Aprender a diseñar juegos para la enseñanza de las ciencias en la formación inicial de maestras y maestros en educación primaria

Learning to design games for science teaching in pre-service elementary teacher education

Laura Martín-Ferrer laura.martin@uvic.cat

Departament de Didàctica de les Arts i les Ciències, Universitat de Vic-Universitat Central de Catalunya, Barcelona, Catalunya, España

Arnau Amat arnau.amat@uvic.cat

Departament de Didàctica de les Arts i les Ciències, Universitat de Vic-Universitat Central de Catalunya, Barcelona, Catalunya, España

Mariona Espinet mariona.espinet@uab.cat

Departament de Didàctica de la Matemàtica i de les Ciències Experimentals, Universitat Autònoma de Barcelona, Catalunya, España

En los últimos años ha crecido el interés por introducir el juego como herramienta o estrategia de aprendizaje en las aulas, aunque hablar de juego como metodología de aprendizaje no es algo nuevo. El juego es un concepto amplio sobre el que han reflexionado autores de diversas disciplinas a lo largo de la historia. El autor más influyente ha sido el filósofo e historiador Johan Huizinga (2012) quien define el juego como una acción u ocupación libre, que se desarrolla dentro de unos límites temporales y espaciales determinados, según reglas absolutamente obligatorias, aunque libremente aceptadas. Esta acción tiene un fin en sí misma y va acompañada de un sentimiento de tensión y alegría, así como de la conciencia de «ser de otro modo» que en la vida corriente. Las seis características del juego- libre, ficticio, placentero, con un objetivo concreto, en un tiempo y espacio determinados, y con normas libremente aceptadas- han sido revisadas por muchos autores que han propuesto sus descripciones añadiendo o variando las características que definen el juego. Las definiciones de juego más recientes mayoritariamente incluyen características propias de los videojuegos como la interactividad y retoalimentación. Kapp (2012) define el juego como un reto abstracto, definido por reglas, interactividad y retroalimentación, que se traduce en un resultado cuantificable que puede emocionar. Otra definición es la de Juul (2005) quien incluye la idea que el juego prevé un resultado influido por los esfuerzos que realiza el jugador y las consecuencias de la actividad son negociables. Varios autores como Salen y Zimmerman (2004) apuntan que el problema principal de estas definiciones es que son demasiado amplias e incluyen cosas que no son juegos, como por ejemplo el teatro; o bien, demasiado estrechas porque dejan fuera actividades que reconocemos como juegos como es el caso de los juegos totalmente de azar. Dada la variedad de juegos que existen- juegos de mesa, juegos de cartas, juegos de rol, videojuegos, etc.-, es poco probable delimitar las características generalizadas de todas las actividades que reconocemos como juegos. Salen y Zimmerman (2004) determinan que cada autor define el juego por una particular razón y en un contexto concreto.

Conforme estas presunciones optamos por definir el juego según los criterios de Klopfer, Osterweil, y Salen (2009) que conciben los juegos como actividades voluntarias estructuradas por normas, con un resultado definido (ej. ganar/perder) y otros elementos de retroalimentación cuantificables (ej. puntos). Estos mismos autores definen los juegos educativos como aquellos que se orientan al aprendizaje de conocimientos como fin propio y fomentan hábitos mentales y comprensión que son generalmente útiles dentro de un contexto académico. A partir de esta descripción de juego, en nuestro contexto específico, entendemos que el juego de ciencias, a parte de cumplir las características propias de juego, también debe desempeñar la intención de promover la alfabetización científica, incluyendo conocimientos “de” y “acerca de”, y la comprensión de la Naturaleza de la Ciencia (Vásquez-Alonso y Manassero-Mas 2016).

En este estudio adoptamos la visión de Aprendizaje Basado en el Juego (ABJ) de Prensky (2001) entendida como una metodología pedagógica que introduce el juego en el aula con una finalidad educativa y no únicamente lúdica. En esta investigación consideramos el ABJ como concepto amplio que incluye tanto el aprendizaje como la enseñanza.

