Impacto d= el uso didáctico del laboratorio virtual PhET en la comprensión del tema electricidad en estudiantes de segundo de bachillerato técnico

&nbs= p;

Impact of the didactic use of a virtual laboratory= on the comprehension of the topic electricity in secondary school students

= ¹=	Diego Fernando Pérez Valverde	<= /span>	https://orcid.org/0009-0002-2101-6864
<= /span>	Univer= sidad Bolivariana del Ecuador, Durán, Ecuador dfperezv@ube.edu.ec
= ²=	Jorge Ernesto Inca Pilco	<= /span>	https://orcid.org/0009-0002-3717-4592
<= /span>	Univer= sidad Bolivariana del Ecuador, Durán, Ecuador jei= ncap@ube.edu.ec
= ³=	Jacque= line Alexandra Villacís Tagle	<= /span>	https://orcid.org/0009-0008-2197-5698
<= /span>	Univer= sidad Bolivariana del Ecuador, Durán, Ecuador javillacist@ube.edu.ec
= ⁴=	Odette Martínez Pérez	<= /span>	https://orcid.org/0000-0001-6295-2216
<= /span>	Univer= sidad Bolivariana del Ecuador, Durán, Ecuador omartinezp@ube.edu.ec

&= nbsp;

	Artículo de Investigación Científica y Tecnológica Enviado: 17/07/2024= Revisado: 12/08/2024 Aceptado: 24/09/2024 Publicado:05/10/2024 DOI: https:/= /doi.org/10.33262/concienciadigital.v7i4.3165
	= &= nbsp;
Cítese:		Pérez Valverde, D. F., Inca Pi= lco, J. E., Villacís Tagle, J. A., & Martínez Pérez, O. (2024). Impacto del uso didáctico del laboratorio virtual PhET en la comprensión del tema electricidad en estudiantes de segundo de bachillerato técnico. Concienci= aDigital, 7(4), 29-52. https://doi.org/10.33262/concienciadigital.v7i4.3165
<= /o:p>		*CONCIENCIA DIGITAL,* es una revista multidisciplinar= , trimestral, que se publicará en soporte electrónico tiene como misión contribu= ir a la formación de profesionales competentes con visión humaníst= ica y crítica que sean capaces de exponer sus resultados investigativos y científicos en la misma medida que se promueva mediante su intervención cambios positivos en la sociedad.https://concienc= iadigital.org La revista es editada por la Editorial Ciencia Digital (Editorial = de prestigio registrada en la Cámara Ecuatoriana de Libro con No de Afiliaci= ón 663) www.celibro.org.ec
<= /p>		= Esta revista está protegida ba= jo una licencia Creative Commons AttributionNonCommercialNoDerivatives 4.0 International. Copia de la licencia: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0= /
Palabr= as claves: Labora= torio virtual, PhET, Electricidad, Bachillerato, Educación Técnica.	&= nbsp;	Resumen Introducción: Objetivo: Metodología: Se utilizó la prueba t independiente y pareada p= ara comparar las puntuaciones del pre y post test de los grupos y analizar si existen diferencias significativas. Resultados: Los resultados obtenidos demostraron que= el uso del laboratorio virtual PhET para la enseńanza de la temática electri= cidad tuvo un impacto positivo en la comprensión conceptual de los estudiantes = de bachillerato técnico. Los análisis estadísticos revelaron diferencias significativas entre el desempeńo del grupo experimental que utilizó PhET= y el grupo de control que recibió instrucción tradicional. Mientras que tod= os los estudiantes del grupo experimental lograron dominar los aprendizajes sobre circuitos eléctricos de corriente continua, en el grupo de control = solo dos estudiantes alcanzaron este nivel de dominio. Estas diferencias se atribuyen a las representaciones visuales animadas que PhET brinda sobre conceptos abstractos como el movimiento de electrones, permitiendo a los estudiantes comprender fenómenos no observables en la realidad física. Conclusión: Área de estudio general: Educación. Área de estudio específica: El= ectricidad. Tipo de estudio: = Artículos originales.
Keywords: Virtual Laboratory, PhET, Electricity, High School, Technical Education.		Abstra= ct Introduction: Teaching electricity a= nd electrical circuits is crucial in technical training, but students face difficulties due to the lack of firsthand experimentation in laboratories. The use of virtual laboratories can be an effective alternative to improve learning in this area. Objective: To determine= the impact of the didactic use of the PhET virtual laboratory on the understanding of electricity in second year technical high school student= s. Methodology: The study adopted the quasi-experimental design of pretest, post test= and control group. The sample for the study consisted of 26 high school sopho= more students belonging to two predetermined groups that composed the experime= ntal and control groups, respectively. The experimental groups were exposed to instructional strategies using a virtual laboratory, while the control gr= oup was taught using the conventional laboratory strategy. The instruments us= ed for the pre- and post-test were two 20-question multiple-choice questionnaires that were designed by the authors and validated by experts. The frequent questions posed for the study were answered using descriptive statistics. The independent paired t-test was used to compare the pre- and post-test scores of the groups and to analyze if there are significant differences. Results: The results obtained showed that the use of = the PhET virtual laboratory for teaching electricity had a positive impact on= the conceptual understanding of technical high school students. Statistical analyses revealed significant differences between the performance of the experimental group that used PhET and the control group that received traditional instruction. While all students in the experimental group achieved mastery of learning about DC electrical circuits, only two stude= nts in the control group achieved this level of mastery. These differences are attributed to the animated visual representations that PhET provides of abstract concepts such as electron motion, allowing students to understand phenomena that are not observable in physical reality. Conclusion: The implementation of the PhET virtual laboratory proved to be more effective than traditional instruction for teaching electricity in technical high school. While virtual laboratories should not replace physical laboratori= es, their complementary use allows students to better grasp abstract concepts= and acquire a comprehensive understanding of scientific phenomena. This resea= rch provides evidence on the usefulness of innovative technological resources such as PhET in science education. &= nbsp;

Introducción

= La instrucción en el análisis de circuitos eléctricos y electrónicos constituy= e un aspecto fundamental en la formación de los futuros profesionales en discipl= inas vinculadas con la electrónica y las telecomunicaciones (Rodríguez-García et= al., 2021).

