México, como es el caso de los Centros de Estudios Científicos y Tecnológicos (CECyT) del Instituto Politécnico Nacional (IPN). Este tema tiene destinado un tiempo muy corto de desarrollo en la curricula escolar, al menos de los CECyT y sin embargo es unos de los temas más evaluados en las Olimpiadas del conocimiento matemático debido al grado de habilidades matemáticas que pone en juego, creatividad y del razonamiento lógico que involucra. Los temas de álgebra, geometría y teoría de números, son revisados con más detalle que combinatoria en el currículo escolar, aunque a pesar de ello, el realizar problemas diferentes a los realizados en las clases tradicionales de estos temas, resulta ser 2 también un tema difícil para el profesor, como lo es para el alumno, ya que no están acostumbrados a resolver y diseñar estos tipos de planteamientos. Como mencionábamos en un inicio, no hay un método Pólya para la creación de problemas matemáticos, mucho menos para la creación de problemas matemáticos poco convencionales, como son los utilizados en la evaluación de los participantes de las competiciones matemáticas, y como menciona Engel “Es más difícil diseñar un problema que resolverlo” entonces nos surgen varias dudas, entre ellas el cómo se diseñan los problemas para estas competiciones. El diseño de problemas para competiciones matemáticas es un tema aún menos explorado y menos analizado aún en competiciones matemáticas es por ellos que esta tesis se analizará y entrevistará a los encargados de diseñar los problemas utilizados para evaluar a los participantes de la Olimpiada Mexicana de Matemáticas en alguna de sus fases. 3 CAPITULO 1. PROBLEMÁTICA 1.0 Introducción al capítulo En este capítulo se revisarán algunas de las investigaciones más relevantes con respecto al tema de Diseño de Problemas para Competiciones Matemáticas, pasando desde investigaciones relevantes para la clasificación de las técnicas para el diseño de problemas para olimpiadas del conocimiento matemático, hasta compendios de problemas usados en diferentes olimpiadas matemáticas. También se explorarán las razones por las cuales se lleva a cabo esta investigación, las preguntas a las que se da una respuesta y los objetivos de este estudio. 1.1 Contexto La Olimpiada Mexicana de Matemáticas (OMM), tiene como parte central la realización del Concurso Nacional para jóvenes preuniversitarios, participantes menores a 20 años, en su mayoría, con algún gusto o interés por las matemáticas. La OMM es la competición matemática más importante en el país a nivel medio superior, tanto como lo es la Olimpiada Internacional de Matemáticas a nivel mundial. El objetivo de la OMM, según su página web oficial, es “promover el estudio de las matemáticas en forma creativa, alejándose del estudio tradicional que promueve la memorización y mecanización, y buscando desarrollar el razonamiento y la imaginación de los jóvenes” (¿Qué es la OMM?, 2019, par. 1). La participación y el entrenamiento de los participantes es de forma gratuita. Los gastos de los representantes a niveles internacionales se hacen con la ayuda de patrocinios, a través de la Sociedad Mexicana de Matemáticas (SMM). Los jóvenes participantes son procedentes de escuelas tanto públicas como privadas y los entrenadores de dichos jóvenes son profesores de matemáticas, así como exparticipantes y algún otro profesional de las matemáticas en su gran mayoría, cuyo trabajo es completamente altruista. 4 La OMM consta de varias fases, siendo la primera entre enero y noviembre, donde cada estado de la República lleva a cabo, en forma autónoma, su Concurso Estatal y posteriormente la preparación del equipo que competirá a nivel Nacional, en el cual participan alrededor de 190 alumnos. Este concurso se realiza en el mes de noviembre en algún estado del territorio nacional. Del concurso nacional se seleccionan aproximadamente 16 alumnos mejor calificados, los cuales formarán parte de la preselección nacional, la cual es arduamente entrenada durante varios meses y de donde se elegirán las delegaciones de participantes que contenderán en la Olimpiada Internacional, la Olimpiada Iberoamericana, la Olimpiada Centroamérica y la Olimpiada del Caribe y de la Cuenca del Pacífico. Los entrenamientos de los participantes de la OMM varían, dependiendo de la fase en la que se encuentre el concurso. En las fases de selección estatal son menos frecuentes en comparación con los que se imparten a los seleccionados estatales o nacionales. En su mayoría se realizan en alguna institución educativa, pero en algunos casos se pueden realizar en lugares públicos con bibliotecas y centros culturales o en lugares particulares como algún domicilio particular, todo depende del entrenador y los participantes. Los cursos pueden ser impartidos desde minutos hasta cursos intensivos de 8 horas o más, según la fase en la que se encuentren los participantes. El comité organizador de la OMM realiza también actividades como: un examen de práctica llamado Canguro Matemático, cursos especiales para profesores, y publicaciones de material académico y de difusión. Los cursos a entrenadores se realizan en el mes de abril en algún estado sede, los cuales abordan temas de interés para la OMM, para los delegados y subdelegados los cursos no tienen costo; pero para los demás entrenadores e interesados en los cursos sí lo tienen. El comité organizador también ayuda a los estados brindándolesentrenadores y material para la realización de los exámenes de selección. Los problemas del examen del Concurso Nacional, están enfocados sobre distintos temas de matemáticas básicas, previos a Geometría Analítica. La resolución correcta de los problemas del examen requiere, generalmente, mucho ingenio y de gran habilidad en el uso de conocimientos básicos de matemáticas. El examen mencionado es dividido en dos pruebas escritas con una duración de 4.5 horas cada una, las cuales son aplicadas en dos 5 días diferentes al iniciar el Concurso Nacional. El comité Organizador de la OMM elabora los exámenes con base en los problemas que le envían las delegaciones estatales, así como la comunidad matemática del país. 1.2 Problemática Observada Durante los procesos de elaboración de ejercicios y problemas matemáticos, que forman parte de las actividades diarias de cada docente de matemáticas en cualquier nivel, por la experiencia, podemos estar casi seguros de que no hay un manual que nos indique cómo diseñar de manera adecuada cada problema, generalmente la creación de estos son resultado de la modificación de algún problema encontrado en bibliografía especializada en el tema o un arduo proceso de ensayo y error. En las competiciones de matemáticas los problemas matemáticos usados tanto para entrenamiento de alumnos, como para la realización de exámenes de selección, son muy diferentes a los planteados en el aula de clase; estos problemas tienen como objetivo, además de evaluar habilidades matemáticas, motivar al uso de habilidades creativas y de razonamiento en los participantes. Si el diseño de problemas matemáticos tradicionales de uso escolar, supone en el realizador, un trabajo sin una guía previamente establecida, ¿cómo es el proceso de diseño y validación que realizan los encargados de realizar problemas de competiciones matemáticas? 