Otro término muy actual relacionado con el juego es la gamificación o ludificación, una estrategia no estrictamente educativa basada en utilizar elementos propios del juego y técnicas de diseño de juegos en contextos no lúdicos (Werbach y Hunter 2012). La finalidad de la gamificación es enriquecer la experiencia de aprendizaje, y dirigir y/o modificar el comportamiento del alumnado en el aula (Foncubierta y Rodríguez 2014). En este sentido, podemos gamificar la evaluación, por ejemplo, diseñando un contexto específico, como una historia o un eje de animación, para motivar e involucrar el alumnado en el tema que se trabaja. Otro ejemplo sería incorporar elementos de juego como las medallas o puntos de victoria para recompensar la participación en el aula y las entregas de trabajos con puntualidad. El ABJ se asemeja con la gamificación en que las actividades que propone no son propiamente juegos, pero se diferencia en que la gamificación utiliza solamente elementos típicos del juego en sus actividades mientras que el ABJ utiliza cualquier tipología de juego como actividad central, ya sean juegos de mesa, videojuegos o juegos deportivos entre otros, para alcanzar unos objetivos de aprendizaje.

Una de las características más importantes del ABJ, según Hays (2005) y Staalduinen y Freitas (2011) consiste en asegurar un momento de debate posterior al juego para dar la oportunidad de reflexionar sobre la experiencia con el juego y comprender cómo se relaciona con los objetivos de aprendizaje. Otros autores también consideran importante una introducción previa para asegurar que el alumnado comprende el objetivo y contexto de la actividad (Alklind Taylor 2014), o la enseñanza del contenido para posteriormente aplicarlo en la actividad de juego (Crookall y Thorngate 2009).

Dentro del ABJ encontramos diversidad de tipologías de juego siendo los más habituales en las aulas los juegos de mesa, deportivos o de rol. Algunos de los tipos de juegos más presentes en investigaciones sobre ABJ (McClarty et al. 2012; Li y Tsai 2013; Qian y Clark 2016) son: los Juegos Serios, juegos diseñados con un propósito explícito educativo que va más allá de la diversión (Abt 1970); los videojuegos . juegos digitales, referidos a juegos que requieren de un sistema que incorpora tecnología. Asimismo, se podrían añadir también en esta tipología los Breakouts Educativos que se diferencian de los Room Escape porque en lugar de escapar de un espacio cerrado, el objetivo es resolver enigmas y pistas para abrir una caja custodiada por varios candados (Cornellà, Estebanell y Brusi 2020).

Desde un punto de vista de cómo el juego es utilizado para el aprendizaje de un área de conocimiento específico existen diferentes aproximaciones. Mientras que algunos autores han sugerido que áreas como las matemáticas, la lengua y las ciencias son muy adecuadas para los juegos (Hays 2005; Morris, Croker, Zimmerman, Gill y Romig 2013), otros afirman que más que contenidos específicos, los juegos fomentan habilidades de pensamiento como la planificación y razonamiento (Ke 2009). McClarty et al. (2012) en su revisión de videojuegos educativos determinaron que la mayoría de las investigaciones sobre ABJ se centran en describir el impacto del juego en la actitud de los estudiantes hacia el contenido y la motivación para asistir y participar en clase en lugar de centrarse en la relación entre los juegos y el aprendizaje en un área específica. En cambio, en la revisión de ABJ centrado en juegos de ciencias de Li y Tsai (2013) el foco de la mayoría de los juegos analizados fue el aprendizaje del contenido científico concretamente en las áreas de física (10 estudios), biología (7 estudios), ecología (4 estudios), neurociencia (4 estudios), educación ambiental (3 estudios), ciencias de la tierra (1 estudio), química (1 estudio), y nutrición (1 estudio). Sin embargo, el afecto, el compromiso y el aprendizaje socio contextual fueron menos estudiados por los investigadores, según el autor es posible que dieran por sentado que la motivación y el compromiso es implícito en el juego y no hace falta estudiarlo.

Como explica Chmiel (2009) gran parte de la eficacia de los juegos para el aprendizaje depende de los diseños de los juegos, que en ciencias deben desarrollar una experiencia de juego rica en un contenido que requiera que los jugadores dominen ciertos hábitos relacionados con la alfabetización científica. Esto implica considerar al profesorado como diseñadores de contextos ABJ y el problema de este enfoque es que no están formados en contenido de diseño de juegos.

