Jairo Navarrete ● Profesor Asociado

Articular una Red académica internacional y multidisciplinaria que potencie la investigación, la innovación y la formación de capital humano avanzado para la utilización del juego en educación parvularia y sus alcances pedagógicos, con foco particular en la identificación de oportunidades y desafíos para su utilización adecuada en distintos contextos nacionales y culturales.

Evaluaciones recientes de los entornos de aprendizaje chilenos han determinado que las dimensiones más deficientes en Educación Parvularia son aquellas relacionadas con la calidad de las oportunidades de aprendizaje, actividades creativas y oportunidades de juego. Esto es particularmente cierto para actividades dirigidas a fortalecer los aprendizajes matemáticos, las cuales se realizan (en promedio) apenas 15 minutos al día y generalmente no fortalecen el dominio y comprensión de los procesos matemáticos, sino que priorizan el trabajo mecánico y procedimental contribuyendo escasamente al fortalecimiento del pensamiento matemático complejo. Este proyecto va dirigido a mejorar la calidad de estos aprendizajes en el nivel de transición de la Educación Parvularia. Aquí se plantea el desarrollo de un modelo de enseñanza soportado en dos herramientas tecnológicas integradas: un conjunto de materiales concretos, representacionales y abstractos (CRA) que permita a los docentes diseñar experiencias de aprendizajes matemáticos de alta calidad y un software para realizar evaluaciones automatizadas de los objetivos de aprendizaje del pensamiento matemático (OAPM) utilizando tareas en formato de actividades lúdicas y juegos computarizados. Abundante literatura internacional ha demostrado que la estimulación de habilidades como el procesamiento espacial y el razonamiento analógico fortalece las habilidades lógico-numéricas y tienen efectos positivos en los desempeños matemáticos posteriores. En este contexto, estudios recientes realizados por nuestro equipo han delineado algunas maneras en que el razonamiento analógico y el procesamiento espacial se pueden explotar en el diseño de materiales y estrategias efectivas para enseñar matemáticas. Este proyecto busca aplicar estas investigaciones al diseño de materiales CRA y evaluaciones informatizadas del modelo de enseñanza propuesto. La hipótesis de desarrollo es que la utilización de este modelo de enseñanza en las aulas incrementará significativamente los aprendizajes matemáticos de los niños y la calidad de las prácticas pedagógicas de los docentes. En este proyecto se desarrolla una prueba de concepto del modelo de enseñanza para verificar si su utilización en las aulas es viable y tiene efectos benéficos en los aprendizajes de los niños y las prácticas pedagógicas de los docentes. Nuestro equipo de investigadores diseñará un prototipo del conjunto de materiales CRA y encargará la manufactura de éstos a una empresa externa. Durante este proyecto también se desarrollará una versión piloto de un instrumento computarizado que permita evaluar los OAPM de manera automatizada utilizando tareas en formato de actividades lúdicas y juegos. Para verificar que el uso de estos materiales en las aulas incrementa los aprendizajes matemáticos se realizará una intervención escolar controlada en alrededor de 10 aulas de prekínder, reclutando al menos 300 participantes. Esta intervención tiene un diseño experimental, que controla el efecto del profesor y con línea base (pretest-postest). Algunas variables de desarrollo cognitivo y manejo del lenguaje de los niños se medirán para realizar controles estadísticos en el análisis de datos. El incremento en la calidad de las prácticas pedagógicas será determinado mediante el análisis de registros audiovisuales obtenidos durante la intervención escolar, los cuales serán codificados y analizados acorde a un instrumento bien conocido en la literatura internacional.

Desarrollo de Juegos de Tablero para promover aprendizajes de la matemática.

