Tesis doctorales de la Escuela Internacional de Doctorado de la URJC desde el curso 2024/25
Aprendizaje Basado en Problemas para la Educación STEM
Autor
RAMOS PLAZA, REBECA
Director
CID CID, ANA ISABEL
Codirector
SOTTO DÍAZ, ARCADIO
Fecha de depósito
27-01-2026
Periodo de exposición pública
28 de enero a 11 de febrero de 2026
Fecha de defensa
Sin especificar
Programa
Humanidades: Lenguaje y Cultura
Mención internacional
No
Resumen
Atendiendo a las demandas actuales de la sociedad, la educación está tornando a vías más constructivas, frente a las memorísticas ampliamente utilizadas. En este proceso de enseñanza-aprendizaje constructivo, el trabajo de habilidades como la creatividad, la colaboración, el pensamiento crítico, toma especial relevancia. Atendiendo al desarrollo de la teoría de la educación, es más la realización práctica, lo que se dice y lo que se hace, lo que más perdura en la mente del alumno. Relacionando todo esto con la sociedad científico-tecnología actual, es de especial relevancia la investigación en didáctica de las ciencias y, con más precisión, en la Didáctica de las Ciencias Experimentales. Este último punto se considera complejo a todos los niveles académicos y es por ello por lo que resulta indispensable hacerle frente. Por todo ello, esta tesis presenta el Aprendizaje Basado en Problemas para la Educación STEM (ABPr-STEM), como una de las vías adecuadas para enfrentar la situación descrita.
Por un lado, se encuentra la Educación STEM (que hace referencia a las cuatro grandes ramas “Ciencia, Tecnología, Ingeniería y matemáticas”). En sí, el acrónimo STEM, desde su nacimiento, se ha ido desarrollando con el objetivo de fomentar la profesión en los campos citados, inicialmente para mejorar la competitividad económica estadounidense. Posteriormente, siendo más acertado hablar de “Educación STEM”, se habla de una forma de enseñar, de manera integrada y con un enfoque de ingeniería, estas áreas educativas. En la mayoría de las conceptualizaciones de educación STEM que se observan en la literatura se puede encontrar la interdisciplinariedad centrada en la resolución de problemas y/o el trabajo de habilidades prácticas vinculadas a la autonomía. Ya sea STEM percibido como como un objetivo político o como un enfoque pedagógico, ambos objetivos persiguen el desarrollo de esas habilidades y/o competencias ampliamente demandadas en el mundo social y laboral actual. Es decir, la educación STEM fomenta la participación del ciudadano en la sociedad en el futuro, puesto que le predispone para desarrollar su pensamiento crítico y reflexivo a la vez que accede al conocimiento durante el proceso de aprendizaje. Por su parte, el trabajo de forma integrada entre las distintas áreas hace que ese aprendizaje sea más significativo, tal y como se hablaba de aprendizaje constructivo.
Cabe comentar que es posible encontrar otras extensiones del acrónimo STEM (como STEAM) que anexiona más disciplinas con las ya comentadas, sobre todo teniendo en cuenta las habilidades que se trabajan. En cualquiera de los casos, lo importante de este enfoque educativo es el trabajo de esas habilidades blandas, competencias y habilidades del siglo XXI, como el trabajo en equipo, el aprendizaje autodirigido, las habilidades interpersonales, la gestión de proyectos, la creatividad, etc., todas ellas rondando la alfabetización digital que se está atravesando en un proceso de cambio continuo.
En relación con la misma naturaleza de las habilidades del siglo XXI mencionadas que caracterizan a la educación STEM se pueden encontrar los enfoques de ABP (proyectos y problemas), los cuales, en añadido al STEM, le complementan, le suman y le sirven de camino. Cabe destacar la dificultad de evaluar y medir tales competencias en el ámbito educativo, para lo cual también se pone sobre la mesa el ABPr-STEM.