Estamos de acuerdo con Franco, Cebrián y Rodríguez (2021) quienes afirman que involucrar el profesorado en formación en el ciclo completo de diseño, implementación y evaluación de actividades de gamificación para promover ciencias permite un contexto de reflexión de su proceso de aprendizaje. Aun así, la literatura sobre formación inicial como diseñadores de juego para promover ciencias aún es limitada a nivel internacional y nacional. Algunas experiencias destacan que para predisponer al profesorado a diseñar experiencias ABJ, deben concebir el juego como un recurso útil para tratar de resolver deficiencias del proceso de enseñanza y aprendizaje, y que el juego se pueda adaptar a aspectos pragmáticos como la adecuación al horario escolar (Arnab et al. 2019). Mientras, España, Rueda y Blanco (2015), quienes analizan cómo el profesorado de ciencias de secundaria en formación inicial diseña juegos de rol sobre el calentamiento global, señalan que el juego de rol ayuda a incluir aspectos procedimentales y actitudinales en sus planificaciones, en lugar de centrarse exclusivamente en los contenidos conceptuales. A nivel más concreto, los autores manifiestan la necesidad de mejorar el programa formativo para ayudar al alumnado a dotar de más coherencia al diseño de actividades, ya que identifican la falta de coherencia entre los objetivos y el resto del diseño.

Los y las futuras maestras empiezan su formación universitaria con unas ideas, concepciones, actitudes y emociones preestablecidas sobre las ciencias y su enseñanza y aprendizaje procedentes de su experiencia como estudiantes en su etapa escolar (Mellado, Borrachero, Dávila, Melo y Brígido 2014). Por lo tanto, es posible que sus experiencias previas como alumnado y como participantes en juegos a lo largo de su vida influyan en su capacidad para diseñar Actividades de Juego (AJ) en una Secuencia de Enseñanza y Aprendizaje (SEA) de ciencias. Entendemos que sus diseños serán consecuencia de su Conocimiento Didáctico del Contenido (CDC) formado, según Appleton (2006), por tres dominios: el contenido de ciencias, el conocimiento general pedagógico, y el conocimiento específico sobre cómo enseñar ciencias.

En este sentido, la planificación de secuencias para la enseñanza y aprendizaje de las ciencias y su revisión se considera una práctica útil para la formación inicial de maestras (Abell, Appleton y Hanuscin 2010). Según Meheut y Psillos (2004), los procesos de enseñanza y aprendizaje en la planificación de la SEA se pueden investigar a nivel micro, meso y macro. En este estudio se analizan las planificaciones a nivel micro (actividad de juego) y a nivel meso (secuencia de actividades).

Si nos focalizamos en la AJ, varios autores y autoras han detectado limitaciones y/o futuros retos en el diseño de propuestas ABJ para promover el aprendizaje de las ciencias (Weitze 2014; Li y Tsai 2013; Young et al. 2012; Chmiel 2009).

En este sentido, alinear los objetivos es uno de los mayores retos en el diseño de juegos educativos. Según Weitze (2014) enseñar con éxito a través de un juego de aprendizaje solo sucederá si se consigue la alineación de nuestros objetivos de aprendizaje y objetivos de juego. El equilibrio entre la diversión y las acciones educativas debe ser el objetivo de todo el desarrollo del diseño del juego (Arnab et al. 2015). Diseñar un juego educativo equilibrado es un reto para el alumnado de maestro, ya que se encuentran en una fase inicial en el desarrollo de planificaciones didácticas, y tampoco saben cómo integrar los diferentes elementos del juego o diseñar una buena jugabilidad que mantenga a las jugadoras motivadas y comprometidas como lo hacen las diseñadoras profesionales de juegos (Weitze 2014).

Estructurar las normas para delimitar la agencia del alumnado es otro reto detectado en el diseño de juegos educativos. Desde un punto de vista sociocultural, entendemos que la participación de las jugadoras en el juego será regulada por estructuras que limitan la agencia. Roth y Tobin (2004) afirman que las posibilidades de acción no existen por sí mismas, sino que están mediadas por condiciones existentes, de modo que la praxis es el resultado de la dialéctica entre agencia y estructura. En este estudio se ha analizado como se ha estructurado la agencia del alumnado limitando los materiales, el tiempo, el espacio, el grupo y la relación entre los participantes. Estos cinco aspectos que regulan las normas de las AJ se deberían diseñar más o menos estructuradas teniendo en cuenta cuáles acciones y operaciones queremos que el alumnado pueda escoger y desarrollar, con el fin de promocionar un contexto adecuado para la enseñanza y aprendizaje de las ciencias.