Creación de Metodologías de enseñanza basadas en juegos numéricos

En la formación de profesores, se esperaría que el futuro profesorado modele fenómenos sociales y naturales analizando e interpretando datos mediante el uso de estadística y probabilidades. En el ámbito escolar, se espera que los estudiantes sean capaces de construir una versión simplificada de un sistema presente en la realidad, para luego expresarlo de forma matemática. Sin embargo, en nuestra Escuela de Educación, los cursos de probabilidades han sido categorizados como críticos debido al bajo desempeño registrado por nuestros estudiantes. Este proyecto busca diseñar, implementar y evaluar un taller de modelación matemática utilizando probabilidades y estadística dirigido a estudiantes de pregrado. Investigaciones previas han propuesto metodologías para identificar y analizar escenarios clave durante el desarrollo de un juego de mesa (denominado Camel Up) que ayudan a los estudiantes a mejorar sus aprendizajes de los conceptos principales de los cursos de probabilidades y estadística. En este proyecto, adaptaremos la metodología mencionada para identificar y analizar escenarios claves de este juego de mesa con el fin de enseñar el ciclo de modelación matemático en un contexto de probabilidades, estadística y simulaciones computacionales. Los análisis de estos escenarios serán registrados en un libro que será el material central del taller, mientras que las simulaciones computacionales serán registradas en formato de video. Este taller será implementado invitando a estudiantes de pregrado de la Universidad de O’Higgins para luego evaluarlo mediante un focus group que nos permita obtener las valoraciones y opiniones de las participantes acerca de la utilidad del taller como herramienta para introducir el ciclo de modelación matemática.

La formación de ciudadanos y ciudadanas capaces de afrontar los desafíos sociales y tecnológicos actuales requiere de capacidades matemáticas que van más allá del foco tradicional en contenidos específicos y que den paso, en cambio, al desarrollo de habilidades matemáticas y de pensamiento matemático. La realidad educativa chilena evidencia que los logros académicos en matemática han estado estancados por varios años, para luego sufrir un retroceso durante el período de pandemia. Si bien, desde 2012, los lineamientos curriculares de la asignatura de Matemática incluyen explícitamente un foco en pensamiento matemático y objetivos de aprendizaje ligados a cuatro habilidades, docentes de todos los niveles educativos tienden a carecer de herramientas y competencias para desarrollarlas. Los numerosos desafíos de la formación docente de pregrado, posgrado y formación continua se profundizan al considerar la realidad de regiones distintas a la Metropolitana. En este contexto, se destaca la creación en 2015 de la Universidad de O’Higgins como una decisión para potenciar el acceso a la educación superior de una región históricamente postergada. En la actualidad, la Universidad de O’Higgins cuenta con una carrera de Pedagogía en Matemática, formación especializada en matemática en su carrera de Pedagogía en Educación Básica, y con un proyecto de programa de Magíster en Enseñanza y Aprendizaje de la Matemática cuya implementación se proyecta para 2024. Alrededor de estos programas, se ha generado un equipo de investigadores(as) y docentes proveniente de diversas disciplinas –grupo de investigación GeaMat– que comparten un interés común por mejorar la educación matemática a través de empoderar a los y las docentes con herramientas y competencias para el desarrollo de habilidades matemáticas y el pensamiento matemático en distintos niveles del sistema educativo. La presente propuesta busca consolidar estos vínculos a través de la articulación de una Red académica multidisciplinaria, nacional e internacional, que potencie la investigación, la docencia y la formación de capital humano avanzado en educación matemática, con foco particular en el estudio y desarrollo de habilidades matemáticas y el pensamiento matemático. El equipo chileno, liderado por la Universidad de O’Higgins con participación de la Universidad Católica de la Santísima Concepción y la Universidad Metropolitana de Ciencias de la Educación, confluirá con un equipo de investigadores(as) de España, Costa Rica y Bélgica. Los miembros del equipo nacional cuentan con un historial de vinculación previa con los(as) investigadores(as) del extranjero, que se extiende en varios casos por más de cinco años y se continuará articulando a través de esta propuesta buscando potenciar la realización de iniciativas de investigación y desarrollo conjuntas, así como fortalecer la formación de pre y posgrado en el área en las instituciones nacionales. En particular, se espera como resultados de este proyecto: 1) la consolidación del grupo de investigación GeaMat, creado recientemente en la Universidad de O’Higgins, 2) el desarrollo de dos proyectos de investigación de forma colaborativa en la Red, 3) la realización de reuniones de intercambio de experiencias de formación de pre y posgrado en educación matemática, y 4) la elaboración de un documento con recomendaciones para el desarrollo de habilidades y pensamiento matemático en diferentes contextos educativos. De esta forma, se espera que esta propuesta produzca impactos tanto en el ámbito científico como en el ámbito educativo regional y nacional.

