Vera, M. G., Catota, P., Sulbaran, M., & Cajamarca Méndez, G. (2024). Evaluación del uso de simuladores virtuales aplicados a la electricidad en el sistema de Educación Superior como herramienta de enseñanza – aprendizaje. CONECTIVIDAD, 5(1), 128–145. https://doi.org/10.37431/conectividad.v5i1.122

El uso de simuladores virtuales se ha convertido en una parte fundamental del proceso de enseñanza - aprendizaje actual, particularmente en el área técnica, debido al potencial para ayudar a los estudiantes en la realización de prácticas experimentales, más allá de sus prácticas de laboratorio en ambientes reales. Por otra parte, esta herramienta educativa ayuda al docente a fortalecer la didáctica pedagógica utilizada en las clases de educación Técnica Superior (Zhao, 2019). Actualmente, existen diversas comunidades de profesionales que han creado y compartido una gama de simuladores virtuales gratuitos que permiten complementar el aprendizaje, la enseñanza y la investigación para diferentes niveles como: jardín de infancia, secundaria, pregrado y posgrado (Dayagbil et al., 2021).

El aprendizaje basado en simulación ofrece un aprendizaje similar al de un entorno real para el desarrollo de prácticas, esto permite superar las limitaciones del aprendizaje en situaciones de la vida real y puede ser un enfoque eficaz para desarrollar habilidades complejas (Dayagbil et al., 2021). Mediante la simulación virtual se puede realizar, estudiar y analizar experimentos bajo diferentes condiciones y variables, para conocer los resultados de todos los escenarios de la práctica experimental (Ben Ouahi et al., 2021). Por otra parte, las simulaciones virtuales presentan modelos teóricos o simplificados de componentes del mundo real, fenómenos o procesos, que pueden incluir animaciones, visualizaciones, texto, imágenes, videoclips y experiencias de laboratorio interactivas (Zhao, 2019). Ofreciendo una gran variedad de oportunidades para el modelado de conceptualizaciones y procedimientos prácticos (Kabigting, 2021).

Las simulaciones proporcionan un puente entre el conocimiento previo de los estudiantes y el aprendizaje de nuevos conceptos, ayudando a los mismos a desarrollar la comprensión a través de una activa reformulación de sus conceptos erróneos (Campos et al., 2020). Además, las simulaciones por computadora pueden ser efectivas para desarrollar el conocimiento del contenido y habilidades de proceso. La simulación proporciona mayor flexibilidad que los experimentos físicos, es un proceso de experimentación accesible y eficiente (Strapasson et al., 2022).

En la práctica, los simuladores virtuales proporcionan varios beneficios para lograr un aprendizaje significativo, abordando algunos de los problemas encontrados en laboratorios tradicionales que contribuye positivamente en el logro de los objetivos de aprendizaje, proporcionando oportunidades para aprender de los errores que cometen durante el desarrollo de la práctica, esto permite que el estudiante se sienta más seguro ya que no implica daños materiales y costos en los equipos utilizados en la práctica experimental. Aunque los softwares aplicados a la electricidad no pueden reemplazar laboratorios tradicionales, el uso de estos facilitan enormemente el proceso de aprendizaje de las áreas técnicas, debido a que, proporciona al aprendiz la oportunidad de experimentar todos los posibles escenarios desde uno ideal hasta uno en condiciones desfavorables (Zhao, 2019).

En comparación con el espacio limitado que ofrecen una estación de trabajo físicos (Zhao, 2019), los simuladores virtuales se pueden usar con tecnología de visualización como proyectores interactivos o pizarras inteligentes para una clase con todo incluido. Por esta razón, los simuladores virtuales son aún más apropiados, significativos y rentables para las Instituciones de Educación Superior (IES) en los países en desarrollo, donde las instalaciones físicas están mal equipadas o inexistentes. Si bien muchas instituciones secundarias y terciarias han establecido laboratorios físicos, el potencial de tales instalaciones no se ha alcanzado por completo por falta de equipos. Además, existen nuevos desafíos para la educación superior, donde varias IES en todo el mundo tienen la intención de mantener o expandir el uso de entornos digitales, mientras que otras pueden cambiar al aprendizaje híbrido (combinar actividades físicas con virtuales) (Strapasson et al., 2022). Por esta razón, cada vez más IES han comenzado a introducir diversas herramientas que permiten desarrollar simulaciones que les ayudan a satisfacer las diversas necesidades de los estudiantes, para complementar su aprendizaje. Por ejemplo, software tales como: LabVIEW, Factory IO, Tia portal, Home IO, Cadesimu, Dialux, entre otros, brindan numerosas herramientas para el aprendizaje, incluidos recursos web, videoconferencias, demostraciones animadas y autoevaluaciones, diseñadas por los docentes que aplican estos simuladores virtuales que en su mayoría son empleados en el sector industrial (Abdur Rauf Magrabi, 2022).

