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1. Introducción
Hoy en día, con la llegada de la Cuarta Revolución Industrial (4IR) el proceso de enseñanza aprendizaje está siendo permeado y transformado por el uso de estas nuevas tecnologías, un fenómeno que se ha profundizado (Lorenzo et al., 2021). Este impacto de la 4IR está cambiando la dinámica de la educación además de nuestra interacción con el mundo, impulsado especialmente a través del desarrollo de Tecnologías Disruptivas (TD) (Dai & Ke, 2022).
Los avances tecnológicos en el ámbito de la educación no son nuevos, pero la velocidad y el ritmo de estos, especialmente en lo que respecta a las TD, son notables (Chng et al., 2023). En la educación, el enfoque suele ser reactivo, ya que las TD emergen de las industrias para luego ser adaptadas y aplicadas en los sistemas educativos existentes. (Schmidt & Tang, 2020). Ledo et al. (2019), determinaron que entre las TD que cuentan con un gran potencial para ser integradas a la vida cotidiana y como apoyo en el ámbito educativo, están: la Realidad Aumentada (AR), la Realidad Virtual (VR), la Inteligencia Artificial (IA), la robótica, la impresión 3D, el big data, el internet móvil, la tecnología en la nube y el internet de las cosas (IoT).
Un número significativo de instituciones educativas buscan acoger en sus aulas la TD, con la esperanza de que su intervención motive el interés de los estudiantes por el aprendizaje y facilite la compresión de los conceptos (Martínez-Villalobos & Ruiz-Rodríguez, 2022). Dicho esto, la implementación de estas nuevas tecnologías puede favorecer el seguimiento, acompañamiento y la retroalimentación eficaz. Por otra parte, se busca que los estudiantes adquieran las competencias requeridas para ser ciudadanos calificados en el contexto de la sociedad del conocimiento y en línea con los objetivos de desarrollo sostenible (Lizcano-Sánchez et al., 2023).
A pesar del inmenso potencial que poseen las TD para transformar positivamente los procesos de enseñanza aprendizaje, se presentan desafíos que deben ser superados. Estos desafíos abarcan desde asegurar el acceso a herramientas tecnológicas asequibles, proporcionar capacitación efectiva a los docentes, hasta el desarrollo de estrategias innovadoras para su implementación y el estímulo de habilidades tecnológicas en todos los involucrados en el proceso educativo (Dimitriadou & Lanitis, 2023; Villa-Guardiola et al., 2022).
La integración de las TD en la educación tiene como objetivo impulsar y dar forma a lo que se conoce como la educación 4.0 (Patiño et al., 2023). Este nuevo tipo de educación busca impulsar la mitigación de los efectos del cambio climático, la transformación digital y el desarrollo de competencias y habilidades que permitan adaptar, validar, aprender y desaprender conocimientos, ideas y técnicas en constante evolución (Oliveira & Souza, 2020).
El objetivo del presente estudio fue determinar la manera en que se están usando las TD en el proceso de enseñanza aprendizaje en educación secundaria, específicamente la Realidad Aumentada (AR), la Realidad Virtual (VR) y la Inteligencia Artificial (IA) a través de una revisión sistemática entre los años 2019 a 2023.
2. Metodología
Para explorar las investigaciones que utilizaron TD como la AR, la VR o la IA aplicadas a la enseñanza aprendizaje en educación secundaria, se realizó una revisión sistemática. El método para la revisión fue PRISMA (Page et al., 2021), que consiste identificar y seleccionar los documentos científicos, llevar a cabo su depuración eliminando los duplicados y aplicando los criterios inclusión y exclusión. Se eligieron las bases de datos Scopus y Taylor & Francis para realizar la búsqueda y selección de la información.
La revisión sistemática fue realizada en julio del 2023, donde se utilizaron los siguientes descriptores y operadores booleanos en la ecuación de búsqueda: ("augmented reality" OR "virtual reality" OR "artificial intelligence") AND ( "secondary school" ). Se incluyeron artículos de investigación en donde se hubieran aplicado las TD en el ámbito educativo y publicado en inglés o español entre los años 2019 y 2023. Inicialmente, se identificaron un total de 1711 artículos, como se detalla en la Figura 1.
De esta cifra inicial, se excluyeron 1375 artículos debido a que se trataban de revisiones sistemáticas, duplicados o investigaciones que no estaban relacionadas con la educación secundaria, lo que dejó un conjunto de 336 artículos. Posteriormente, tras una revisión detallada de los títulos y resúmenes, se excluyeron otros 283 artículos que trataban temas referentes a medicina, ingeniería, finanzas o educación militar. Finalmente, se seleccionaron 53 artículos para el desarrollo de la revisión sistemática.