1.3 Justificación La creación de problemas matemáticos es una de las áreas de interés de la matemática educativa. Algunos artículos se enfocan en cómo estudiantes y aspirantes a profesores de matemáticas están siendo capacitados para plantear problemas matemáticos con el fin de mejorar su capacidad para comprender conceptos matemáticos y problemas. Con problemas matemáticos nos referimos a problemas abordados dentro del aula de clase, esos problemas típicos que resolvemos día a día en nuestro entorno escolar, pero ¿qué pasa con los problemas planteados en olimpiadas de matemáticas?, estos problemas son, a diferencia de los problemas tradicionales, problemas en los cuales se necesitan además de 6 los conocimientos matemáticos, habilidades creativas para poder dar solución. Por lo anterior, la lógica nos sugeriría que el crear y diseñar problemas de olimpiada de matemáticas también requiere que los profesores tengan ciertas habilidades además de las matemáticas que ya manejan. Adentrándonos al rubro de las olimpiadas de matemáticas, éstas aportan a la formación y actualización docente una oportunidad para explorar problemas y maneras de explicar diferentes a las habitualmente utilizadas en el aula, dando así la oportunidad al docente de crecer profesionalmente y al alumno de ver problemas que requieren más habilidades para ser resueltos, además de la habilidad matemática, lo que quizá le resulte interesante. Pero existe una limitante, si un docente quiere crear problemas tipo olimpiada para su uso diario o algún interesado en este contexto de las olimpiadas de matemáticas quisiera aportar un problema, ¿cómo puede guiarse para crear un problema que cumpla con los requisitos para poder ser llamado problema de olimpiada y no problema tradicional como los de la curricula escolar? Por lo anterior sería de utilidad un compendio de técnicas usadas para la creación de este tipo de problemas, que ayudarían a que más personas pudieran ser diseñadores de problemas que aportaría a la diversidad de problemas utilizados en la olimpiada y además podrían ser de utilidad también en el aula. 1.4 Estado del Arte A continuación, presentaremos las obras y trabajos que consideramos relevantes para nuestra investigación, y lo hacemos en orden cronológico con el objetivo de hacer notar cómo es que se ha avanzado o retrocedido la investigación sobre el tema de diseño de problemas para Olimpiadas de Matemáticas a lo largo del tiempo. Comencemos con Engel (1987), en su artículo sobre creación de problemas para olimpiadas de matemáticas mencionó que es mucho más difícil crear un problema que resolverlo, debido a que hay muy pocos métodos rutinarios en la creación de problemas, no hay un “método Póyla” para la creación de problemas. Engel con problema se refiere a un problema del tipo no rutinario manejado en las olimpiadas de matemáticas. Menciona que 7 hay métodos rutinarios para crear problemas rutinarios. Como métodos rutinarios menciona los siguientes: ● Paradigma universal de resolución de problemas. Se tiene un problema difícil, se transforma en un problema más fácil para poder resolverlo. Los creadores de problemas optan por invertir este procedimiento: comienzan con un problema fácil, lo transforman para volverlo un problema difícil. Este es el método más usado. ● Método de creación de problemas del hombre sofisticado. Consiste en ir creando problemas mediante la variación de un teorema existente o uno de sus casos especiales. En algunos casos también son variaciones de soluciones interesantes de problemas propuestos con anterioridad. Posteriormente Engel (1987) hace un pequeño compendio de ejemplos de problemas diseñados con estas técnicas y sigue resaltando que es más complejo diseñar problemas que resolverlos. Para este trabajo de tesis, este artículo es de utilidad para corroborar la falta de alguna metodología para poder crear problemas para olimpiadas matemáticas. Además, las dos técnicas que mencionó en su artículo son de utilidad para ampliar la clasificación de las técnicas mencionadas por los expertos entrevistados en este trabajo. Roa (2000), en su trabajo de tesis, sobre el razonamiento combinatorio en estudiantes con preparación matemática avanzada, mostró los antecedentes de la investigación, como las investigaciones de Piaget, en el cual se considera a los esquemas cognitivos combinatorios como un componente esencial del pensamiento formal. Fischbein, en el prólogo del libro de Batanero, Godino y Navarro-Pelayo (como lo citó Roa, p. 9) afirmó que “El Análisis Combinatorio, con sus conceptos y métodos no representa, por tanto, solamente un dominio definido de la matemática”. También se analizaron los estudios de Fischbein sobre el efecto de la instrucción en el razonamiento combinatorio. Posteriormente Roa nos describe otras investigaciones sobre estrategias, dificultades y sesgos en el razonamiento combinatorio y modelos implícitos en los problemas combinatorios. 8 Como marco teórico Roa (2000), presentó las nociones teóricas que se utilizaron para describir el problema e interpretar los resultados de la investigación. Se muestra un apartado del enfoque semiótico de la cognición matemática. Los objetivos de este trabajo fueron: indagar la forma en que los alumnos descritos resuelven problemas propuestos en la investigación de Navarro-Pelayo, así como algunos problemas combinatorios compuestos. Este estudio se realizó en el año 2000, en Granada, España; con estudiantes con un mayor dominio matemático, estudiantes de la licenciatura en matemáticas. Para obtener los datos se aplicaron cuestionarios escritos aplicados en 3 fases a un total de 147 estudiantes y entrevistas individuales a una muestra reducida. La caracterización de los conocimientos puestos en juego por los estudiantes se realizó mediante el análisis de las respuestas a los cuestionarios y entrevistas utilizando el método cuantitativo y cualitativo. Roa(2000) obtuvo como resultados que aunque los problemas combinatorios seleccionados eran de carácter elemental, , los estudiantes tienen dificultades importantes para resolverlos, debido principalmente a la estructura compleja de los procesos de resolución requeridos, la cual se puso de manifiesto mediante un análisis del tipo semiótico, y la deficiencia en la enseñanza de la combinatoria que enfatiza el restudio de las fórmulas de las operaciones combinatorias en detrimento de componentes más primarios del razonamiento combinatorio. El trabajo de Roa (2000), como tal, no tienen un impacto directo en nuestra investigación de tesis, ya que es más sobre la resolución de problemas de combinatoria y las dificultades que se pueden presentar en la misma; así como la deficiencia en la enseñanza del tema que esto puede denotar, lo cual nos hace pensar sobre la importancia de diseñar nuevas estrategias de enseñanza y problemas atractivos que ayuden al alumno con el aprendizaje del tema, como lo pueden ser los problemas de olimpiadas de matemáticas. Ramos (2006), en su tesis de maestría, comienza mencionando que hace algunos años el aprender algoritmos o mecánicamente las matemáticas se consideraba tener talento en la materia, pero ahora eso ha sido discutido y se le ha dado énfasis a que el estudiante discuta el sentido y aplicación de las ideas matemáticas. Las matemáticas han cambiado y evolucionado gracias a los medios tecnológicos que nos permiten realizar operaciones 9 aritméticas, representar gráficamente determinados fenómenos y explorar más a fondo el comportamiento de estos, por lo que ahora se deben desarrollar habilidades en el estudiante y en general en las personas que permitan entender y valorar los avances para poderlos aplicar no sólo en el medio escolar sino en