= En las últimas décadas, se han llevado a cabo diversas investigaciones educati= vas centradas en las dificultades de aprendizaje en el ámbito de la electricida= d. Estas investigaciones han destacado que los estudiantes tienden a emplear intuitivamente ideas personales y modelos mentales alternativos al realizar predicciones sobre el funcionamiento de circuitos eléctricos básicos (Ponte= s, 2022).

= Estos modelos mentales, al manifestarse como nociones no científicas resistentes = al cambio en entornos educativos convencionales, surgen en diversos contextos, perduran a lo largo de distintos niveles educativos y afectan a estudiantes= de diversas edades y nacionalidades (Pontes, 2021).

= Estos modelos mentales erróneos sobre la temática electricidad pueden deberse a la falta de comprensión holística de la temática electricidad, ocasionada, muc= has veces por el tratamiento meramente teórico de la información, sin involucra= r la parte práctica y real, lograda a través de la experimentación en el laboratorio, que en muchas instituciones educativas no se realiza por la fa= lta de infraestructura y recursos existentes.

= Es así como según Potkonjak et al. (2016), el aprendizaje de las cien= cias se ha visto obstaculizado debido a la falta de equipamiento o a la inadecua= ción del equipo de laboratorio en los centros educativos. En este contexto, surg= e la urgencia de implementar un nuevo entorno de laboratorio alternativo y no convencional, que permita a los estudiantes llevar a cabo diversos experime= ntos en cualquier momento y en un entorno seguro, esto es especialmente necesari= o en unidades educativas técnicas donde la práctica es una pieza clave de la formación de los estudiantes.

= Una solución viable para superar estos desafíos radica en la incorporación de laboratorios virtuales. Un laboratorio virtual se define como un conjunto de programas informáticos que posibilitan la visualización de fenómenos comple= jos que suelen tener lugar en entornos de laboratorios reales (Syahfitri et al., 2020). Los laboratorios virtuales ofrecen simulaciones de laboratorios convencionales que adoptan un enfoque centrado en el estudiante, proporcion= ando al alumno representaciones virtuales de objetos reales utilizados en entorn= os tradicionales de laboratorio. Estos entornos virtuales pueden enriquecer los procesos de enseńanza y aprendizaje al permitir a los estudiantes participar activamente en experiencias prácticas, ofreciendo actividades estimulantes y entretenidas que fomentan la exploración y promoviendo una interacción diná= mica en el aula a través de debates y discusiones (Gunawan et al., 2019).

= El uso de laboratorios virtuales ofrece a los estudiantes la oportunidad de investigar escenarios que resultan imposibles de reproducir en la realidad,= lo que les permite ajustar los experimentos a una duración diferente a la que requeriría la experiencia real (Aldrich, 2005).

= Además, los instrumentos de laboratorio virtual son más fáciles de usar y montar que los equipos convencionales, ahorrando tiempo y espacio lo que los hace una alternativa más eficiente que los laboratorios tradicionales en estos aspec= tos (Reese, 2013).

= Por otro lado, la utilización de laboratorios virtuales transforma a los estudiantes en aprendices activos, ofreciéndoles la posibilidad de aprender= a su propio ritmo y comprender conceptos prácticos desafiantes. Los alumnos se sumergen en un entorno de aprendizaje virtual que les permite conectar nuev= os conocimientos con información previamente adquirida mediante la manipulación directa de dispositivos a través de un programa informático (Ojo & Owol= abi, 2020)

= En la actualidad, existe una gran cantidad de laboratorios virtuales destinado= s al aprendizaje de las ciencias, entre ellos tenemos a la plataforma Go-Lab (Global Online Science Labs for Inquiry Learning in Schools), que es un proyect= o de la Unión Europea que desde 2012 promueve el interés en STEM y habilidades científicas en estudiantes de 10 a 18 ańos mediante la experimentación guia= da (Go-Lab, 2023).

= Otro laboratorio virtual muy utilizado es Crocodile Physics, el cual está diseńado específicamente para la enseńanza de la Física. Este laboratorio contiene animaciones que permiten observar conceptos ocultos y experimentos= que no pueden ser estudiados en laboratorios físicos. En este laboratorio virtu= al los usuarios tienen la opción de modelar experimentos relacionados con electricidad (Rodríguez-Abril et al., 2021).

= Entre los simuladores más utilizados se encuentra Algodoo, creado en 2008 por Emil Ernerfeldt como proyecto-tesis de fin de máster en la Universidad de Umeĺ, Suecia. Algodoo fue creado para ser utilizado en el aula. Esta herramienta = se ha actualizado frecuentemente, mejorando su rendimiento y aspecto, e incorp= orando nuevas funciones y traducciones. Este simulador cubre una amplia gama de temáticas relacionadas con la física y la tecnología (Mendoza, 2021).<= /o:p>

= Al hablar de laboratorios virtuales, existen plataformas poco conocidas como p= or ejemplo la creada por Salvador Hurtado Fernández, profesor de física y quím= ica de Sevilla, esta herramienta llamada “Laboratorio virtual” contiene 35 simulaciones destinadas a la práctica experimental de las asignaturas de fí= sica y química en diferentes niveles, este laboratorio contiene su propia guía, simulador y actividades, constituyéndose en una guía didáctica que permite suplir la falta de horas y equipos para realizar prácticas experimentales en laboratorios reales (Hurtado, 2024= ).