3. Resultados y discusión
En la tabla 1 se describen los 53 artículos en relación con los autores, año de publicación, país de origen, el tipo de TD empleada, el campo disciplinario de la intervención, número de participantes y el enfoque metodológico utilizado.
Tabla 1 Análisis de los estudios incluidos en la revisión sistemática.
| # | Autor(es). Año | País | TD | Disciplina | N | Metodología |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Malakul & Park. (2023) | Tailandia | IA | Idiomas | 79 | Cuantitativo |
| 2 | Christopoulos et al. (2023) | Finlandia | VR | Biología | 70 | Cuantitativo |
| 3 | Zhang et al. (2023) | China | IA | Multidisciplinar | 28808 | Cuantitativo |
| 4 | Suhaimi et al. (2023) | Malasia | AR | Historia | 400 | Cuantitativo |
| 5 | Amores-Valencia et al. (2023) | España | AR | TIC | 32 | Mixto |
| 6 | Bosmos et al. (2023) | Grecia | VR | Historia | 52 | Cualitativo |
| 7 | Şimşek & Direkçi. (2023) | Turquía | AR | Lectura | 120 | Cualitativo |
| 8 | (Lee et al. 2023) | Corea Del Sur | IA | Inglés | 3 | Cualitativo |
| 9 | Koparan et al. (2023) | Turquía | AR | Geometría | 98 | Cualitativo |
| 10 | Peeters et al. (2023) | Alemania | AR | Química | 104 | Cualitativo |
| 11 | Toktamysov et al. (2023) | Kazajstán | VR | Historia | 308 | Cuantitativo |
| 12 | Poçan et al. (2023) | Turquía | AR | Álgebra | 73 | Mixto |
| 13 | Papakostas et al. (2023) | Grecia | AR | Ciencias De La Computación | 200 | Cuantitativo |
| 14 | Stojanović et al. (2023) | Serbia | AR | Economía | 37 | Cualitativo |
| 15 | Stojšić et al. (2022) | Serbia | AR | Biología | 188 | Cuantitativo |
| 16 | Gregorčič & Torkar. (2022) | Eslovenia | AR | Biología | 85 | Cuantitativo |
| 17 | Volioti et al. (2022) | Grecia | AR | Física | 314 | Cuantitativo |
| 18 | Stolzenberger et al. (2022) | Alemania | AR | Física | 14 | Cualitativo |
| 19 | Daniele. (2022) | Italia | VR | Geografía | 150 | Cuantitativo |
| 20 | Majeed & Alrikabi. (2022) | Irak | AR | Matemáticas | 60 | Cuantitativo |
| 21 | Ingkavara et al. (2022) | Tailandia | IA | Física | 292 | Cuantitativo |
| 22 | Almelweth. (2022) | Arabia Saudita | IA | Geografía | 60 | Cuantitativo |
| 23 | Feng & Zhang. (2022) | China | VR | Arte | n/a | Cualitativo |
| 24 | Bai. (2022) | China | IA | Música | n/a | Cualitativo |
| 25 | Habiddin et al. (2022) | Indonesia | AR | C y T | 20 | Cualitativo |
| 26 | Webb et al. (2022) | Inglaterra | VR | Biología | 64 | Cuantitativo |
| 27 | Arici et al. (2021) | Turquía | AR | Astronomía | 40 | Cualitativo |
| 28 | Remolar et al. (2021) | España | 3TD | Historia | 50 | Cuantitativo |
| 29 | Rasheed et al. (2021) | Pakistán | VR | Física | 184 | Cuantitativo |
| 30 | Deveci-Topal et al. (2021) | Turquía | IA | Ciencias | 41 | Mixto |
| 31 | Kececi et al. (2021) | Turquía | AR | C y T | 143 | Mixto |
| 32 | Mahanan et al. (2021) | Malasia | AR | Química | 5 | Cualitativo |
| 33 | Gamboa-Ramos et al. (2021) | Perú | AR | C y T, Geometría | 30 | Cuantitativo |
| 34 | Pratama et al. (2021) | Kazajstán | AR | Geografía | 10 | Mixto |
| 35 | Álvarez-Herrero & Hernández-Ortega (2021) | España | AR | Ed ambiental | 447 | Mixto |
| 36 | Mat Zain et al. (2021) | Malasia | VR | Biología | 35 | Cuantitativo |
| 37 | Gnidovec et al. (2020) | Eslovenia | AR | Biología | 460 | Cuantitativo |
| 38 | Jong et al. (2020) | China | VR | Geografía | 566 | Cuantitativo |
| 39 | Daineko et al. (2020) | Kazajstán | AR-VR | Física | 50 | Cuantitativo |
| 40 | Jesionkowska et al. (2020) | Inglaterra | AR | Física y Geometría | 19 | Cualitativo |
| 41 | Petrov & Atanasova. (2020) | Bulgaria | AR | Biología | 80 | Cuantitativo |
| 42 | Ibili et al. (2020) | Turquía | AR | Geometría | 460 | Cuantitativo |