el medio donde vive. Santos (Como lo citó Ramos, 2006, p. 8) afirmó que, “Los estudiantes aprenden matemáticas sólo cuando ellos mismos construyen sus propias ideas matemáticas y trabajando en pequeños grupos, los estudiantes tienen la oportunidad de validar sus razonamientos y conjeturas”. Hay varios estudiantes con aversión a las matemáticas, pero es posible encontrar a estudiantes con alto potencial e interés en la asignatura que muchas veces pasan sus años escolares inadvertidos, frustrados, sin fruto para la sociedad; todo por falta del tratamiento adecuado, quizá van al fracaso e inadaptación por aburrimiento. Uno de los caminos para detectar a estos jóvenes talentos es con los concursos de matemáticas, en especial Las Olimpiadas de Matemáticas. Ese trabajo tuvo como propósito presentar una estrategia metodológica para desarrollar olimpiadas de matemáticas en Honduras a partir del análisis de la importancia de las mismas para cualquier sistema educativo. Recordando que las olimpiadas de matemáticas son concursos de resolución de problemas, las cuales tienen doble objetivo: motivar a una gran mayoría de estudiantes y estimular entre ellos, a esas minorías que tienen talento para las matemáticas, ayudándolos a descubrir y potenciar su talento. Según el reglamento de la Olimpiada Internacional de Matemáticas, estas contiendas son concursos entre jóvenes estudiantes, cuyo principal objetivo es estimular el estudio de las Matemáticas y el desarrollo de jóvenes talento en esta ciencia. Las Olimpiadas son también un importante elemento para la mejora del sistema educativo debido a que obliga a que muchos profesores de modo completamente altruista prepararen a los alumnos teniendo la necesidad de mantenerse en actualización permanente de conocimientos, realizar una búsqueda de problemas nuevos y de métodos de adaptación a los planes vigentes de nuevos y más atractivos contenidos. Ramos (2006) describe la Olimpiada Matemática de Centroamérica y el Caribe, Olimpiada Iberoamericana y la Olimpiada Internacional y destacó los pobres resultados obtenidos en estas competiciones por parte de Honduras y el liderato de México y Brasil en 10 estas competiciones. En el primer capítulo de este trabajo se hizo una aproximación a un estudio sobre el talento matemático, se trató de llegar a una definición de talento matemático, a la identificación de estudiantes talentos en matemáticas, a cómo estimular a estos estudiantes, características de los estudiantes con talento en las matemáticas, y a la olimpiada de matemáticas como un espacio para la atención de jóvenes talentos en las matemáticas. El objetivo principal del trabajo fue analizar los factores por los cuales hay una pobre participación de Honduras en olimpiadas matemáticas a nivel internacional. Este estudio fue del tipo descriptivo, ya que busca especificar aquellos elementos o factores que han incidido en que Honduras no participe adecuadamente en las olimpiadas de matemáticas, así como determinar los elementos de importancia para el sistema educativo de Honduras que se logran con estas olimpiadas. Este estudio se desarrolló en al año lectivo 2005, los participantes en el estudio fueron todos los profesores que laboran en el sistema educativo nacional en el nivel de secundaria, profesionales vinculados a los departamentos de matemáticas tanto de la Universidad Pedagógica Nacional “Francisco Morazán” y de la Universidad Nacional Autónoma de Honduras. Funcionarios de la Secretaria de Educación relacionados con el mejoramiento de la enseñanza del nivel medio de Honduras y de la educación en general, profesionales de matemáticas de los países Iberoamericanos que coordinan proyectos de olimpiadas de matemáticas en sus respectivos países, estudiantes de secundaria de Honduras, publicaciones que se han hecho sobre este tema en los países iberoamericanos, así como sus páginas web. Se hizo una revisión bibliográfica de todo lo concerniente a olimpiadas de matemáticas y de ésta se desprenden los siguientes elementos que son usados como categorías: 1. Factores que han obstaculizado el desarrollo de olimpiadas de matemáticas en Honduras. 2. Elementos que propician el desarrollo de olimpiadas matemáticas en el nivel medio de Honduras. 3. Aspectos de importancia para la enseñanza de la matemática que se logran con las olimpiadas. 11 El resultado de este trabajo de investigación presentó una estrategia metodológica para desarrollar olimpiadas matemáticas en el nivel medio superior del sistema educativo hondureño. El trabajo de Ramos (2006) nos es de utilidad para conocer mejor el contexto de las olimpiadas del conocimiento matemático, lo cual ayuda a poder desarrollar la parte teórica de esta tesis de una mejor manera y con un mejor conocimiento de la situación que se vive fuera de México, lo cual será de utilidad para poder extrapolar los resultados a un ámbito no sólo nacional. Valle, Juárez y Guzmán (2007) en su artículo sobre las estrategias generales en la resolución de problemas de la Olimpiada Mexicana de Matemáticas (OMM), mencionan que el objetivo principal de los programas educativos de la educación elemental hasta la educación media superior, indica la necesidad de comprender cómo los estudiantes aplican el conocimiento adquirido en diversos contextos a través de la resolución de problemas. La resolución de problemas es de suma importancia para los procesos de enseñanza- aprendizaje de las matemáticas. Mencionan también que Pólya es uno de los autores clásicos cuando se quiere hablar sobre métodos de solución de problemas. Su contribución incluye más de 250 documentos matemáticos donde él soporta el conocimiento y uso de estrategias para la solución de problemas. Según Valle et al. (2007) en los últimos 30 años, los maestros en matemáticas y matemáticos han estudiado las operaciones mentales involucradas en el proceso de resolver problemas matemáticos. Esta investigación ha enriquecido la investigación multidisciplinaria donde han participado lingüistas,psicólogos, neuropsicólogos han trabajado juntos y generado nuevas ideas de los procesos del razonamiento matemático. Hay tres enfoques de investigación importantes sobre los procesos de resolución de problemas citados de Santos (como lo citó Valle et al.) los cuales son: Investigación sobre la naturaleza del problema matemático; descripción de los alumnos resolviendo el problema; descripción del entorno de aprendizaje que ayuda a los alumnos a resolver los problemas con éxito. Igualmente para Santos, las 4 variables más importantes en los procesos de resolución de problemas son: el saber qué hacer, cómo hacerlo, la importancia del monitoreo o la autoevaluación del método utilizado para resolver el problema, la influencia de los componentes personales y emocionales en la resolución de problemas. 