Por otro lado, continuando con el marco STEM, también se muestra relevante la incorporación de la competencia STEM en el marco legislativo educativo, en el caso que aquí acontece, en el sistema educativo español. Esta competencia, que se descompone a su vez en tres, competencia matemática, competencia en ciencia y la competencia en tecnología e ingeniería, se plasma sobre el currículo con cinco descriptores STEM que se describen a través de acciones en relación con esas habilidades repetidas a lo largo de este resumen: interpretar, transmitir, fabricar, desarrollar proyectos, utilizar el pensamiento científico, etc.; encontrándose presentes estos descriptores no solo en las materias tradicionalmente consideradas STEM.
Sumando lo anterior a la cuarta revolución industrial en la que el mercado laboral se encuentra actualmente inmerso, se justifica la necesidad de plantear vías metodologías por y para la Educación STEM, que sirvan de referencia a los docentes actuales y para que le alienten a la creación de nuevas propuestas siguiendo esta misma línea. Es por ello por lo que aquí se presenta, como ya se ha introducido, el ABPr-STEM. Aunque se podría considerar el Aprendizaje Basado en Problemas como un método antiguo, este principio de usar problemas como punto de partida para esa adquisición de conocimientos se adapta a ‘problemas de pregunta abierta (no estructurados), cercanos al mundo real y que requieran de trabajo en equipo para su resolución’. Con características similares al Aprendizaje Basado en Proyectos, cabe notar la diferencia de producto final (la resolución de la pregunta/problema abierto frente a llevar a cabo el proyecto en sí). Además, son varios los autores que consideran la toma de decisiones en la resolución de problemas como un elemento central en la educación STEM. Así pues, el Aprendizaje Basado en Problemas en el marco educativo STEM, el ABPr-STEM, para la demanda laboral, social y, por ende, demanda educativa actual.
Atendiendo a la problemática planteada o, más bien, a la necesidad actual expuesta, el propósito principal de esta tesis doctoral se centra en conocer profundamente las experiencias ABPr-STEM que se han llevado a cabo estos últimos años; haciendo posible la correcta creación de nuevas propuestas ABPr-STEM, tiendo en cuenta las virtudes y defectos encontrados en las anteriores y poniendo el foco en áreas STEM que más las requieran. Para ello se han seguido distintas metodologías de investigación atendiendo al objetivo: en primer lugar, la metodología propia de una revisión sistemática de la literatura para el conocimiento profundo del ABPr-STEM; y, en segundo lugar, una metodología mixta teniendo en cuenta variables educativas como el rendimiento académico y la motivación del alumnado, al llevar a cabo un ABPr-STEM en concreto en un instituto público de la Comunidad de Madrid. Ambas investigaciones han permitido culminar esta tesis en una serie de propuestas ABPr-STEM en el laboratorio de física.
Así pues, como primer objetivo, se han recabado las experiencias de ABPr para la educación STEM implementadas a lo largo de los años (capítulo 2), encontrándose la mayor parte de ellas en el continente asiático. El estado del arte revela otras metodologías educativas que constituyen ir un poco más allá en el ABPr, pudiéndose ampliar de esa manera; además de la edad a la que van dirigidas las investigaciones, la mayoría para las primeras etapas de la ESO. Estas propuestas de ABPr en el entorno educativo STEM muestran la mejora del autodesarrollo y habilidades interpersonales, el aumento del interés STEM y el aumento de conocimiento en dichas materias en el alumnado. Resultados acordes al marco teórico que rodea a ambos términos. Partiendo de estos resultados, se pueden plantear y promover de manera más adecuada propuestas ABPr-STEM como la que se plantea en la tesis que aquí acontece.
Para el segundo objetivo general de esta tesis (capítulo 3), se parte de una propuesta inicial con evaluación cuantitativa y cualitativa, tal y como los resultados del estado del arte del ABPr-STEM anunciaban, y con una temporalización de varias sesiones en las que se trabajaban múltiples competencias, muchas de ellas ya mencionadas, se pone a prueba una de las propuestas con el fin de recabar resultados que corroboren lo ya expuesto, pero obteniendo un punto de vista más personal y vivencial, para completar el análisis hecho. Derivado del marco teórico, la base de estas propuestas debe estar formada por: los objetivos que se pretenden, el enunciado del ABPr-STEM, las preguntas guías que lo acompañan y que el profesor debe o puede utilizar a lo largo del proceso, así como de un ejemplo de problema estructurado que puede utilizar en sus sesiones de tutoría o clase del docente.