| 43 | Saundarajan et al. (2020) | Malasia | AR | Algebra | 33 | Cuantitativo |
| 44 | Xiao et al. (2020) | China | AR | Geografía | 36 | Cualitativo |
| 45 | Bursali & Yilmaz. (2019) | Turquía | AR | Lectura | 89 | Cuantitativo |
| 46 | Özerbaş. (2019) | Turquía | AR | Física | 45 | Cuantitativo |
| 47 | Özyalçın & Avcı. (2022) | Turquía | AR | Ciencias y Química | n/a | Cualitativo |
| 48 | Cai et al. (2020) | China | AR | Matemáticas | 68 | Mixto |
| 49 | Cheng et al. (2019) | Taiwán | AR | Matemáticas | 24 | Mixto |
| 50 | Shu & Huang. (2021) | Taiwán | VR | Steam | 120 | Cuantitativo |
| 51 | Lin & Sumardani. (2023) | Taiwán | VR | Física | 35 | Cualitativo |
| 52 | Priya et al. (2022) | India | AR | Informática | 41 | Cualitativo |
| 53 |
Wallgrün et al. (2022)
|
Estados Unidos | VR | Biología | 400 | Cuantitativo |
| C y T Ciencias y tecnología; TIC Tecnologías de la información y Comunicación; 3TD: AV-VR-IA |
La Figura 2 muestra el número de investigaciones publicadas por año. Se observa un aumento de casi cinco veces en los estudios publicados que involucran TD aplicadas a diversos campos del conocimiento, esto al comparar los datos de 2019 con el 2022. Es posible que a causa de la pandemia de COVID-19 y la necesidad de implementar estrategias acordes para el aprendizaje en línea de los estudiantes, se halla generado un incremento significativo en la investigación relacionada con las TD (Saura et al., 2022). Aunque la revisión sistemática se realiza en el primer semestre del 2023, se observa que el número de artículos publicados en lo que va del año supera a los publicados en el año 2019 e iguala a los del año 2020. En consecuencia, se puede esperar que, si se conserva la tendencia de crecimiento, la cantidad de investigaciones publicadas al finalizar el año 2023 sea mayor en comparación con los años anteriores.
La distribución de investigaciones por país relacionadas con TD en educación secundaria y agrupadas por zonas geográficas, se presenta en la Figura 3. Es notable que en Europa, España y Grecia lideran el número de investigaciones con tres (3) cada una. En Asia, China destaca con seis (6), mientras que, en la región de Eurasia, Turquía contribuye con diez (10) y Kazajistán con tres (3) investigaciones. Esta significativa cantidad de investigaciones en diversos campos del conocimiento puede estar relacionado con políticas educativas adoptadas por estos países en busca de cumplir los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) propuestos por las Naciones Unidas para el año 2030 (Husamah et al., 2022).
No obstante, se han encontrado pocas investigaciones en el continente americano. Llama la atención que, en América del sur, únicamente se ha identificado una investigación realizada por Gamboa-Ramos et al. (2021) en Perú, que utiliza la AR con el fin de desarrollar una aplicación destinada a mejorar el aprendizaje en ciencia y tecnología. Este bajo número de investigaciones puede explicarse en parte por el bajo porcentaje del Producto Interno Bruto (PIB) destinado a la educación en países en vías de desarrollo, en contraste con las naciones denominadas como países desarrollados (Brotherhood & Delalibera, 2020).
Otro aspecto a tener en cuenta en el análisis de esta revisión es la identificación de los enfoques metodológicos empleados en los estudios. En la Tabla 2 se proporciona un resumen de los tres (3) tipos de metodologías utilizadas. Se encontró que el 56,6% de las investigaciones se enmarcan en el enfoque cuantitativo, la metodología cuasi experimental fue la predominante en este enfoque. En esta misma línea, el 28,3% de los estudios tienen enfoque cuantitativo y optan por el estudio de caso.