= Otra plataforma con simuladores virtuales poco conocida es Educaplus, creado por Jesús Peńas Cano, profesor de física y química. Esta herramienta contiene interesantes simuladores, laboratorios virtuales y recursos interactivos de= las asignaturas de física, química, matemática, biología, ciencias de la tierra, educación artística y tecnología. También contiene juegos didácticos que permiten el repaso de las asignaturas antes mencionadas. Este proyecto le ha valido numerosos premios y reconocimientos a su autor (Peńas, 2014).

= Entre otro de los laboratorios conocidos tenemos a Chem Collective, plataf= orma que contiene una colección de = ;laboratorios virtuales , actividades de aprendizaje basadas en escenarios= , tutoriales= y pruebas de conceptos<= /span>. Esta herramienta está diseńada para ser utilizada como alternativa o apoyo a los laboratorios reales y sus activida= des pueden trabajarse de manera individual o en equipo, donde los estudiantes pueden repasar y aprender conceptos de química complicados (ChemCollective,= 2024).

= Aunque existe una gran cantidad de plataformas que proporcionan laboratorios virtu= ales para la enseńanza de las ciencias, al momento de realizar estudios sobre el impacto de laboratorios virtuales en la educación se ha encontrado que PhET= es el laboratorio virtual más usado (Campos & Benarroch, 2024). PhET (<= i>Physics Education Technology) es desarrollado por la Universidad de Colorad= o, está disponible gratuitamente en su sitio web (www.phet.colorado.edu). Este sitio web consta de más de 167 simulaciones interactivas para las asignatur= as de física, química, biología, matemáticas y ciencias de la tierra, a las cu= ales se puede acceder tanto online como offline. Estas simulaciones están diseńa= das para ser entornos de aprendizaje altamente interactivos, atractivos y abier= tos que brindan comentarios animados al usuario. Las simulaciones modelan representaciones dinámicas, altamente visuales y físicamente precisas (Finkelstein et al., 2005). La principal ventaja de las simulaciones PhET es que contienen una guía para el docente, así como actividades y hojas de tra= bajo para los estudiantes. Las simulaciones de PhET están basadas en investigaciones educativas extensivas, gracias a las cuales tienen = la posibilidad de involucrar a los estudiantes mediante un ambiente intuitivo = tipo juego, donde aprenden explorando y descubriendo (PhET Interactive Simulations, 2024= ).

= En los últimos ańos, se han llevado a cabo diversos estudios para evaluar el efecto de los laboratorios virtuales en la enseńanza de la temática: electricidad. Así tenemos a Taramopoulos & Psillos (2017), quienes estudiaron el impacto de entornos de laboratorio virtual en la comprensión = de estudiantes de secundaria sobre circuitos eléctricos, concluyendo que, la combinación de representaciones concretas y abstractas dinámicamente vincul= adas promovió una comprensión más profunda por parte de los estudiantes de fenóm= enos complejos relacionados con la temática. Los mismos autores llevaron a cabo = un estudio similar en el ańo 2019, con el propósito de investigar y analizar el impacto de los laboratorios virtuales en el desarrollo cognitivo y la capac= idad de representación de los estudiantes de secundaria. Según el informe de los autores, los estudiantes que emplearon representaciones concretas y abstrac= tas dinámicamente interconectadas de circuitos eléctricos durante la instrucción demostraron una mayor comprensión en comparación con aquellos que no utiliz= aron dichas representaciones, especialmente en la comprensión y transformación de circuitos eléctricos más complejos (Taramopoulos & Psillos, 2019).=

= Por su parte Faour & Ayoubi (2018), llevaron a cabo un estudio que analizab= a el impacto del empleo de un laboratorio virtual en la comprensión conceptual de los estudiantes acerca del circuito eléctrico de corriente continua, así co= mo en sus actitudes hacia la asignatura de Física. En este contexto, se empleó= el laboratorio virtual PhET. Los resultados obtenidos indicaron que, tras 10 semanas de instrucción con dicho laboratorio, se observó una notable mejora= en la comprensión conceptual del circuito eléctrico de corriente continua por parte de los estudiantes, reflejada en un mejor desempeńo en las evaluacion= es.

= Asimismo Famani et al. (2019), investigaron la efectividad diseńo de aprendizaje sob= re la Ley de Inducción de Faraday usando una simulación de Laboratorio Electromagnético de PhET en la comprensión de los estudiantes y concluyeron que, el uso del laboratorio virtual ayudó a los estudiantes a comprender de mejor manera la Ley de Inducción de Faraday.

= De igual manera, en un estudio llevado a cabo por Sharifov (2020), se examinó = el impacto y la relevancia de los laboratorios virtuales en el fomento de un entendimiento más profundo de conceptos científicos y el desarrollo de habilidades prácticas superiores en el campo del electromagnetismo entre estudiantes de noveno grado de educación secundaria. Los resultados de su investigación revelaron que la utilización del laboratorio virtual PhET permitió a estos estudiantes mejorar su capacidad de pensamiento crítico, potenciar sus habilidades creativas y fortalecer su competencia para abordar con éxito tareas complejas relacionadas con el electromagnetismo.

= Por su parte Pontes (2022), llevó a cabo un análisis del impacto derivado de la utilización educativa del laboratorio virtual PhET. Este recurso permite a = los estudiantes llevar a cabo tareas de indagación y modelización en relación c= on el funcionamiento de circuitos eléctricos de corriente continua. Tras la implementación de este laboratorio virtual como la principal herramienta educativa, se observó una notable mejora en la comprensión de los estudiant= es respecto al funcionamiento de los circuitos eléctricos.

