Abstract:
Teaching physical phenomena that challenge intuition, such as gyroscopic precession, remains one of the persistent challenges in engineering training. Traditional laboratory practice is not enough for students to reorganize their ideas and build coherent mental models. This study examined the effect of incorporating a simulation-based pre-practice on learning gain and conceptual evolution. The research was carried out with a quasi-experimental design in which 159 engineering students participated, distributed in two groups. The control group followed the traditional laboratory and the experimental group interacted with a freely accessible simulator, through a didactic guide prior to carrying out the practice. Both groups answered the same two-level questionnaire (answer and justification) before and after the intervention. The results indicated a statistically significant difference between the normalized learning gain of the experimental group (0.51) compared to that of the control group (0.04). In addition, a significant advance in conceptual coherence and a successful transition from superficial or erroneous models to robust models was noted. It is established that the incorporation of simulations with cognitive scaffolding before carrying out the experimentation is an effective pedagogical strategy to reinforce the understanding of complex physical phenomena.
Keywords: Simulation-based learning, Mental models, Physics laboratory, Gyroscopic precession
Description:
Enseñar fenómenos físicos que desafían la intuición, como la precesión giroscópica, sigue siendo uno de los desafíos persistentes en la formación de ingenieros. La práctica de laboratorio tradicional no es suficiente para que los estudiantes reorganicen sus ideas y construyan modelos mentales coherentes. Este estudio examinó el efecto que tiene la incorporación de una prepráctica basada en simulación sobre la ganancia de aprendizaje y la evolución conceptual. La investigación se llevó a cabo con un diseño cuasiexperimental en el que participaron 159 estudiantes de ingeniería, distribuidos en dos grupos. El grupo de control siguió el laboratorio tradicional y el experimental interactuó con un simulador de libre acceso, a través de una guía didáctica previo a realizar la práctica. Ambos grupos respondieron el mismo cuestionario de dos niveles (respuesta y justificación) antes y después de la intervención. Los resultados indicaron una diferencia estadísticamente significativa entre la ganancia de aprendizaje normalizada del grupo experimental (0.51) en comparación con la del grupo control (0.04). Además, se notó un avance significativo en la coherencia a nivel conceptual y una transición exitosa desde modelos superficiales o erróneos hacia modelos robustos. Se concluyó que la incorporación de simulaciones con andamiaje cognitivo antes de realizar la experimentación es una estrategia pedagógica eficaz para reforzar la comprensión de fenómenos físicos complejos.