Tabla 2 Distribución de las investigaciones por diseño metodológico y TD.
| Diseño metodológico | f | Tecnología disruptiva | ||
|---|---|---|---|---|
| AR | VR | AI | ||
| Cuantitativo | 30 | 17 | 11 | 5 |
| Cualitativo | 15 | 10 | 3 | 2 |
| Mixto | 8 | 7 | 0 | 1 |
En un menor porcentaje se ubica el enfoque mixto con un 15,1% del total de investigaciones. Cabe mencionar que en el estudio de Remolar et al., (2021) implementaron las tres (3) TD en un enfoque cuantitativo. Además, en la investigación desarrollada por Daineko et al. (2020) usaron dos TD, la AR y la VR también en un enfoque cuantitativo.
3.1 Descripción sobre usos de las TD
Las TD han impactado varios campos del conocimiento en la educación secundaria. La aplicación de las TD en cada asignatura se encuentra relacionada en la tabla 3. De un total de 53 estudios, las ciencias (física, química, biología, ciencias ambientales, ciencias y tecnología y astronomía) y las matemáticas (álgebra, geometría) presentan la mayor cantidad de estudios realizados con un 62%. En segundo lugar, se encuentran los estudios correspondientes a historia, geografía y economía con un 17%.
Tabla 3 Relación de áreas del conocimiento con las TD implementadas en cada estudio.
| Campos del conocimiento | f | Tecnología disruptiva | ||
|---|---|---|---|---|
| AR | RV | IA | ||
| Ciencias y matemáticas Historia, Geografía y Economía | 33 10 | 24 5 | 8 5 | 3 3 |
| Idiomas, Literatura y lectura | 5 | 2 | 3 | 1 |
| Informática y comunicaciones | 3 | 3 | n/a | n/a |
| Artes y Música | 2 | n/a | 1 | 1 |
También se observa con base en las tablas 1 y 3, que la AR ha sido la TD más implementada con un 60.4% (n=32) de investigaciones realizadas, seguida por la VR con un 22.6% (n=12), y la IA con un 13.2% (n=7). Algunos estudios combinan el uso de diferentes TD como AR-VR y AR-VR-IA, cada una con valor cercano al 2% (n=1). La tabla 3 muestra que en áreas como: ciencias, matemáticas, historia y geografía, la AR es una tecnología implementada en cerca del 70% de las investigaciones. El alto porcentaje de intervenciones en AR en asignaturas de ciencias exactas puede deberse a los beneficios que presenta la herramienta ya que para el caso de las ciencias permite la interacción segura por parte de los estudiantes en comparación con la práctica real (Daineko et al., 2020). También, brinda la oportunidad de observar objetos de estudio de dimensiones del orden de 10 −6 m tanto en química como en biología (Peeters et al., 2023).
De las 32 investigaciones que utilizaron las AR, seis (6) tuvieron como principal objetivo el diseño, construcción e implementación de aplicaciones. En el estudio de Koparan et al. (2023) desarrollaron una aplicación para mejorar el modelado mental y el pensamiento geométrico; Volioti et al. (2022) buscaron mejorar la resolución de problemas, la motivación, la creatividad y el rendimiento académico en física; Pratama et al. (2021) diseñaron su herramienta para que los estudiantes comprendieran los conceptos sobre las capas de la tierra; Papakostas et al. (2023) crearon una aplicación de código abierto para el aprendizaje de las ciencias de la computación a través del juego; Özyalçın & Avcı. (2022) abordaron temáticas de ciencias y química teniendo como eje central el trabajo colaborativo; y Şimşek & Direkçi. (2023) utilizaron la AR con imágenes de los libros para mejorar la comprensión inferencial en los procesos de lectura.
Se destaca el estudio de Zhang et al. (2023) con uso de la IA, en el que involucraron a 28808 estudiantes y tuvieron dos objetivos: el primero, cumplir con una política educativa orientada a disminuir las actividades extraescolares; y segundo, establecer acompañamiento, seguimiento y retroalimentación de forma personalizada. Para ello diseñaron una estrategia denominada tarea inteligente, que consistió en establecer un protocolo de asignación de tareas permanentes con retroalimentación personalizada para cada estudiante. Esta podía ser aplicada a teléfonos móviles, tabletas o computadoras estableciendo un cambio en el paradigma de una educación estática, al permitir que la enseñanza y las retroalimentaciones se lleven a cabo en cualquier lugar y en el tiempo que considere el estudiante.
En general, los resultados obtenidos en las investigaciones después de implementar las TD en el proceso de enseñanza, arrojan que 23 investigaciones (43%,) obtuvieron un impacto estadísticamente positivo en cuanto a mejorar el rendimiento académico o aumentar el nivel de conocimiento. Además, 20 estudios encontraron que la implementación de TD en los campos del conocimiento en los que fueron incluidas, generaron buena percepción de las TD, motivación frente al aprendizaje, interés y curiosidad por utilizar las herramientas.