12 Valle et al. (2007) mencionaron que muchos expertos están de acuerdo en que la manera de aumentar las habilidades de resolver problemas es resolviendo problemas, muchos de los más habilidosos lo son porque se pasan haciendo esta actividad. Valle et al. para su estudio formaron un grupo de investigación en 2005, con motivo de la Olimpiada Estatal de Matemáticas en Puebla, México con el único propósito de estudiar los métodos de resolución de problemas utilizados por los estudiantes preuniversitarios, que eran destacados en matemáticas. El objetivo fue identificar las estrategias generales de resolución de problemas utilizadas en la prueba de selección de la Olimpiada del Estado de Puebla. La metodología usada en este trabajo consistió en analizar las respuestas de 91 concursantes del examen de selección del estado de Puebla que consistía en 6 problemas de aritmética, geometría y combinatoria, y que resolvieron en un lapso 2 días (3 y 4 de junio de 2005) procedentes de los sistemas educativos del nivel medio superior y superior del estado de Puebla; con rango de edad de 14 a 17 años. Sin importar que llegaran o no a la solución del problema planteado, los concursantes expusieron por escrito sus resultados, fundamentando en hojas separadas sus respuestas. Con ellas se conformó una base de datos de 546 escritos, de esta base se seleccionaron los escritos donde el concursante hubiera identificado la incógnita, los datos y la condición del problema, y además propusieran al menos una estrategia de solución. Como siguiente paso se describió verbalmente la estrategia, se calculó la frecuencia con la que se usó y se observó la incidencia de la estrategia en las ramas de las matemáticas a las que pertenecen los problemas planteados; se desarrollaron la o las estrategias propuestas por el concursante, identificando las etapas de avance hasta llegar a la solución completa. Como resultados se obtuvo que 23 de los 91 participantes no fueron analizados debido a que no pudieron identificar el tipo de problema ni las variables involucradas. Las estrategias que se encontraron para la solución de problemas fueron: adivina y comprueba, usa una variable, encuentra un patrón, haz una lista, resuelve un problema más simple, dibuja, razonamiento directo, razonamiento indirecto. Las estrategias más utilizadas fueron la de razonamiento directo y dibuja. Los autores mencionan que cuando se trata de resolver un problema matemático las preguntas más frecuentes son: ¿Cuál es el factor desconocido? ¿Cuáles son los datos? ¿Cuál 13 es la condición? Sin embargo, las respuestas correctas a estas preguntas incluyen detalles que están más allá de las matemáticas y que implican que los estudiantes deben desarrollar la compresión de la lectura y la lectura crítica; deben ser expertos en la localización de información específica, hacer inferencias simples, identificar la relación entre componentes y comprender la información implícita. La investigación obtuvo que solo el 35% de las hojas de respuesta evidencia que los participantes entendieron el problema. Este es un resultado similar al programa de indicadores de evaluación educativa del observatorio ciudadano de la educación reportado el 4 de diciembre del 2000. Ocho de los 42 participantes que desarrollaron estrategias de resolución de problemas recibieron capacitación previa en la olimpiada y generaron 37 de las89 hojas de respuestas donde se realizaron estrategias. Además muestra el desarrollo del razonamiento formal de los participantes que asistieron a los entrenamientos. La investigación de Valle et al. (2007) ayuda a entender en nuestro estudio una parte importante de la OMM: a los participantes, ya que nos enseña las técnicas que éstos utilizan para resolver problemas, lo cual es de utilidad ya que es una forma de evaluar cómo es ejecutado un problema de olimpiada de matemáticas; lo cual es parte de la validación del diseño de problemas. En el marco del XXII Congreso Nacional de Enseñanza de las Matemáticas, realizado en Chiapas, México; Clemente y Villanueva (2009) realizaron una conferencia sobre las experiencias de la formación de entrenadores de olimpiada de matemáticas en el estado de Colima. Para introducir a este tema se hace una línea del tiempo sobre el surgimiento de las olimpiadas de matemáticas, empezando en 1894 en Hungría y terminando en la primera Olimpiada Mexica de Matemáticas (OMM) en 1987. Además, menciona los objetivos principales de las olimpiadas del conocimiento matemático, los cuales son: fortalecer en los alumnos su intelecto, imaginación y creatividad, fomentar el estudio de las matemáticas y promover la reflexión. Posteriormente menciona la creación de la Olimpiada Nacional de Matemáticas para Alumnos de Secundaria en el año 2000, olimpiada que tiene los mismos objetivos que la OMM. En esta conferencia los autores mencionan algunos hallazgos sobre los entrenadores de olimpiadas de matemáticas, entre estos hallazgos se encuentra que los entrenadores en su mayoría son estudiantes universitarios, que capacitan a los participantes y son los encargados de llevar a 14 estos a alcanzar los objetivos trazados por el comité olímpico y los propios; partiendo de este hecho, los autores indagaron sobre la preparación que reciben los entrenadores para llevar al éxito a sus pupilos. Para realizar el estudio abordado en la conferencia en 2009 se analizaron las respuestas de diferentes entrenadores de la OMM u OMNAS del estado de Colima, en su mayoría estudiantes universitarios, sobre las motivaciones por las cuales fueron entrenadores, las habilidades que debe tener un entrenador, los cursos de entrenamiento para entrenadores, las aspiraciones como entrenador, los beneficios que les aporta ser entrenador. Cuando hicieron el análisis de los resultados obtenidos de las cuestiones planteadas con anterioridad se llegó a la conclusión de que los entrenadores tienen sus propias metas dentro de la olimpiada, que van desde el ser reconocido y querido por sus alumnos, hasta poder ser una pieza importante y reconocida de la OMM. Además se mencionó que los buenos resultados del estado de Colima en las olimpiadas tiene como factor importante el compromiso de los entrenadores con sus pupilos. El estudio de Clemente y Villanueva (2009) aporta a nuestra investigación el conocer de una mejor manera la figura del entrenador de olimpiadas de matemáticas, parte fundamental para esta tesis, ya que, en la mayoría de los casos, los entrenadores fungen a su vez como diseñadores de problemas para olimpiada de matemáticas. El entender mejor a los entrenadores de olimpiada de matemáticas nos ayuda sin duda a comprender de una mejor manera las respuestas brindadas por los expertos en las entrevistas a profundidad. Arjona (2014) en su tesis titulada “Problemas de competición sobre combinatoria”, comenzó introduciendo el concepto de problema, mencionando que en la vida cotidiana a diario resolvemos problemas, en muchas ocasiones sin danos ya cuenta. El objetivoprincipal del trabajo es ayudar al lector a desarrollar sus habilidades para resolver problemas. Mencionó también que las olimpiadas de matemáticas se han vuelto populares debido a que ayudan a popularizar las matemáticas y a la detección de jóvenes talentos en estas áreas. La Olimpiada Internacional de Matemáticas se celebra anualmente desde 1965 y consiste en resolver problemas diversos de alta dificultad, para los que es necesario conocer y trabajar técnicas específicas. Los ejercicios de combinatoria son muy comunes. 