De la puesta a prueba de una de las experiencias ABPr-STEM, la cual se lleva a cabo para alumnado de 3º de la ESO en un instituto público de la Comunidad de Madrid se obtienen resultados cualitativos y cuantitativos de acuerdo con el estado del arte del ABPr-STEM. Cabe destacar la mejora de habilidades, capacidades y actitudes, en relación con las materias STEM, de los grupos experimentales en los que se lleva cabo el ABPr-STEM; además del incremento de interés de tales grupos en carreras STEM, luchando con la problemática inicialmente observada acerca del descenso de matriculados STEM. Intentar resolver la pregunta abierta planteada supone un reto que les obliga a implicarse. Además, trabajar con este tipo de metodologías provoca que, a la hora de enfrentarse a otros problemas, los alumnos tiendan a ir más allá en sus respuestas, sin limitarse a la típica respuesta concisa y directa. En definitiva, la forma de trabajar del alumnado frente a las cuestiones emergentes es uno de los beneficios más notorios al utilizar el ABPr-STEM en el proceso de enseñanza-aprendizaje. Además, atendiendo al nivel de conocimientos y responsabilidad del alumnado, cabe concluir que con esta metodología ABPr-STEM, los alumnos con nivel medio/alto son quienes muestran mayores beneficios, dejándoles más libertad en sus planteamientos e investigaciones.
De todo el marco teórico, el estado del arte y de la evaluación de la propuesta ABPr-STEM propia, quedan claros sus beneficios, así como la necesidad de nuevos planteamientos. De aquí se deriva el capítulo 4 de esta tesis, a modo de ejemplificación, no solo de la elaboración de nuevas propuestas ABPr-STEM (objetivos, enunciado y preguntas guía), sino del traslado de esta metodología al laboratorio, tanto físico como virtual. Para ello, se plantean una serie de ejemplos en torno al temario de electricidad y magnetismo, principalmente, contenidos frecuentemente poco asimilados y difíciles, para alumnado de la ESO y bachillerato. En añadido, se han planteado otras por y para el laboratorio de óptica a nivel de bachillerato. Cabe comentar que los materiales de laboratorio que rodean a estas propuestas son fáciles de obtener por los centros educativos pertinentes; así como el programa de laboratorio virtual, que es completamente gratuito, siendo posible la utilización de otros.
Por último, de todo lo expuesto en esta tesis, se pueden definir una serie de apuntes con respecto al ABPr-STEM y a la Educación STEM en sí, lo cual queda recogido en el capítulo 5. Para empezar, las críticas que ciertos autores plasman de la Educación STEM quedan revocadas con todo lo expuesto en esta tesis, pues el marco teórico, las propuestas y los resultados que rodean a las propuestas ABPr-STEM denotan la posibilidad de su implementación, así como sus beneficios. Para continuar, de esta tesis se detectan otras posibles vertientes del ABP y, por lo tanto, del ABPr-STEM, tales como el LBD, el POPBL, el PBDT y el CPBL, siglas que siguen basándose en el ABPr en sí y que es importante conocer de cara a aplicar o buscar ejemplos de esta metodología educativa. Con respecto a las conclusiones de la revisión sistemática y del estudio de caso del ABPr-STEM llevado a cabo en esta tesis, cabe recordar su facilidad de aplicación, la mejora en el interés y motivación de los estudiantes, así como las limitaciones encontradas fácilmente solventables. Finalmente, derivado de todo esto cabe mencionar la posibilidad de extensión del ABPr-STEM hacia dos lados: el trabajo de la habilidad de formular problemas y el Aprendizaje Basado en la Acción del ABPr-STEM; dos vías a las que podría extenderse el ABPr-STEM planteado en esta tesis y que requiere de mayor investigación.