= Los estudios reportados dan una idea del impacto positivo del uso de laboratori= os virtuales en la enseńanza de la temática electricidad. Sin embargo, ninguno= de los estudios repostados trabaja con estudiantes del área técnica, por lo qu= e la presente investigación plantea como objetivo determinar el impacto del uso didáctico del laboratorio virtual PhET en la comprensión del tema electrici= dad en estudiantes de segundo de bachillerato técnico.

= Las preguntas de investigación que se plantean en este estudio son: =

= 1. żExiste una diferencia significativa entre los puntajes de la prueba previa= del grupo experimental en el que se aplicó el método de laboratorio virtual y el grupo de control en el que se aplicó el método prescrito en el plan de estu= dios de la asignatura de Electricidad?

= 2. żExiste una diferencia significativa entre los puntajes posteriores a la pr= ueba del grupo experimental en el que se aplicó el método de laboratorio virtual= y el grupo de control al que se le aplicó el método prescrito en el plan de estudios de la asignatura de Electricidad?

Metodología

= El presente adoptó un diseńo cuasi-experimental con pre-test y post-test y con grupo control. La población para el estudio estuvo compuesta por 26 estudia= ntes de segundo de bachillerato técnico de la especialidad mecánica automotriz pertenecientes a la Unidad Educativa Carlos Cisneros ubicada en la ciudad de Riobamba, provincia de Chimborazo-Ecuador. Dado que la población = era manejable, no se consideró necesario utilizar una muestra, ya que se trabajó con la totalidad de la población.

= Los estudiantes con los que se trabajó pertenecían a dos grupos formados de man= era predeterminada, mismos que constituyeron el grupo experimental y de control= . Al grupo experimental, compuesto por 13 estudiantes, se le enseńó la temática: circuito eléctrico de corriente continua correspondiente al módulo de electricidad, utilizando la estrategia didáctica de clases demostrativas interactivas con el uso del laboratorio virtual PhET, específicamente la simulación titulada Kit de Construcción de Circuitos: CD (ver figura= 1), mientras que, al grupo de control se le enseńo la misma temática utilizando= la estrategia de laboratorio convencional.

Figura 1<= o:p>

Simulación Kit de Construcción de Circuitos: CD de PhET

Fuente: PHET Interactive Simulations (2024)

= Los instrumentos utilizados en la presente investigación fueron dos cuestionari= os de opción múltiple diseńado por los autores, mismos que se usaron como pre y post test, respectivamente, con el fin de evaluar la comprensión conceptual= de los estudiantes antes y después de la instrucción y comparar la eficiencia = del laboratorio virtual y las demostraciones interactivas utilizando equipos de laboratorio reales.

= El pre-test y el post-test aplicados consistieron en cuestionarios de opción múltiple de 20 preguntas cada uno.

= Para probar la confiabilidad de los cuestionarios, se utilizó la fórmula 20 de Kuder-Richardson. La confiabilidad establecida del pre-test fue de 0,787 y = la del post-test fue de 0,795. Para probar la validez de contenido de los cuestionarios y asegurar que las pruebas midan realmente lo que se pretende medir, se presentó los instrumentos y los objetivos correspondientes a tres expertos en área de electricidad y de educación, quienes afirmaron que la prueba era válida y adecuada para el nivel de bachillerato técnico.

= Previo a la realización del estudio se solicitó el permiso correspondiente a la autoridad de la Institución educativa y se informó a los participantes sobr= e la investigación a realizar, además en los instrumentos de recolección de datos que llenaron los estudiantes se colocó el consentimiento informado a fin de utilizar los datos recopilados para fines investigativos únicamente. <= /o:p>

= La instrucción tanto en el grupo experimental como de control se llevó a cabo durante 4 semanas durante tres períodos por semana, de 45 minutos cada uno.= Al inicio de la instrucción, cada alumno de cada uno de los dos grupos complet= ó el pre-test, durante 60 minutos, para indagar su comprensión conceptual inicial sobre la temática electricidad.

= Durante la instrucción los estudiantes del grupo experimental trabajaron en el laboratorio virtual PhET con la estrategia de instrucción en pares, utiliza= ndo una hoja de trabajo, misma que se encontraba disponible en la sección de actividades de PhET, esta hoja la completaron en equipos con la guía del docente.

= Al final de la instrucción, los estudiantes de ambos grupos fueron evaluados nuevamente, durante 60 minutos, usando el post-test.

= Los datos recopilados fueron cotejados y analizados. Las preguntas de investiga= ción planteadas fueron respondidas mediante estadística descriptiva de media y gráfico de barras con la ayuda del software estadístico SPSS versión 28. Se utilizó la prueba t independiente para comparar las puntuaciones del pre y post-test de los grupos y analizar si existen diferencias significativas.

= Además, para determinar el grado de impacto del programa de formación en los estudiantes se tomó como base el nivel dos del modelo de Kirkpatrick (2007)= , en el cual se determina si se produjo la transferencia de conocimientos de los estudiantes, para ello se tomó en cuenta los resultados obtenidos por los estudiantes en el post-test y se valoraron los mismos con el baremo del rendimiento académico basado en los parámetros de la evaluación del Ministe= rio de Educación del Ecuador. Asimismo, se compararon los puntajes obtenidos en= el post-test en el grupo experimental versus el grupo de control.

Resultados

= Los resultados del pretest tanto del grupo experimental (GE) como del grupo de control (GC) se muestran en la tabla 1.