15 Por ello en el trabajo se abordan ejercicios, no problemas, ya que vienen con resolución y razonamiento. En el primer capítulo del trabajo se trataron las nociones elementales de combinatoria, y se plantean ejercicios elementales de la misma. En el segundo capítulo se centró en el estudio de funciones generatrices y sus aplicaciones en la resolución del problema. En esta tesis se enlistan una serie de ejercicios con su resolución conforme se va avanzando en algún concepto, estos problemas aumentan de complejidad conforme se avanza en el trabajo. El resultado que se obtuvo fue un compendio de conceptos matemáticos, reglas, teoremas y ejercicios que, según el autor, ayudan a desarrollar habilidades para la resolución de problemas de combinatoria y en general. El trabajo de Arjona (2014) nos es de utilidad para la construcción del marco conceptual porque hace un compendio de problemas de combinatoria usados en olimpiadas de matemáticas y los conocimientos necesarios para resolver estos. Los problemas enlistados también pueden ser de utilidad para apreciar algunos aspectos del diseño de problemas para competiciones matemáticas. Mendoza, Ulloa y García de Dios (2014) realizaron una ponencia publicada en el Acta Latinoamericana de Matemática Educativa donde comenzaron mencionando la necesidad de atender a alumnos con capacidades diferentes (altas y bajas) de forma diferente, ya que sus necesidades son excluidas del sistema educativo y se tratan como a los alumnos promedio. Además mencionaron que en los últimos años en algunas partes del mundo ya se están desarrollando métodos para su identificación y así poder diseñar y aplicar programas que potencien sus capacidades. Las ponentes mencionaron que la atención hacia jóvenes talentos también ha sido un tema importante en la educación en México, que ha sido frenado más que nada por la falta de desarrollo teórico e investigaciones propias en nuestro país. En México a los talentos se les llama persona con aptitudes sobresalientes. Como antecedentes de este estudio los autores nos mencionan que Fernández (como lo citó Mendoza et al., 2014), en su tesis doctoral usó el ajedrez como recurso para el aprendizaje de las matemáticas lo que mejoró el aprendizaje y la calidad de la educación 16 matemática. Cruz y Flores (como lo citó Mendoza et al.) comprobaron si los juegos de lanzamiento ayudaban a crear conceptos matemáticos en los niños. Burgos (como lo citó Mendoza et al.) en su trabajo de investigación donde planificó juegos educativos y materiales manipulados en niños, concluyó que con estos se aumenta la disposición hacia el estudio de las matemáticas y permiten el desarrollo de habilidades como el pensamiento lógico y el razonamiento. En esta investigación los autores intentaron propiciar estrategias lúdicas para la consolidación del aprendizaje de las matemáticas, por medio de juegos que muestren a los participantes una forma divertida de aprender. Además se pretendió que los participantes sean analíticos y competitivos en cualquier ramo, a través de la participación en concursos y olimpiada de matemáticas. La hipótesis del trabajo fue: El rendimiento en razonamiento lógico y cálculo numérico mejoran sustancial y significativamente después de aplicar material didáctico lúdico. El curso para este trabajo se realizó de junio del 2012 a febrero del 2014, fue desarrollado en el Centro de Estudios Tecnológicos del Mar No. 26 en San Blas, Nayarit, México los jueves de 15:00 a 18:00 hrs, donde se trabajó un taller de resolución y generación de problemas que le permitía desarrollar al alumno sus habilidades lógico- matemáticas. El trabajo se ubicó en una didáctica en escenarios socioculturales, y en consecuencia, se contemplaron las dimensiones: Social, epistemológica, cognitiva y didáctica en la construcción del conocimiento matemático. Esta propuesta de enseñanza se clasifica dentro del modelo de aprendizaje constructivo a través de la lúdica, y pretende potencializarse como un proyecto experimental a largo plazo, que usando grupos de muestra lleve a revelar, la posibilidad como método directo de enseñanza en los diferentes grupos de la localidad. La ingeniería didáctica fue su metodología. En ciertas sesiones se enseñó el concepto y/o algoritmo y se practicó mediante el uso de juegos, tratando de no volverlos una actividad tediosa. En otras partes se basó en el juego para poder ir intuitivamente creando las bases para desglosar las ideas del tema. En 2014, cuando se realizó esta ponencia, los autores aún no tenían resultados de este estudio debido a que este se encontraba en desarrollo. El estudio de Mendoza et al. (2014) no tiene un impacto directo en el trabajo de esta tesis, pero algunas de las maneras en las que se 17 llevaron las sesiones de trabajo en su estudio son muy similares a la manera en que se desarrollan los entrenamientos de olimpiada de matemáticas, lo cual nos puede ayudar a entender mejor la manera en que el alumno aprende y el entrenador enseña, y darnos cuenta si esto influye en el diseño de problemas. Escalante (2015), en su tesis sobre el método Pólya en la resolución de problemas matemáticos, hizo una diferenciación entre problema y ejercicio, mencionando que ejercicio es en el que los estudiantes realizan pasos rutinarios para su resolución. En cambio, los problemas para poder ser resueltos requieren comprender, luego reflexionar y ejecutar pasos originales que no había ensayado antes para la solución del problema, luego comprobar la respuesta. Escalante mencionó que una de las materias con mayor reprobación en el contexto educativo guatemalteco es la matemática siendo la resolución de problemas la mayor dificultad, ya que sólo se les ha enseñado a actuar de forma mecánica y repetitiva. Como parte del marco teórico que sustentó la investigación, Escalante (2015, p. 8), nos describe el método Pólya, enunciando además los diez mandamientos de Pólya para los profesores de matemáticas: 1. Interés en la materia 2. Conocimiento de la materia 3. Observar expectativas y dificultades de los estudiantes 4. Descubrir e investigar 5. Promover actitudes mentales y el hábito del trabajo metódico 6. Permitir aprender a conjeturar 7. Permitir aprender a comprobar 8. Advertir que los rasgos del problema que tiene a la mano pueden ser útiles en la solución de futuros problemas 9. No mostrar todo el secreto a la primera: dejar que los estudiantes hagan sus conjeturas antes 10. Sugerir, no obligar que lo traguen a la fuerza 18 Escalante (2015) mencionó que el método Pólya tiene estas 4 fases: Entender el problema, diseñar un plan, ejecutar el plan y examinar la solución. Y que a medida que se aprende se obtienen diferentes niveles de aprendizaje: el nivel de conocimiento, el nivel de comprensión, nivel de aplicación, nivel de análisis, nivel de síntesis, nivel de evaluación. En todo proceso educativo el aprendizaje significativo da a conocer las diferentes maneras en que se puede adquirir conocimiento. También nos recuerda que la enseñanza tiene como fin primordial ayudar a crear y potenciar conocimientos, por lo que los pilares de estos son: aprender a aprender, aprender a hacer, aprender a convivir y aprender a ser. Posteriormente, Escalante hizo una recapitulación de la historiade resolución de problemas matemáticos, así como su clasificación la cual es: de reconocimiento, de algoritmo o repetición, de traducción simple o compleja, de procesos, sobre situaciones reales, de puzles, de historias matemáticas. El objetivo general de esta tesis fue determinar los procesos que aplica el método Pólya en la resolución de problemas matemáticos en los estudiantes de quinto grado de primaria de la Escuela Oficial Rural Mixta “Bruno Emiliano Villatoro” del municipio de la Democracia del departamento de Huehuetenango, Guatemala. En este estudio se utilizó la metodología cuantitativa de diseño cuasi experimental, con una distribución probabilística; de manera que la muestra fue de 25 sujetos entre las edades de 9 a 11 años que cursaron 5to grado de primaria en la escuela primaria antes mencionada. Escalante (2015), en sus resultados apreció que al utilizar el método Póyla sí existe una influencia positiva