Objetivo general: Instalar una editorial cooperativa en la región de O’Higgins sustentada a partir de la comercialización de productos y servicios educativos desarrollados en base a evidencia científica, que permitan implementar el aprendizaje basado en juegos y que consideran la diversidad del aula. Esta propuesta incluye la instalación de un laboratorio de prototipado y producción, además del desarrollo de un paquete de productos y servicios educativos cuya comercialización permite sustentar la editorial cooperativa. 5.4.1. Objetivo Específico 1 (Editorial Cooperativa) Coordinar una red de emprendedores del área educativa para establecer una editorial cooperativa para la Región de O’Higgins para desarrollar y comercializar productos y servicios educativos lúdicos, de base científica y carácter inclusivo. Funciona bajo un modelo de cooperativa cuyos miembros son emprendedores localizados en la región de O’Higgins con interés en innovación educativa, trabajando bajo el principio de ayuda mutua. 5.4.2. Objetivo Específico 2 (Diagnóstico de Productos) Diagnosticar las necesidades de productos y servicios educativos para promover la calidad de los aprendizajes en los primeros cursos de educación básica en la región de O’Higgins. Identifica tópicos en matemáticas y lenguaje que presentan dificultades al momento de su enseñanza, describe la diversidad de estudiantes en escuelas municipales e indaga métodos de comercialización comunes. 5.4.3. Objetivo Específico 3 (Laboratorio de prototipado y Manufactura) Instalar en la Universidad de O’Higgins un laboratorio para elaborar prototipos de juegos de mesa educativos y producirlos en pequeña escala. Se adquiere maquinaria, equipamientos e insumos necesarios para que el Laboratorio de Aprendizaje Matemático (LAM) pueda prototipar juegos de mesa y, en conjunto con la Fábrica Digital O’Higgins (FabLab), producirlos con alta calidad y en pequeña escala de manera eficiente (30-100 ejemplares). 5.4.4. Objetivo Específico 4 (Desarrollo de Productos) Realizar el diseño, prototipado y manufactura de un paquete de productos educativos para fortalecer las áreas de matemática y lenguaje en los primeros años de educación básica. Diseñados en base a ciencias del aprendizaje, estos productos permiten desarrollar aprendizajes en base a juegos y actividades lúdicas considerando la diversidad de estudiantes en el aula. 5.4.5. Objetivo Específico 5 (Capacitación y Servicios) Generar un programa de capacitación para certificar a los emprendedores educativos para que provean servicios que acompañan a los productos educativos ofrecidos por la editorial. Este programa certifica que el emprendedor es experto en la aplicación de los productos educativos desarrollados. Este certificado habilita a los miembros de la editorial para ofrecer estos servicios en el mercado educativo.