Por ello, uno de los principales retos a los que se enfrenta la Educación Superior es la mejora de la calidad, la pertinencia de la enseñanza y el aprendizaje. Así mismo, los rápidos cambios en la revolución industrial 4.0 exigen un cambio en la educación, especialmente en la formación profesional se espera que los docentes de las IES traigan innovaciones basadas en tecnología para alcanzar el éxito en el aprendizaje de los estudiantes. Tomando en cuenta, que los laboratorios físicos son uno de los factores que apoyan el éxito de la clase, idealmente, las IES deben poseer instalaciones e infraestructura superiores a las del sector industrial, sin embargo, no es la realidad de todas.

No obstante, al cerrar la brecha entre el estado actual de los laboratorios en las IES y el estado futuro previsto de la educación que emplea un nivel significativamente mayor de recursos digitales, colocados en el desarrollo de entornos virtuales para la difusión de información (recopilación de datos, libros electrónicos, artículos, acceso a documentos en línea), medios interactivos como alternativas a las conferencias convencionales (audio, transmisión de video y grabación) y para los sustitutos virtuales de la educación especializada se usan requerimientos tales como herramientas de simulación y modelado 3D. Si bien se han logrado avances considerables en los tres frentes, hay un margen considerable para avanzar en el desarrollo de entornos virtuales para facilitar requisitos especializados como los que se encuentran en la educación técnica.

La capacidad de la tecnología para abordar la Educación Técnica en las IES y su ritmo actual de implementación muestran la eficacia del potencial de los simuladores virtuales, los cuales tienen un valor significativo en el campo de la educación.

En ese aspecto, en los últimos años la carrera de electricidad se ha sumado a la lista de los programas de estudio más demandados. Muchos estudiantes tienen problemas para comprender temas relacionados con esta área, debido a su complejidad, la necesidad del pensamiento abstracto y el hecho de que algunos conceptos no son del todo tangibles. Las deficiencias en los fundamentos impiden un mayor desarrollo y exploración de problemas más complicados.

En tal sentido, se analizarán los casos de éxito y experiencias negativas en los estudios previos realizados, con el objetivo de ayudar a determinar el uso adecuado de simuladores virtuales aplicados a la electricidad en el sistema de Educación Superior ecuatoriano como herramienta de enseñanza - aprendizaje, con el fin de fortalecer el proceso educativo.

Para la evaluación del uso de simuladores virtuales en la enseñanza de electricidad en Educación Superior, se empleó una metodología cuantitativa para obtener datos numéricos que permitan realizar un análisis objetivo y estadísticamente significativo. La cuantificación de variables proporcionó una comprensión detallada de las diferencias y similitudes entre las mismas, contribuyendo así a una evaluación más precisa.

Para el estudio, se utilizó un diseño de investigación cuasiexperimental, donde los participantes se asignarán a grupos de manera no aleatoria, permitiendo así comparar el rendimiento y la percepción de los simuladores virtuales en el proceso de enseñanza-aprendizaje de electricidad en Educación Superior en estudiantes de tres diferentes Institutos Superiores Tecnológicos. Se aplicaron dos cuestionarios estructurados con preguntas específicas diseñadas para medir las variables claves, como la comprensión de conceptos eléctricos, la efectividad en la resolución de problemas, la satisfacción general del uso de simuladores virtuales aplicados a la electricidad y su percepción de los laboratorios físicos.

En los instrumentos se utilizaron la escala tipo Likert la cual fue fundamental en la recopilación de datos, ya que proporcionó una medida cuantificable de las respuestas de los participantes, permitiendo asignar valores numéricos a sus percepciones. Además, se realizó la prueba de confiabilidad de Alpha de Crombach con el fin de conocer el nivel de confianza del instrumento. De igual manera, se consideró la implementación de pruebas no paramétricas de dos muestras relacionadas, tomando para el estudio la Prueba de Kolmogorov-Smirnov con el fin de verificar la distribución normal de los datos obtenidos. Por otra parte, para validar la correlación entre las variables aprendizaje, simuladores virtuales y laboratorios físicos se utilizó la correlación Rho de Spearman.