Otro reto identificado es equilibrar las acciones de juego con las acciones científicas para su convivencia equilibrada y efectiva. Las acciones que se desarrollan en las AJ están delimitadas por las normas de juego anteriores. Según la teoría de la actividad esta estructura permite llevar a cabo ciertas acciones y operaciones. Las acciones están orientadas a los objetivos y son llevadas a cabo por el alumnado, mientras que las operaciones se orientan a las condiciones, las llevan a cabo el alumnado de forma rutinaria y automática (Roth y Tobin 2004). Para analizar las acciones de las AJ adoptamos el método de clasificar las acciones de juego para juegos serios de Van Nimwegen, Van Oostendorp y Wouters (2012) quienes exponen que las jugadoras desempeñan tres tipos de acciones: perceptuales, mentales y físicas. Por otro lado, las acciones de actividad científica escolar están estructuradas basándonos en las prácticas científicas de investigación y modelización, desde el enfoque de Indagación Basada en Modelos. Este se considera, un proceso de aprendizaje basado en construir conocimiento para promover la evolución de las ideas del alumnado para interpretar fenómenos (Martínez-Chico, Jiménez Liso y López-Gay 2015; Schwarz y Gwekwerere 2007). Como propone (Martí 2016) se dividen las acciones de actividad científica en dos ámbitos de actuación que identificamos como: (1) ámbito de los datos y los hechos, que incluyen acciones como observar, realizar diseños experimentales de control de variables, analizar datos y establecer conclusiones empíricas; y (2) ámbito de las ideas, modelos y explicaciones, que incluyen usar el modelo para predecir o construir explicaciones, expresar, evaluar o revisar el modelo (Couso y Garrido-Espeja 2017).

Si nos focalizamos a nivel meso, en el papel que desarrolla en de la SEA, el mayor reto es dotar de una función didáctica la actividad específica de juego. Estamos de acuerdo con Martí (2016) que lo que determinará un buen diseño no es solo las funciones concretas de la actividad específica, sino el orden y la coherencia con la que se integran en una SEA. Diseñar una AJ en de una SEA nos permite analizar la función didáctica que desempeña en un marco de planificación más amplio en el cual cada actividad tiene una función estratégica concreta en el global de la secuencia. Existen diferentes marcos de referencia para la planificación, en este estudio nos acogemos al ciclo de aprendizaje de perspectiva constructivista de Jorba y Casellas (1997) aplicado también en la enseñanza de las ciencias (Sanmartí 2002), que también tiene por objetivo promover la construcción de conocimientos en línea con la modelización. El ciclo de aprendizaje propone 4 fases; (1) la exploración de las ideas previas del alumnado; (2) la introducción u obtención de nueva información en diferentes formatos para promover la construcción de nuevo conocimiento; (3) la estructuración e integración el nuevo conocimiento a la red existente a través de actividades de síntesis y reestructuración del nuevo conocimiento y; (4) la aplicación del conocimiento aprendido a la resolución de un problema o a un contexto nuevo.

Este estudio quiere aportar evidencias de como el profesorado, concretamente de primaria, en formación inicial diseña juegos para enseñar ciencias y como el desarrollo de una asignatura influye en la evolución de sus diseños.

El objetivo general de este estudio es describir y analizar los principales cambios en el diseño de AJ en de una SEA de ciencias diseñada por estudiantes del Grado de Educación Primaria con la finalidad de mejorar el programa formativo desarrollado.

Del objetivo general se derivan tres preguntas de investigación para comparar la AJ en la SEA inicial con la final:

1. ¿Qué función didáctica desempeñan las AJ en del diseño de una SEA sobre un tema científico?

2. ¿Qué características describen las AJ según tipología, objetivos, normas y acciones que promueven?

3. ¿Se identifican tendencias en la relación entre los diseños de las AJ y su tema científico?