en la resolución de problemas matemáticos, al optimizar aspectos como identificación de los pasos o procesos para resolver problemas matemáticos y el uso de estrategias de dicha resolución. Este trabajo es de utilidad para nuestra investigación debido a que nuestro estudio se basa en la parte de resolución de problemas, ya que muchos diseñadores usan técnicas de resolución de problemas pero a la inversa, para diseñar un nuevo problema. Peralta (2015) en su tesis de maestría estudió cómo estudiantes de licenciatura en matemáticas resuelven problemas de combinatoria. En la introducción escribe que la combinatoria es quizá una de las ideas base de gran parte de las matemáticas; es 19 trascendente en el estudio de la probabilidad, teoría de grupos, topología, teoría de grafos, teoría de juegos, teoría de números, análisis de redes y programación lineal. Su aplicación ha permitido la perfección de cajas fuertes, avance en criptología, elaboración de poderosas computadoras y equipos médicos. Navarro-Pelayo, Batanero y Godino (como lo citó Peralta, 2015), aseguran que la combinatoria por su carácter esencial para la matemática discreta, debe ser fundamental en la matemática escolar y citando a Kapur (como fue citado en Peralta, p. 1-2) para justificar la enseñanza de la combinatoria hace las siguientes afirmaciones: I. Puesto que no depende del cálculo, permite plantear problemas apropiados para diferentes niveles; pueden discutirse con los alumnos problemas aún no resueltos, de modo que descubran la necesidad de crear nuevas matemáticas. II. Puede emplearse para entrenar a los alumnos en la enumeración, la realización de conjeturas, la generalización, la optimización y el pensamiento sistemático. III. Puede ayudar a desarrollar muchos conceptos, como los de aplicación, relaciones de orden y equivalencia, función, muestra, conjunto, subconjunto, producto cartesiano, etc. IV. Puede presentarse muchas aplicaciones en diferentes campos, como: Química, Biología, Física, Comunicación, Probabilidad, Teoría de números, Grafos, etc. Peralta (2015) en su estado del arte sobre la enseñanza de la combinatoria, mencionó que en España Navarro-Pelayo et al. (como lo citó Peralta) se construyó un cuestionario para indagar el efecto de las variables de tarea en las respuestas de los alumnos que resuelven problemas combinatorios. Otro trabajo es el de Roa, Batanero, Godino y Canizares (como lo citó Peralta) en el cual se estudiaron las estrategias de soluciones de problemas combinatorios simples y compuestos en alumnos de licenciatura en matemáticas. Posteriormente, Roa, Batanero y Godino (como lo citó Peralta) estudiaron las estrategias básicas en la resolución de problemas matemáticos que son útiles en el caso particular de la combinatoria como traducir el problema a otro más simple o conocido, fijar variables y descomponer el problema en subproblemas. En México con el motivo de la Olimpiada Estatal de Matemáticas para el estado de Puebla se conformó un equipo de investigación cuyo propósito era analizar la forma en que 20 los estudiantes preuniversitarios sobresalientes en matemáticas resolvían problemas. En Valle Espinoza (como lo citó Peralta, 2015) se identifican estrategias generales en la solución de los problemas propuestos en los exámenes de selección para esta Olimpiada Estatal de Matemáticas. En Colombia, lugar de origen y donde se basa el autor de la tesis para hacer su estudio, Bonilla y Rueda (como lo citó Peralta) analizaron las respuestas de problemas combinatorios de estudiantes universitarios de primer semestre de licenciatura en educación básica con énfasis en matemáticas de la Universidad Distrital “Francisco José de Caldas” (Bogotá, Colombia), donde hay problemas de permutación con repetición, variación simple y variación con repetición. Posteriormente Aristizábal (como lo citó Peralta), hace una propuesta metodológica en la que aplicó guías de estudio con el apoyo de herramientas tecnológicas con objetivo de aproximar a los estudiantes a los conceptos propios de la Combinatoria y Probabilidad. El problema que basó al trabajo de Peralta (2015) fue ¿Qué estrategias emplean los estudiantes de VI a IX semestre de la licenciatura en matemáticas de la Universidad de Tolima (Ibagué, Colombia), cuando resuelven problemas simples de combinatoria? El objetivo general del trabajo fue establecer las estrategias de solución de problemas combinatorios en la formación inicial de profesores de matemáticas. Posteriormente, Peralta, hace una recapitulación de la combinatoria en la historia de las matemáticas, se establece cuál es la noción de combinatoria para este trabajo, los tipos de problemas combinatorios y algunos teoremas. Después se hizo un estudio de aproximación didáctica de la combinatoria, donde se estudió cómo se resuelven y clasifican los problemas combinatorios. Se abordó el tema de la Educación Matemática Realista (EMR), la cual de acuerdo a Alsina (como la citó Peralta, 2015), “es una filosofía de enseñanza y aprendizaje de la matemática que ha organizado sus referentes teóricos a partir de respuestas a preguntas sobre, por ejemplo, qué es la matemática, cómo y qué se enseña; cómo, cuándo y con quién se aprende”. Posteriormente se analizó la combinatoria en la escuela, mediante el uso de problemas combinatorios para grado 8° a 9° (Colombia), con lo cual se dan ejemplos de nuevos problemas, estrategias, esquematización progresiva, conjeturas, variaciones y combinaciones, aplicación de teoremas de combinatoria y variable didáctica. 21 El trabajo de Peralta (2015) se desarrolló en la Universidad de Tolima, Colombia, en el año 2015, con estudiantes de últimos semestres de la licenciatura en matemáticas. El estudio fue del tipo descriptivo, la herramienta de investigación que se usó fue estudio de casos. A estudiantes de últimos semestres de la licenciatura en matemáticas de la Universidad de Tolima en Colombia se les aplicó un cuestionario de dos problemas simples de combinatoria. Se clasificaron las respuestas de los alumnos de acuerdo con la estrategia usada para la solución de cada problema. Para el problema 1 se tuvieron las categorías: analítica, con dos enfoques, utilización de fórmulas y narración; enumerativa, con enfoque, conteo de puestos vacíos y la solución gráfica. Como resultado, Peralta (2015) escribió que se apreciaron los métodos de resolución de problemas combinatorios por parte de los alumnos de los últimos grados de la licenciatura en matemáticas, y con esto se pudieron clasificar. Además, hizo recomendaciones y proyecciones a futuro con respecto a este estudio. El trabajo de Peralta ayuda a entender la metodología de resolución de problemas del tema de combinatoria y las dificultades en la resolución de problemas de este tema; aunque no es un estudio meramente de olimpiada de matemáticas, ayuda a contrastar lo que sucede conlos alumnos de olimpiada y con los alumnos que no lo son, lo que nos ayudará a explorar si los procesos para resolución de problemas de este tipo son los mismos. En el 13 Congreso Internacional de Educación Matemática (por sus siglas en ingles ICME-13), hubo varios trabajos importantes en el ámbito de las competiciones matemáticas, entre ellos el de Bankov (2017)que presentó una ponencia donde comienza introduciendo al tema con la explicación de por qué son importantes las operaciones en la vida cotidiana y a su vez la importancia del pensamiento matemático, para posteriormente comenzar con el tema de su ponencia, el cual es sobre