También se aplicó la prueba de wilcoxon la cual tiene como objetivo medir la diferencia entre las variables aprendizaje, simuladores virtuales y laboratorios físicos. Este enfoque riguroso permitirá identificar las fortalezas y debilidades de cada método, brindando información valiosa para la toma de decisiones en el ámbito educativo.

Por último, se aplicó la estadística descriptiva la cual permitirá obtener una comprensión más profunda de las variables en juego y contribuirá al avance del conocimiento en la efectividad de estos métodos de enseñanza en el contexto específico de la electricidad.

El análisis de confiabilidad alfa de Cronbach es una técnica estadística utilizada para evaluar la consistencia interna de un conjunto de ítems en una escala o prueba. La confiabilidad de 0.959 indica un alto nivel de consistencia interna en los datos. En el contexto de la confiabilidad de Cronbach, esta puntuación sugiere que los ítems o preguntas que conformen la medida están altamente correlacionados entre sí (Hernández & Mendoza, 2018).

Para este caso de estudio el número de muestras que se considero fue de 102 y al realizar el procesamiento de datos se obtuvo como resultados 102 casos válidos y 0 excluidos, lo que indica que no existieron errores en la aplicación del instrumento. Por otra parte, al aplicar el análisis de confiabilidad se obtuvo un coeficiente de 0.959 lo que indica una consistencia interna extremadamente fuerte, y los resultados de la escalada o prueba son muy confiables para medir el constructo en cuestión. Esto es particularmente importante en la investigación y la evaluación, ya que sugiere que la escala proporciona mediciones consistentes y precisas de la variable que se está evaluando (Tuapanta et al., 2017).

Tabla 1 Tabla 1 Alpha de Crombach Instrumento 1

Alfa de Crombach	N de elementos
0,959	15

Elaboración propia

En este estudio se analizó la percepción de los estudiantes de Institutos Tecnológicos Superiores sobre el uso de simuladores virtuales en la enseñanza de la electricidad. Los resultados mostraron que en general, los estudiantes tienen una percepción mayoritariamente positiva hacia el uso de simuladores virtuales. Para la mejora en la comprensión de conceptos eléctricos, se encontró que el Instituto 1 lidera con un alto porcentaje de respuestas "Totalmente de Acuerdo", seguido por el Instituto 3. El Instituto 2 mostró un porcentaje menor en este aspecto. En relación con el enriquecimiento de la experiencia de aprendizaje, nuevamente el Instituto 1 obtuvo un alto porcentaje de respuestas "Totalmente de Acuerdo", seguido por el Instituto 3. El Instituto 2 mostró un porcentaje más bajo en este aspecto.

Por otra parte, la valoración de los simuladores como herramienta valiosa, el Instituto 1 destacó con un alto porcentaje de respuestas "Totalmente de Acuerdo", seguido por el Instituto 3. El Instituto 2 mostró un porcentaje menor en este aspecto. De igual manera, la efectividad para aprender sobre dispositivos y componentes eléctricos, el Instituto 1 lideró con un alto porcentaje de respuestas "Totalmente de Acuerdo", seguido por el Instituto 3. El Instituto 2 mostró un porcentaje más bajo en este aspecto.

En general, se puede concluir que el uso de simuladores virtuales es percibido como beneficio para el aprendizaje en electricidad en instituciones de Educación Superior. Los estudiantes del Instituto 1 tienden a tener las percepciones más positivas en todos los aspectos evaluados. El Instituto 2, mientras muestra una percepción positiva, tiende a tener porcentajes menores en comparación con los otros institutos en la mayoría de los aspectos. El Instituto 3 presenta percepciones positivas, aunque con porcentajes variables en diferentes aspectos. Además, estos resultados sugieren que el uso de simuladores virtuales puede mejorar la comprensión de conceptos eléctricos, enriquecer la experiencia de aprendizaje y ser percibido como una herramienta valiosa en la enseñanza de la electricidad. Así como, los simuladores virtuales pueden ser efectivos para aprender sobre dispositivos y componentes eléctricos.

Sin embargo, es importante tener en cuenta que este estudio se basó en la percepción de los estudiantes y no se evaluó directamente el impacto de los simuladores virtuales en el rendimiento académico. Por lo tanto, se recomienda realizar estudios adicionales que incluyan medidas objetivas del aprendizaje y el rendimiento académico.