El presente estudio se desarrolló en la asignatura de Didáctica de las Ciencias I, que realizan las estudiantes en su tercer curso del grado de educación primaria de la Universidad de Vic- Universidad Central de Cataluña. El primer objetivo de la asignatura es que el alumnado confronte y cambie su visión de la enseñanza y el aprendizaje de las ciencias a través de diversas oportunidades de reflexión sobre: (a) la enseñanza de las ciencias realizada por otras personas; (b) su propia enseñanza de las ciencias; (c) su propio aprendizaje de las ciencias; y (d) opiniones de expertos (Abell et al. 2010).

Partimos de la premisa que las estudiantes de maestro llegan con sus teorías personales sobre la enseñanza y el aprendizaje. Las 64 estudiantes (37 chicas y 27 chicos) tenían una experiencia previa en ciencias procedente de su escolarización secundaria obligatoria y sólo 13 estudiantes habían cursado el bachillerato científico. Entre ellos un estudiante de biología que cursó esta asignatura como optativa. La mayoría eran estudiantes menores de 30 años, sin embargo 5 estudiantes eran mayores de 30 con experiencia profesional en el mundo de la educación no formal.

La asignatura tuvo lugar a razón de dos sesiones semanales con un total de 3,5 horas durante 14 semanas del curso académico 2018-2019. La Tabla 1, adaptada de Jiménez (2016) ofrece una visión general de la planificación de la misma asignatura. En ella se incluyen ocho fases que presentan los objetivos principales de la asignatura relacionados con los principales recursos y actividades para introducir los principios de la didáctica de las ciencias y los recursos relacionados con el juego. La temporalidad de la planificación no es totalmente cronológica, ya que algunos objetivos se trabajan paralelamente como ocurre en las fases 3 y 4. Así, en la fase 3 las estudiantes de maestro participan como si ellos fueran niños y niñas en un proceso de enseñanza y aprendizaje de la materia, y en la fase 4 reflexionan sobre qué han hecho en la fase 3 y se presentan las características de la modelización. En la última columna se destaca la duración por número de sesiones dedicadas a cada fase. También se refleja, que se dedicaron dos sesiones específicas para reflexionar sobre juego: en la primera, que tuvo lugar al inicio de la asignatura, permitió presentar la definición de juego y explorar sus ideas iniciales; en la segunda, se trabajó las características del ABJ y se reflexionó sobre las aplicaciones del juego en diferentes momentos de una SEA de ciencias. A la parte final de la asignatura, se ejemplificó con 3 sesiones el uso de AJ para trabajar el tema de los ecosistemas, para construir un modelo de referencia. En concreto juegos similares al pilla pilla para trabajar la dinámica de poblaciones, juegos de habilidad con distintas herramientas que simulaban picos de pájaros para trabajar las adaptaciones al medio, y un juego de rol para tomar decisiones ambientales.

Tabla 1
Planificación de la asignatura de Didáctica de las Ciencias I de la UvicUCC

Una de las actividades relevantes de este curso fue diseñar, en grupos cooperativos, una SEA de 5 actividades centrada en un tema de ciencias (calor, fricción, sonido, luz o flotabilidad) asignado por sorteo. Se les pidió que como mínimo una de las actividades de la SEA debía ser una AJ. Al final de la asignatura, las SEA debían ser sometidas al análisis, reflexión y modificación por parte del alumnado en el transcurso para reflejar los nuevos conocimientos adquiridos.

Los datos para el análisis proceden de las producciones de aula de los 20 grupos compuestos por 3-4 estudiantes. Cada grupo elaboró una SEA en la fase 1 (ver la Tabla 1) a partir de un guion que contemplaba por cada una de las 5 actividades; objetivos, ideas clave de ciencias y descripción de la actividad, y la misma SEA revisada y modificada en la fase 6 (ver la Tabla1) aplicando lo trabajo durante la asignatura. Aunque esta investigación se centra específicamente en el análisis de las AJ, también se ha tenido en consideración la SEA completa de 5 actividades para contextualizar la AJ en la secuencia.

En el proceso de análisis, en primer lugar, se identificaron los textos correspondientes a las AJ y se procedió a clasificar el juego que contenían. Existen diferentes criterios para clasificar los juegos, según espacio, a tipología y el número de los jugadores o las dimensiones sociales, intelectuales o culturales que se ponen en marcha en el momento de jugar (Ripoll 2006). En este estudio se clasifican las AJ propuestas por el alumnado, en siete categorías adaptadas de la clasificación de Garfella y López (1997), según la actividad que se practica: 1) juego de mesa; 2) juego motriz; 3) juego de construcción; 4) juego de preguntas; 5) juego de pistas o gincana; 6) juego de deslizamiento; 7) juego de comunicación.