Tabla 1<= /b>

Resultados del pre-test<= /i>

Agrupaciones Temáticas

% de Acierto

Tipos de materiales (conductores o no conductores)

Ítem 1

GE=3D 100

GC=3D 100

Tabla 1<= /b>

Resultados del pre-test (continuación)

Agrupaciones Temáticas

% de Acierto

Unidades de medida (resistencia eléctrica, intensidad de corriente, voltaje)

Ítem 2

GE=3D 92,3

GC=3D 84,6

Ítem 3

GE=3D 92,3

GC=3D 92,3

Ítem 4

GE=3D 92,3

GC=3D 92,3

Tipo de corriente

Ítem 5

GE=3D 53,8

GC=3D 84,6

Conceptos básicos sobre electricidad (Intensidad de corriente, res= istencia elétrica, voltaje, potencia eléctrica, electricidad, circuito eléctrico)<= o:p>

Ítem 6

GE=3D 38,5

GC=3D 69,2

Ítem 8

GE=3D 61,5

GC=3D 92,3

Ítem 9

GE=3D 53,8

GC=3D 76,9

Ítem 12

GE=3D 53,8

GC=3D 69,2

Ítem 13

GE=3D 92,3

GC=3D 100

Ítem 14

GE=3D 61,5

GC=3D 84,6

Leyes (Ley de Ohm)

Ítem 7

GE=3D 46,2

GC=3D 92,3

Ítem 17

GE=3D 92,3

GC=3D 100

Símbolos

Ítem 10

GE=3D 92,3

GC=3D 84,6

Elementos Básicos de un circuito de iluminación<= /span>

Ítem 11

GE=3D 46,2

GC=3D 46,2

Ítem 19

GE=3D 53,8

GC=3D 53,8

Aplicaciones prácticas

Ítem 15

GE=3D 76,9

GC=3D 76,9

Ítem 16

GE=3D 46,2

GC=3D 30,8

Tabla 1<= /b>

Resultados del pre-test (continuación)

Agrupaciones Temáticas

% de Acierto

Tipos de circuito

Ítem 18

GE=3D 76,9

GC=3D 92,3

Tipos de energía

Ítem 20

GE=3D 38,5

GC=3D 92,3

Para responder a la primera pregunta de investigación, se realizó una prueba t independiente sobre las puntuaciones= del pre-test en el software SPSS vs. 28, el cual arrojó los datos que se encuen= tran en la tabla 2. Los resultados mostraron que hubo diferencia significativa e= ntre las puntuaciones medias de los grupos experimental y de control (p =3D 0,02= 7), revelando que los dos grupos se diferencian al inicio del estudio, siendo el grupo de control el que obtiene mejor puntuación media (16,15/20) en el pretest, frente a la puntuación media de 13,62/20 (ver tabla 2) del grupo experimental. En base a estos resultados se asume que el grupo de control inicia con una cierta ventaja en conocimiento frente al grupo experimental.=

Tabla 2<= /b>

Puntuaciones medias obtenidas y resultados= de la prueba t por los grupos en el pre-test

&n= bsp;

Tipo de grupo

             N=

Media

Signifi= cación P de dos factores

&n= bsp;

Experim= ental

             13

13,62 <= o:p>

0,027

Control

                       13

16,15

=

= Para probar si la contribución del laboratorio virtual y las demostraciones interactivas utilizando equipos de laboratorio reales producen una comprens= ión conceptual del tema electricidad en estudiantes de segundo de bachillerato técnico, se elaboró un post-test con preguntas de opción múltiple que inclu= ía preguntas complejas sobre la temática electricidad, este test se aplicó a a= mbos grupos.

= Los resultados del post-test tanto del grupo experimental (GE) como del grupo de control (GC) se muestran en la tabla 3.

&nbs= p;

&nbs= p;

&nbs= p;

&nbs= p;

Tabla 3

Resultados del post-test

Agrupaciones Temáticas

% de Acierto

Circuitos y Voltaje (aplicaciones)

Ítem 1

GE=3D 100

GC=3D 53,8

Ítem 2

GE=3D 100

GC=3D 69,2

Ítem 3

GE=3D 100

GC=3D 61,5

Ítem 4

GE=3D 100

GC=3D 100

Ítem 7

GE=3D 100

GC=3D 92,3

Ítem 8

GE=3D 100

GC=3D 69,2

Ítem 9

GE=3D 100

GC=3D 61,5

Ítem 10

GE=3D 100

GC=3D 100

Ítem 13

GE=3D 100

GC=3D 84,6

Ítem 14

GE=3D 100

GC=3D 92,3

Ítem 15

GE=3D 100

GC=3D 100

Ítem 19

GE=3D 100

GC=3D 53,8

Tipos de materiales (conductores, no conductores)

Ítem 5

GE=3D 100

GC=3D 100

Tipos de circuitos

Ítem 6

GE=3D 100

GC=3D 23,0

Cargas

Ítem 11

GE=3D 100

GC=3D 69,2

Ítem 17

GE=3D 100

GC=3D 38,5

Tabla 3

Resultados del post-test (continuación)

Agrupaciones Temáticas

% de Acierto

Potencia

Ítem 12

GE=3D 100

GC=3D 100

Ítem 18

GE=3D 0

GC=3D 30,8

Luminosidad

Ítem 16

GE=3D 100

GC=3D 53,8

Ítem 20

GE=3D 0

GC=3D 84,6

Se realizó una comparación entre el puntaje del pre y del post-test de cada grupo. La figura 2 muestra las puntuaciones medias de cada grupo (GE y GC) = en el pre y post-test, donde se puede observar que el grupo experimental obtie= ne una mejora en la puntuación del post-test con relación al pre-test, mientras que en el grupo de control ocurre lo contrario, a pesar de que los estudian= tes de este último grupo iniciaron con una ventaja en conocimiento frente al gr= upo experimental, esto puede deberse a la diferencia entre el cuestionario de p= re y post, ya que el primero involucró preguntas sencillas de conocimientos bási= cos sobre el tema electricidad, mientras que el segundo incluyó ítems de aplica= ción y de razonamiento que requieren un conocimiento sólido de la temática.=

Figura 2<= o:p>

Puntuacio= nes medias de los grupos en el pre y post-test

= Se realizó una prueba t pareada, prueba estadística que compara las medias de = dos grupos relacionados para determinar si las diferencias observadas entre ell= os son significativas desde un punto de vista estadístico (p < 0<= span style=3D'mso-bidi-font-weight:bold'>,05). Esta prueba se utilizó para comparar las puntuaciones obtenidas en el pre y post-test en ambos grupos. Se encontró que, existen diferencias significati= vas entre los resultados del pre y del post-test solamente en el grupo experime= ntal (p<,001), pero no en el grupo de control (p =3D 0,075), mostrando una me= jora de 4,385 puntos en la media del grupo experimental (ver tabla 4) después de= la instrucción basada en el uso del laboratorio virtual PhET.