problemas de competiciones matemáticas o inspirados en ellas que se relacionan con la siguiente situación: varios números se organizan en un círculo y una determinada operación admisible se puede hacer de manera consecutiva un número infinito de veces; la tarea es encontrar condiciones bajo las cuales se pueda obtener una disposición final específica de los números. En esta ponencia se ven los principios usados para resolver estos problemas y la manera en que se puede obtener la solución, usando muchas veces combinatoria. Estos problemas, según el 22 autor, se consideran atractivos y provocan interés hacia las matemáticas y al desarrollarlos se desarrollan ciertas ideas y habilidades matemáticas. La metodología que Bankov (2017) usa para analizar los problemas consiste en primero presentar una situación relacionada con el tipo de problema que se analizará, posteriormente las propiedades de las que se harán uso para resolver el problema y la demostración de cada propiedad, enseguida algún problema usado en alguna competición matemática o inspirado en ella y la forma en que se le da solución a este problema haciendo uso de las propiedades antes mencionadas. Al final de cuentas el trabajo presentado en esta ponencia es un compendio de problemas de olimpiada de matemáticas y problemas inspirados, así como sus respectivas soluciones, pero con la condición de que tengan como base la situación: varios números se organizan en un círculo y una determinada operación admisible se puede hacer de manera consecutiva un número infinito de veces; la tarea es encontrar condiciones bajo las cuales se pueda obtener una disposición final específica de los números. Como resultado de esta ponencia se generó un compendio de propiedades para poder solucionar una serie de problemas de olimpiada de matemáticas y similares que tengan que ver con los problemas propuestos por el ponente; esta presentación pretende mostrar problemas interesantes que usan la figura geométrica círculo, para llamar la atención de las personas hacia las matemáticas y con ello resaltar la importancia de los concursos matemáticos en la difusión del gusto por las matemáticas y el desarrollo de pensamiento lógico y habilidades matemáticas. Esta ponencia es de importancia para el trabajo de tesis a desarrollar, ya que este compendio de problemas nos puede ayudar a analizar cómo es que el autor crea los problemas mostrados en el compendio y con ello poder contrastar y clasificar los resultados que arrojó nuestro estudio. Otra ponencia de nuestro interés, realizada en el ICME-13, es la presentada por Cáceres-Duque, Nieto-Said y Sánchez-Lamoned (2017) los cuales presentan un compendio de los diferentes problemas de combinatoria aplicados en los 18 años (contando hasta el 2016) de realización de la Olimpiada Matemática de América Central y del Caribe. En la parte del marco teórico se describe la manera en que se realiza la olimpiada, la cual se 23 realiza desde 1999, competición que se realiza en dos días realizando cada día la aplicación de un examen de 3 problemas con un valor de 7 puntos cada uno y un tiempo de 4.5 horas de resolución. En esta olimpiada participan por delegación, un líder, un sublíder y tres estudiantes de secundaria, los cuales deben tener menos de 16 años, un año anterior del concurso. En este artículo se analizan los problemas de combinatoria debido a que representan una tercera parte de los problemas evaluados en la olimpiada y además es el área menos comprendida y estudiada a nivel secundaria en la región. Hay 5 categorías de problemas de combinatoria aplicados: Juegos de estrategia, problemas de configuración, problemas de conteo, problemas extremos y problemas misceláneos. Esta ponencia muestra los problemas de combinatoria con su respectiva solución y clasificados según su tipo, aplicados en la Olimpiada Matemática de América Central y del Caribe desde su comienzo en 1999 y hasta el año 2016. Es importante este compendio ya que el tema de combinatoria es el 32.4% de los problemas presentes en esa competición, competición importante para adentrar a los estudiantes de secundaria a los concursos internacionales de matemáticas más demandantes. Los autores mencionan que en esencia los problemas no han cambiado mucho y que se necesitan los conceptos básicos para resolverlos, aunque con el paso del tiempo han aumentado la dificultad. La importancia de esta competición también recae en la posibilidad para que los profesores compartan ideas para mejorar el aprendizaje de las matemáticas, ya que después de todo son regiones con culturas similares. La importancia de esta ponencia para el trabajo de tesis desarrollado es la posibilidad de poder ver las diferencias entre los problemas y con ello poder descifrar algunas de las técnicas que se usaron para crearlos, lo cual nos ayudaría a contrastar y clasificar las técnicas que los expertos mexicanos usan para desarrollar crear problemas para olimpiadas del conocimiento matemático de este país. Siguiendo con las ponencias del ICME-13, la ponencia de Taylor (2017) comenzó su trabajo hablando sobre el rol único que tienen las competiciones matemáticas en el sistema educativo, haciendo una breve línea del tiempo donde muestra el origen de las competiciones matemáticas y la importancia de éstas. También nos menciona que la Olimpiada Internacional de Matemáticas (por sus siglas en ingles IMO) tiene un conjunto definido de cuatro temas: Álgebra, Teoría de números, Geometría y Combinatoria. Y 24 menciona que, si se asume que el plan de estudios es un objetivo final, es muy alejado de la experiencia en el aula y lo que interesa es encontrar la partida de las competiciones matemáticas en el aula, los primeros pasos de éstas. Por lo anterior se cita a Taylor (2017) para mostrar ejemplos de problemas de estas áreas, sus enfoques y la discusión de algunos aspectos pedagógicos. Posteriormente hace un análisis de varías competiciones matemáticas y un breve recuento de qué ha pasado con varios de sus participantes. Esta ponencia hace una recopilación de problemas con su solución y una discusión de algunos aspectos pedagógicos que posteriormente sirven para hacer una reflexión sobre los aspectos que son de interés para los investigadores del ramo de competiciones matemáticas. Posteriormente el autor hace un análisis de lo que ha pasado con varios competidores de olimpiadas matemáticas para reflexionar sobre los posibles rumbos de las investigaciones en este rubro. Como resultado el autor describe dos de las áreas principales para futuras investigaciones sobre competencias y enriquecimiento de las matemáticas en general. La primera es el desarrollo de una mejor clasificación de los problemas y una evaluación de su efectividad, particularmente aquellos en el nivel que pueden llevar a un estudiante con conocimientos en el aula a una experiencia matemática más profunda. La segunda área es la recopilación y el análisis de más datos sobre la competencia y los exalumnos de la Olimpiada, con el fin de ayudar a evaluar la efectividad de las competiciones en la elección y el éxito en carreras futuras. Esta ponencia nos es útil en nuestra investigación debido a queal igual que en las ponencias anteriores seleccionadas del ICME-13, podemos analizar los problemas del compendio y contrastar las técnicas de diseño de problemas utilizadas por los expertos entrevistados en este estudio, además de contrastar las posibles áreas de investigación que se puedan abordar en un futuro. Una investigación