En segundo lugar, los datos fueron sometidos a un análisis cualitativo del contenido (Mayring 2000) con un procedimiento inductivo-deductivo, dónde se han construido diferentes categorías agrupadas en cuatro dimensiones: (1) la función didáctica de la AJ en de la SEA; (2) el propósito de la AJ; (3) las normas del juego que delimitas los aspectos de grupo, tiempo, espacio y materiales; y (4) las acciones en relación con la actividad científica escolar, y en relación con las acciones de juego. Las Tablas 2 y 3 muestra el Sistema de Categorías utilizado para el análisis de las AJ en SEA de ciencias diseñadas por el alumnado en formación inicial de maestro de primaria. En el momento de generar los resultados cuantitativos del análisis de estas categorías y subcategorías se ha realizado contabilizando la presencia o ausencia de estas en las AJ.

Tabla 2
Sistema de Categorías utilizado para el análisis de las AJ en SEA I

Tabla 3
Sistema de Categorías utilizado para el análisis de las AJ en SEA II

Los resultados presentados indicarían que las AJ en las SEA ganan intencionalidad y función didáctica. En este sentido, parece que trabajar el ciclo de aprendizaje de Jorba y Casellas (1997) de manera explícita en la asignatura ha ayudado a dar una función didáctica no solo a la AJ, sino a todas las actividades de la secuencia. Dando respuesta a la pregunta de investigación 1, al final de la asignatura, la mayoría utilizan la AJ como a una actividad de aplicación o para introducir nuevos conocimientos.

Respondiendo a la segunda pregunta de investigación, se prevén cuatro aspectos a tener en cuenta. El primero sobe la tipología de juego, es importante destacar que no son juegos inventados, sino que versionan juegos conocidos tanto al inicio como al final de la asignatura. El segundo relacionado con la alineación de objetivos nos lleva a afirmar junto con Weitze (2014) que para diseñar un juego educativo se necesita dominar la integración del contenido didáctico y los elementos de juego. En este sentido, se han determinado dos tipologías diferentes de alineación de los objetivos lúdico y didáctico. En la primera tipología las AJ prevén un momento de juego y un momento de reflexión sobre la relación del juego con el contenido científico. En la segunda tipología las AJ intentan encontrar el equilibro entre juego y ciencias en el mismo juego.

El tercer aspecto, relacionado con la tensión entre estructura y agencia (Roth y Tobin 2004) vemos que es un elemento clave para determinar la autonomía del alumnado (Young et al. 2012). A lo largo de la asignatura, se tiende a estructurar menos las AJ para dar más capacidad de acción al alumnado. Esta menor estructuración, sobre todo se concreta en cómo se gestiona el acceso a los materiales por parte del alumnado.

El cuarto aspecto en referencia al equilibrio entre las acciones de juego y acciones de actividad científica, vemos como la influencia de esta asignatura potenciaría que se promueva el contenido científico a través de la Indagación Basada en Modelos y en consecuencia ponen atención en diseñar más prácticas científicas. Podríamos decir que la tendencia al final de la asignatura es diseñar juegos más centrados en la actividad científica, que en el juego en sí mismo.

Finalmente, a la pregunta de investigación 3, podemos concluir que el profesorado en formación inicial diseña actividades de juego condicionado por la temática de ciencias, sobretodo en la parte lúdica; en la función didáctica, la tipología de juego, y las acciones de juego. En este sentido el tema de flotabilidad y fuerza de fricción son temas que han generado AJ con características muy parecidas.

Para citar este artículo: Martín-Ferrer, L., Amat, A., Espinet, M. (2022) Aprender a diseñar juegos para la enseñanza de las ciencias en la formación inicial de maestras y maestros en educación primaria. Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias 19(3), 3601. doi:10.25267/Rev_Eureka_ensen_divulg_cienc.2022.v19.i3.3601

Esta investigación ha sido financiada por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidad (PGC2018-096581-B-C21) en el marco del grupo de investigación ACELEC (2017SGR1399)