Tabla 4

Diferenci= as encontradas entre los grupos en el pre y post-test

Pares

Media

Diferencia de medias

Significación P de dos factores

Par 1

GCPost

14,38

-1,769

0,075

GCPre

16,15

Par 2

GEPost

18,00

4,385

<0,001

= GEPre

13,62

Con el fin de contestar la segunda pregunt= a de investigación, se realizó la comparación de medias mediante una prueba t de muestras independientes para los resultados del post-test de ambos grupos, obteniéndose los resultados que se observan en la tabla 5, donde se aprecia= que p<0,001, por lo que se concluye que sí existen diferencias estadísticame= nte significativas entre los resultados del post-test del grupo experimental y = el grupo de control, siendo el primero el que obtiene mejores resultados (18/2= 0), es decir 3,615 puntos por encima del grupo de control (13,48). Esto sugiere= que la estrategia de instrucción utilizando el laboratorio virtual PhET fue más efectiva que la estrategia tradicional para la enseńanza de la temática electricidad.

Tabla 5

Puntuaciones medias obtenidas y resultados de la prueba t por los grupos en el post-test

&n= bsp;

Grupo

N

Media

Diferencia de medias

Significación P de dos factores

= Post

= Grupo Experimental

13

18,00

3,615

<0,001

= Grupo de control

13

14,38

=

= Finalmente, se compararon los resultados de los estudiantes de ambos grupos en el post-= test con el baremo de evaluación del Ministerio de Educación del Ecuador para determinar si los estudiantes habían alcanzado o no los conocimientos mínim= os de la asignatura, para ello se calculó las calificaciones obtenidas por los estudiantes en base 10.

= Se utilizó la siguiente equivalencia:

·      =    = 9.00-10.00: Dominó los aprendizajes (DA)

·      =    = 7.00-8.99: Alcanzó los aprendizajes (AA)

·      =    = 4.01-6.99: Próximo a alcanzar los aprendizajes (PA)

·      =    = < =3D 4: No alcanzó los aprendizajes (NA)

= La tabla 6 muestra que todos los estudiantes del grupo experimental lograron dominar los conocimientos sobre electricidad, mientras que, en el grupo de control solamente dos estudiantes lograron el dominio de los aprendizajes, existiendo cinco estudiantes que alcanzaron los aprendizajes mínimos y seis= que están próximos a alcanzar los aprendizajes mínimos. Estos resultados muestr= an que sí se produjo la transferencia de conocimientos en los estudiantes del grupo experimental en la temática electricidad, alcanzando el nivel dos del modelo de Kirkpatrick (2007).

= Estos resultados confirman que la estrategia de instrucción usando un laboratorio virtual resultó más efectiva que la estrategia de instrucción tradicional.<= o:p>

Tabla 6

Promedio = de calificaciones obtenidas por los estudiantes en el post-test y su significa= do

N° Sujeto

GE

Calificación

Valoración

N° Sujeto

GC

Calificación

Valoración

1<= /span>

         9

DA=

1<= /span>

8<= /span>

AA=

2<= /span>

9<= /span>

DA=

2<= /span>

8<= /span>

AA=

3<= /span>

9<= /span>

DA=

3<= /span>

6,5

PA=

4<= /span>

9<= /span>

DA=

4<= /span>

6,5

PA=

5<= /span>

9<= /span>

DA=

5<= /span>

6,5

PA=

6<= /span>

9<= /span>

DA=

6<= /span>

7,5

AA=

7<= /span>

9<= /span>

DA=

7<= /span>

6,5

PA=

8<= /span>

9<= /span>

DA=

8<= /span>

8,5

AA=

9<= /span>

9<= /span>

DA=

9<= /span>

6,5

PA=

Tabla 6

Promedio = de calificaciones obtenidas por los estudiantes en el post-test y su significa= do (continuación)

N° Sujeto

GE

Calificación

Valoración

N° Sujeto

GC

Calificación

Valoración

10=

9<= /span>

DA=

10=

9,5

DA=

11=

9<= /span>

DA=

11=

9<= /span>

DA=

12=

9<= /span>

DA=

12=

7<= /span>

AA=

13=

9<= /span>

DA=

13=

5,5

PA=

Promedio:

9

DA

7,19

AA

Discusión

= Los datos recopilados en el pre-test permitieron responder la primera pregunta = de investigación, encontrándose que hubo diferencias significativas entre los puntajes de los estudiantes del grupo experimental y los del grupo de contr= ol, siendo estos últimos los que obtienen mejores resultados, iniciando con una ventaja sobre el conocimiento básico de la temática electricidad. A pesar de esta ventaja, el análisis de los resultados del post-test reveló que los estudiantes del grupo experimental, quienes utilizaron el laboratorio virtu= al PhET, demostraron un desempeńo significativamente superior en comparación c= on los del grupo de control, que recibieron instrucción a través de demostraci= ones interactivas con equipos de laboratorio reales. Aunque la muestra era reduc= ida, se evidenció de manera clara que la utilización del laboratorio virtual gen= eró un impacto considerable en la comprensión conceptual de los estudiantes ace= rca del tema de electricidad. Todos los estudiantes del grupo experimental logr= aron dominar los conceptos aprendidos, a diferencia del grupo de control, donde = solo dos estudiantes alcanzaron este nivel.