Ejemplo de ello se encuentra en los estudios realizados por Suhaimi et al. (2023) quienes buscaron subsanar una dificultad presentada por el mal uso de teléfonos móviles, convirtiéndolos en una herramienta para el desarrollo de la asignatura de historia aprovechando la AR; esto incidió en motivación para desarrollar el programa académico por parte de los estudiantes. Por su parte, Poçan et al. (2023) decidieron integrar la AR con WhatsApp para abordar conceptos de álgebra, lo cual aumentó el trabajo colaborativo y facilitó el aprendizaje. Stojanović et al. (2023) enfocaron su investigación al campo de la biología y bajo un análisis cualitativo encontraron que los estudiantes disfrutan el uso de la AR en dispositivos móviles con fines de aprendizaje, además, generar en ellos la sensación de eficiencia y productividad. Por su parte, Feng & Zhang, (2022) aplicaron VR al campo de las artes, encontrando un nuevo enfoque al permitir que la enseñanza de las artes deje de estar limitada a un tiempo y espacio predeterminados, lo que mejoró en gran medida los resultados de aprendizaje y la utilización de diferentes recursos. Por último, la investigación de (Bai, 2022) implementó hardware y software con IA para la enseñanza, la evaluación y retroalimentación de los estudiantes en el campo de la música.
No obstante, de los 53 estudios analizados, el 19% señalaron alguna dificultad o propusieron ajustes para futuras investigaciones. Estudios como los de Şimşek & Direkçi. (2023), Peeters et al. (2023), Volioti et al. (2022), Majeed & Alrikabi. (2022), Habiddin et al. (2022), Arici et al. (2021) y Rasheed et al. (2021) encontraron dificultades tales como acceso a computadores, celulares o tabletas, conectividad bien sea por falta de red internet o ancho de banda insuficiente, falta de experiencia por parte de los estudiantes o docentes en la manipulación de los equipos utilizados, número limitado de aplicaciones de software libre para integrar a las clases, necesidad de implementación de un modelo pedagógico acorde a la implementación de TD.
Además, la investigación de (Özerbaş. 2019) evidenció que la permanencia de los logros de aprendizaje alcanzados fue disminuyendo en el tiempo. Como lo indican Bai (2022),y Christopoulos et al. (2023), existe la necesidad de continuar investigando y perfeccionando el uso de las diferentes TD debido a su constante evolución. En este sentido, la implementación de las TD para generar un cambio significativo en el rendimiento académico, aumentar el nivel de conocimiento y disminuir la carga cognitiva, requieren de didácticas y pedagogías propias para este tipo de metodologías de enseñanza aprendizaje y no integrar tecnologías nuevas a estrategias tradicionales (Amores-Valencia et al., 2023).
4. Conclusiones
Esta revisión identificó que entre los años 2019 y 2023 se presenta una tendencia de crecimiento en el número de investigaciones que utilizan TD en diversos campos de conocimiento. Al mismo tiempo se evidenció que países como China, Turquía, Taiwán, España, Malasia y Grecia son referentes en investigaciones en este campo y llevan el liderazgo en implementación de estas tecnologías en proceso de enseñanza. En este mismo sentido, no se encuentra un número representativo de investigaciones en América del sur, creando un nicho de estudio para futuras investigaciones.
Asimismo, se muestra una marcada tendencia al uso de la AR como tecnología predilecta para el desarrollo de temáticas tanto en ciencias, matemáticas y ciencias sociales. Siguiendo esta línea, la segunda TD más utilizada es la VR. También encontramos estudios donde se combinan dos y tres tecnologías.
En cuanto a los resultados en la aplicabilidad de las TD en educación secundaria es significativo destacar el alcance de las implementaciones, ya que abarcan un amplio espectro del campo de conocimiento pasando desde las ciencias exactas hasta las artes. En este sentido, se evidencia que las TD pueden generar cambios positivos en aspectos cognitivos, emocionales y creativos.
En síntesis, las TD pueden ser utilizadas de formas variadas, desde la inmersión en conceptos hasta la interacción con la IA a través de la retroalimentación y el seguimiento del proceso académico. Sin embargo, es llamativa la ausencia de investigaciones que aborden la integración o combinación entre las TD, en particular entre la IA con la AR o la VR. Lo anterior ofrece oportunidades innovadoras y enriquecedoras para el aprendizaje de los estudiantes. Investigar y comprender esta interacción inexplorada podría arrojar luz sobre nuevas estrategias pedagógicas y enfoques de enseñanza en el futuro.