muy importante como antecedente del diseño de problemas para olimpiada es la realizada por Poulos (2017), en su artículo se describen los pasos que un especialista en creación de problemas realiza para poder crear un problema para competiciones matemáticas. Se prestó atención en las técnicas y estrategias que el especialista lleva a cabo para crear un problema y a las respuestas a las preguntas de investigación: ¿Qué características hacen a un problema matemático interesante y adecuado para una competición? ¿Cómo se diferencian las técnicas para plantear problemas de un 25 experto a otro, y qué tipo o nivel de creatividad se requiere para plantear problemas en las competencias de matemáticas? Poulos (2017) mencionó que en los últimos 20 años uno de los temas de mayor interés de la didáctica matemática es la investigación sobre la creación de problemas matemáticos. Muchos artículos se enfocan en cómo estudiantes y aspirantes a profesores están capacitados para plantear problemas matemáticos con el fin de mejorar su capacidad para comprender conceptos matemáticos y problemas, pero sin embargo la investigación sobre cómo se crean los problemas “difíciles”, como los problemas de competiciones matemáticas son muy limitadas. Existe una investigación empírica muy limitada sobre cómo los especialistas en planteamiento de problemas matemáticos crean, diseñan y modifican problemas para competiciones matemáticas. Poulos (2017, p. 27), hace mención sobre que los especialistas en planteamiento de problemas involucrados en las competiciones matemáticas no suelen publicar como plantean sus problemas. Es muy probable que esto sea porque de alguna manera para algunos esto es un secreto profesional. Las pocas publicaciones encontradas sobre este tema están en la revista “Mathematics Competitions”, The oficial journal of the international Mathematical Olympiads (I.M.O.), y son publicadas por los autores Engel, Panaitopol & Stefanescu; Gardiner, Junda & Jianping y Soifer. El más relevante y significante artículo para este trabajo que se analizó de esta revista es el realizado por Igor Sharygin que fue entrenador de la I.M.O. del equipo ruso, y su artículo es una descripción general de algunas técnicas que él usó para crear nuevos problemas para competiciones matemáticas, para la I.M.O y por cuestiones didácticas. Estas son las seis estrategias que él utilizó y algunos ejemplos de las mismas: 1. Reformulación: Disfrazar un hecho matemáticamente conocido (Teorema, por ejemplo) y formularlo de una manera radicalmente diferente. Sharygin menciona que cuando un problema geométrico se traduces en un problema algebraico, esta traducción puede resultar en un problema llamativo y elegante. 26 2. Encadenamiento: Cuando la estructura de un problema es complicada, su solución a menudo se realiza en pasos y de esos pasos pueden surgir nuevos problemas. 3. Considerando un caso especial: Considerando casos especiales de teoremas fundamentales, se pueden diseñar un problema interesante y elegante. 4. Generalización: Un método esencial en matemáticas de cualquier nivel y forma. 5. Variando los datos dados: Un pequeño cambio en la formulación de un problema puede traer como consecuencia un gran aumento en la dificultad. 6. Descubrimiento: Según Sharygin, la principal fuente de nuevos problemas es la curiosidad, basada en nuestro deseo por descubrir la esencia del problema, la habilidad para observar un hecho conocido desde un nuevo ángulo. Es entonces cuando aparecen los problemas geométricos más interesantes, problemas que podemos catalogar como descubrimientos. Estas técnicas siguen la tradición de Pólya. A pesar de que las primeras cinco técnicas apoyan la opinión de que un nuevo problema generalmente está inspirado en los problemas con los que está familiarizado el especialista diseñador de problemas. La técnica de descubrimiento respalda exactamente el punto señalado por Kontorovich y Koichu, que incluso un conjunto extendido de problemas familiares o propios no es suficiente para plantear problemas de alta calidad. La investigación de Kontorovich se centra en los objetivos que los especialistas tratan de lograr con los problemas que plantearon para las competencias matemáticas. Kontorovich estudió a 26 participantes adultos de competiciones matemáticas (instructores, expertos en planteamiento de problemas y organizadores de concursos matemáticos). Las investigaciones preliminares sugieren que los participantes compartieron una agenda pedagógica que consiste en 4 metas que están interrelacionadas: proporcionar a los estudiantes oportunidades para aprender matemáticas significativas, para fortalecer su actitud positiva hacia las matemáticas, para crear desafíos cognitivos para los estudiantes y sorprenderlos. Los problemas de competiciones matemáticas son considerados por estas personas como un medio para lograr los objetivos anteriores. Poulos (2017, p. 28), mencionó que Kontorovich y Koichu se concentraron en cómo los especialistas (en este caso uno, llamado Leo) clasifican y agrupan sus “grupos de 27 problemas personales” y cómo los utilizan para crear otros nuevos. En este caso Leo, tomó como partida una lista de 17 problemas que había compuesto en el pasado. La idea clave presente es que al estudiar las acciones de Leo y describir las habilidades que caracterizan a un especialista, es el concepto de ideas de anidación, “los problemas familiares se describen como ‘huevos’”, por lo tanto, un nido alojaría ‘huevos’” que comparten atributos, y adicionalmente, el nido “serviría como un marco útil para ‘poner’ nuevos ‘huevos’”. No tienen en cuenta que los “atributos similares” que clasifican los problemas son una elección personal y dependen completamente de cada especialista. Se describen tres tipos de razones para incluir problemas en la misma clase: 1. Ideas de anidación de estructura profunda. 2. Las superficies estructuran ideas de anidación. 3. Ideas de anidación basadas en conceptos matemáticos particularmente ricos. Hay varios estudios sobre cómo los especialistas resuelven problemas en la comunidad de Didáctica de las matemáticas, se necesita un esfuerzo de investigación adicional para comprender la esencia del desarrollo de problemas por expertos, como enfatizan Kontorovich y Koichu. Las preguntas de investigación que planteó Poulos (2017), son: ¿qué principios utiliza un especialista para crear problemas y qué tipo de creatividad se requiere para plantear problemas en las competencias de matemáticas?, ¿qué se necesita para que un problema sea interesante y apropiado para las competiciones? ¿Cómo se diferencian las técnicas en problemas de un especialista a otro? ¿Son las técnicas utilizadas por los especialistas en plantear problemas de alta calidad las mismas que las que utilizan los especialistas en plantear problemas para otros fines? Para esta investigación Poulos (2017) entrevistó a un especialista y le pidió que describiera en detalle cómo él compone los problemas para las competiciones, en este caso el experto es denominado como V, el cual se seleccionó porque es uno de los entrenadores del grupo griego para la I.M.O. V no sólo daba una opinión personal y una visión de los problemas compuestos por él, sino que, lo que es más importante, V era expresivo en el sentido de que podía desarrollar sus pensamientos de manera plena y clara durante la creación de un problema. Se tuvieron dos sesiones de entrevista con V, cada uno duró 2 horas.
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