= Este resultado puede atribuirse a la propiedad de la simulación del Kit de Construcción de Circuitos (KCC) de PhET, la cual proporciona una explicación visual y animada del aspecto microscópico de los circuitos eléctricos. El KCC representa los electrones, normalmente invisibles, con esferas azules, mostrando su movimiento hipotético dentro del circuito y có= mo dicho movimiento puede ser afectado por la resistencia en el circuito y por= la diferencia de potencial de la fuente. De esta forma, ilustra cómo varía la luminosidad de la bombilla y cómo cambia la corriente en función de los factores previamente mencionados. Tales representaciones visuales no son viables en un entorno de laboratorio convencional (Perkins et al., 2005).

= Esta forma de representar conceptos abstractos, que no pueden ser vistos de forma física, hace que los estudiantes que fueron instruidos en la temática electricidad utilizando la simulación de PhET, estén más capacitados para realizar las predicciones sobre conceptos abstractos aplicados a situaciones reales que se incluyeron como ítems en el instrumento utilizado para el pos= t-test.

= Los hallazgos de esta investigación son consistentes con estudios previos como = los de Shegog et al. (2011), Taramopoulos & Psillos (2017), Faour & Ayo= ubi (2018), Famani et al. (2019), Sharifov (2020) y Pontes (2022), en los que l= os laboratorios virtuales resultaron ventajosos y mejoraron la comprensión de = los estudiantes en temáticas complejas relacionadas con la Física.

= Sin embargo, es importante seńalar que los resultados obtenidos en el presente = estudio tienen un alcance limitado debido al tamańo reducido de la muestra, conform= ada solo por 26 estudiantes pertenecientes a dos grupos de una misma institución educativa. Si bien los resultados mostraron diferencias estadísticamente significativas a favor del grupo experimental que utilizó PhET, no se puede generalizar estos hallazgos a otras poblaciones estudiantiles. Para poder establecer conclusiones más robustas y generalizables sería necesario repli= car el estudio con muestras más grandes y diversas, que incluyan estudiantes de múltiples instituciones educativas y distintos contextos socioculturales y económicos. Además, sería recomendable ampliar el tiempo de implementación = de la estrategia con PhET para evaluar su impacto a más largo plazo. A pesar de estas limitaciones, la investigación realizada sienta una base empírica prometedora sobre la utilidad de los laboratorios virtuales como PhET en la enseńanza de la electricidad en bachilleratos técnicos.

= Por otro lado, se debe destacar que, los resultados de esta investigación difie= ren con algunas investigaciones previas como las realizadas por Quinn et al. (2009), Zacharia & Olympiou (2011), Falode & Onasanya (2015), Husnaini & Chen (2019) y Kapici et al. (2022), quienes sostienen que los resultados del aprendizaje no experimentan cambios significativos al reemplazar los laboratorios físicos con los virtuales.

= La discrepancia entre los hallazgos de este estudio y algunas investigaciones previas podría atribuirse a la naturaleza de los conceptos enseńados, el ti= po de laboratorio virtual empleado, la presencia de variables extrańas, el tam= ańo de la muestra, la variedad de diseńos utilizados, así como al análisis estadístico, entre otros factores. Por consiguiente, es importante llevar a cabo más investigaciones en este ámbito.

= Otra razón, que puede explicar estas diferencias es que los laboratorios virtual= es y los físicos se complementan, aportando beneficios en diferentes ámbitos de = la enseńanza. Es así como, como menci= onan De Jong et al. (2013), los beneficios de los laboratorios virtuales se manifiestan cuando los estudiantes tienen la oportunidad de investigar fenómenos no observables que no son accesibles en entornos físicos, llevar a cabo un mayor número de experimentos de los que serían factibles en un laboratorio convencional, establecer conexiones entre fenómenos observables= y a nivel atómico, o comparar distintas representaciones de fenómenos similares. Por otro lado, los laboratorios físicos presentan ventajas cuando el propós= ito de la enseńanza es que los estudiantes desarrollen una epistemología sofisticada de la ciencia, lo que implica la capacidad de interpretar mediciones imperfectas y adquirir destrezas prácticas.

= Es así como los laboratorios virtuales no deben reemplazar a los físicos, más bien deben complementarlos, ya que se obtienen mejores resultados al combinar las prácticas virtuales con las sesiones prácticas tradicionales (Sypsas & Kalles, 2018). Esta combinación permite a los estudiantes contrastar dos representaciones posiblemente distintas del mismo fenómeno y emplear el razonamiento abstracto para analizar las discrepancias, lo que les otorga u= na comprensión más detallada de los fenómenos científicos y fortalece su capac= idad de investigación De Jong et al. (2013).

Conclusiones<= /b>

·      =    = El presente estudio demostró que la implementación del laboratorio virtual PhET como estrategia didáctica para la enseńanza de la temática electricidad en = el nivel de bachillerato técnico resultó más efectiva que la estrategia tradicional de instrucción utilizando demostraciones con equipos reales de laboratorio. Todos los estudiantes del grupo experimental que utilizaron Ph= ET lograron dominar los aprendizajes sobre circuitos eléctricos de corriente continua, a diferencia del grupo de control donde solo dos estudiantes alcanzaron este nivel de dominio.

·      =    = La principal ventaja del laboratorio virtual PhET radicó en su capacidad de representar visualmente conceptos abstractos como el movimiento de electron= es a través de animaciones, permitiendo a los estudiantes comprender fenómenos q= ue no son observables en la realidad física. Esta característica facilitó la adquisición de conocimientos complejos y el desarrollo de habilidades para realizar predicciones sobre aplicaciones prácticas relacionadas con la elec= tricidad.

·      =    = Los resultados obtenidos respaldan la incorporación de recursos tecnológicos innovadores como los laboratorios virtuales en los procesos de enseńanza de ciencias, especialmente en instituciones educativas que carecen de infraestructura y equipamiento adecuado para la realización de prácticas convencionales de laboratorio. En estos contextos, los laboratorios virtual= es se presentan como una alternativa viable y efectiva para suplir las carenci= as existentes.

·      =    = No obstante, se concluye que los laboratorios virtuales no deben reemplazar por completo a los laboratorios físicos tradicionales, sino que deben complementarlos. La combinación de ambos enfoques brinda a los estudiantes = la oportunidad de contrastar distintas representaciones de un mismo fenómeno, = fortalecer sus capacidades investigativas y adquirir una comprensión más integral y profunda de los conceptos científicos abordados.
<= ![if !supportLists]>·      =    = Finalmente, la presente investigación aporta evidencia empírica sobre la efectividad del uso de laboratorios virtuales interactivos como PhET en la mejora de los procesos de enseńanza-aprendizaje de temáticas complejas como la electricid= ad en el nivel de bachillerato técnico, contribuyendo así al campo de la educa= ción en ciencias y al desarrollo de estrategias didácticas innovadoras.

Conflicto de intereses

= Los autores declaran no tener conflicto de intereses.<= /p>
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&nbs= p;

=

El artículo que se publica es de exclusiva responsabilidad de los autores y no necesariamente reflejan el pensamiento = de la Revista Conciencia Digital.

&nbs= p;

El artículo queda en propiedad de la revista y, por tanto, su publicación parcial y/o total en otro medio tiene que ser autoriz= ado por el director de la Revista Conc= iencia Digital.

Agrupaciones Temáticas	% de Acierto
Unidades de medida (resistencia eléctrica, intensidad de corriente, voltaje)	Ítem 2	GE=3D 92,3 GC=3D 84,6
Ítem 3	GE=3D 92,3 GC=3D 92,3
Ítem 4	GE=3D 92,3 GC=3D 92,3
Tipo de corriente	Ítem 5	GE=3D 53,8 GC=3D 84,6
Conceptos básicos sobre electricidad (Intensidad de corriente, res= istencia elétrica, voltaje, potencia eléctrica, electricidad, circuito eléctrico)<= o:p>	Ítem 6	GE=3D 38,5 GC=3D 69,2
Ítem 8	GE=3D 61,5 GC=3D 92,3
Ítem 9	GE=3D 53,8 GC=3D 76,9
Ítem 12	GE=3D 53,8 GC=3D 69,2
Ítem 13	GE=3D 92,3 GC=3D 100
Ítem 14	GE=3D 61,5 GC=3D 84,6
Leyes (Ley de Ohm)	Ítem 7	GE=3D 46,2 GC=3D 92,3
Ítem 17	GE=3D 92,3 GC=3D 100
Símbolos	Ítem 10	GE=3D 92,3 GC=3D 84,6
Elementos Básicos de un circuito de iluminación<= /span>	Ítem 11	GE=3D 46,2 GC=3D 46,2
Ítem 19	GE=3D 53,8 GC=3D 53,8
Aplicaciones prácticas	Ítem 15	GE=3D 76,9 GC=3D 76,9
Ítem 16	GE=3D 46,2 GC=3D 30,8

Agrupaciones Temáticas	% de Acierto
Circuitos y Voltaje (aplicaciones)	Ítem 1	GE=3D 100 GC=3D 53,8
Ítem 2	GE=3D 100 GC=3D 69,2
Ítem 3	GE=3D 100 GC=3D 61,5
Ítem 4	GE=3D 100 GC=3D 100
Ítem 7	GE=3D 100 GC=3D 92,3
Ítem 8	GE=3D 100 GC=3D 69,2
Ítem 9	GE=3D 100 GC=3D 61,5
Ítem 10	GE=3D 100 GC=3D 100
Ítem 13	GE=3D 100 GC=3D 84,6
Ítem 14	GE=3D 100 GC=3D 92,3
Ítem 15	GE=3D 100 GC=3D 100
Ítem 19	GE=3D 100 GC=3D 53,8
Tipos de materiales (conductores, no conductores)	Ítem 5	GE=3D 100 GC=3D 100
Tipos de circuitos	Ítem 6	GE=3D 100 GC=3D 23,0
Cargas	Ítem 11	GE=3D 100 GC=3D 69,2
Ítem 17	GE=3D 100 GC=3D 38,5

Agrupaciones Temáticas	% de Acierto
Potencia	Ítem 12	GE=3D 100 GC=3D 100
Ítem 18	GE=3D 0 GC=3D 30,8
Luminosidad	Ítem 16	GE=3D 100 GC=3D 53,8
Ítem 20	GE=3D 0 GC=3D 84,6

Pares	Media	Diferencia de medias	Significación P de dos factores
Par 1	GCPost	14,38	-1,769	0,075
GCPre	16,15
Par 2	GEPost	18,00	4,385	<0,001
= GEPre	13,62

N° Sujeto GE	Calificación	Valoración	N° Sujeto GC	Calificación	Valoración
1<= /span>	9	DA=	1<= /span>	8<= /span>	AA=
2<= /span>	9<= /span>	DA=	2<= /span>	8<= /span>	AA=
3<= /span>	9<= /span>	DA=	3<= /span>	6,5	PA=
4<= /span>	9<= /span>	DA=	4<= /span>	6,5	PA=
5<= /span>	9<= /span>	DA=	5<= /span>	6,5	PA=
6<= /span>	9<= /span>	DA=	6<= /span>	7,5	AA=
7<= /span>	9<= /span>	DA=	7<= /span>	6,5	PA=
8<= /span>	9<= /span>	DA=	8<= /span>	8,5	AA=
9<= /span>	9<= /span>	DA=	9<= /span>	6,5	PA=