Esta propuesta se construye a partir de un proyecto previo (FONDEF ID19I10030) donde desarrollamos y validamos un modelo de enseñanza matemática con base en juegos de mesa y evaluaciones digitales para estudiantes en el nivel de transición de la educación parvularia. Por un lado, elaboramos 12 juegos de mesa cuyos efectos positivos en el aprendizaje matemático se validaron a través de una intervención escolar controlada. Por otro lado, desarrollamos el test de pensamiento matemático (TPM) para evaluar objetivos curriculares matemáticos del nivel de transición. El TPM utiliza tabletas para automatizar la mediación, lo cual permite que su formato de aplicación sea grupal, recolectando grandes cantidades de datos con poco esfuerzo y de manera inmediata (p.ej., evalúa aulas completas en una hora). Datos de una muestra de 750 niños, permitió verificar su validez de contenido, criterio y constructo, para asegurar que puede ser utilizado como instrumento de evaluación de los logros de aprendizaje declarados en el currículo chileno. En consecuencia, la prueba de concepto de nuestro modelo de enseñanza fue exitoso. Estudios recientes demuestran que en Chile los procesos de capacitación docente no producen mejoras en los aprendizajes estudiantiles, indicando que la superación del problema de bajos desempeños exige la creación de estrategias curriculares más intensivas e integrales. En este contexto, el presente proyecto busca desarrollar un sistema de apoyo docente, cuyo núcleo pedagógico sea el modelo de enseñanza descrito arriba, y que pueda ser llevado con éxito a aulas reales del sistema educativo chileno. El primer resultado de este proyecto fortalece el TPM dotándole de la capacidad para entregar retroalimentación personalizada de manera automatizada en formato de recomendaciones de actividades para mejorar los aprendizajes. Para esto, crearemos algoritmos de inteligencia artificial que serán entrenados a partir de un etiquetado de datos (elaborado por educadoras expertas) que asignen actividades de aprendizaje adecuadas a los resultados TPM. El segundo resultado es un sistema de apoyo docente integral e intensivo que facilita la adopción de nuestro modelo de enseñanza en aulas reales. Dicho sistema permite que una institución pública (p.ej., un SLEP) brinde servicios educativos dirigidos a fortalecer la calidad de los aprendizajes matemáticos tempranos en todas las aulas de su red educativa. En más detalle, el “sistema de gestión pedagógica del aula matemática” coordina el uso de materiales educativos, profesionales expertos y plataformas tecnológicas para mejorar la calidad de los procesos de enseñanza-aprendizaje. La validación de este sistema involucra realizar una intervención escolar de tipo longitudinal, con grupo de control y cuatro medidas repetidas que permitan estimar su efecto en los aprendizajes matemáticos de 400 estudiantes. También se evalúa el nivel de aceptación del sistema por parte del cuerpo docente involucrado. El plan de implementación y masificación contempla que la Fundación Mustakis (mandante) masifique al uso del TPM y el acceso a los programas de capacitación on-line, el DAEM Requinoa (asociada) realice un pilotaje del sistema de gestión pedagógica del aula matemática y que la UOH (beneficiaria) genere alianzas con instituciones públicas (p.ej., DAEM, SLEP) para que adopten este sistema y puedan brindar servicios educativos que mejoren los aprendizajes matemáticos en las aulas de sus redes educativas.

La literatura muestra que diferencias en las habilidades matemáticas tempranas son fuertes predictores de desempeño matemático posterior e incluso afectan la selección de carreras universitarias. Además, aquellos niños que ingresan a la etapa escolar con habilidades matemáticas deficientes, mantienen bajos desempeños académicos durante toda su trayectoria escolar. De hecho, las condiciones iniciales de aprendizaje matemático determinan las trayectorias futuras de aprendizaje. En este contexto, un proyecto FONDEF (2019 - 2021) de la Universidad de O’Higgins nos permitió desarrollar el Test de Pensamiento Matemático (TPM, ver https://jugarmate.org/tpm/) para evaluar aprendizajes matemáticos en niveles de pre-kínder, kínder y 1ro básico. El TPM es un test basado en siete juegos digitales cuya aplicación en grupos grandes de estudiantes es rápida y sencilla por lo que permite recolectar una gran cantidad de datos de aprendizaje con poco esfuerzo. En congruencia con avances recientes en el desarrollo de habilidades matemáticas tempranas, este instrumento logra capturar dos dimensiones del pensamiento matemático infantil que son el pensamiento numérico y el razonamiento espacial. Estos desarrollos previos presentan una gran oportunidad para investigar las condiciones iniciales de los aprendizajes matemáticos y las posibles trayectorias de aprendizajes posteriores. La hipótesis que sustenta este proyecto es que existen perfiles de pensamiento matemático temprano que son capturados en los puntajes TPM y que las primeras trayectorias de aprendizaje se pueden modelar como un tránsito por estos perfiles. En este contexto, el presente proyecto propone la aplicación de algoritmos de inteligencia artificial para el procesamiento y visualización de datos TPM para primero identificar distintos perfiles de pensamiento matemático temprano para luego encontrar patrones de tránsito entre éstos perfiles y así identificar trayectorias iniciales de aprendizaje matemático. La metodología propone analizar conjuntos de datos TPM obtenidos en una muestra de más de 700 estudiantes de prekinder, kinder y 1ro básico aplicando métodos de reducción de dimensionalidad (p.ej., análisis de componentes principales) y algoritmos de agrupamiento (p.ej., clustering). Los resultados de los algoritmos de agrupamiento se interpretan como perfiles de pensamiento matemático, mientras que análisis de evolución de perfiles se interpretan como las trayectorias iniciales de aprendizaje de las matemáticas tempranas. Se espera que los resultados de esta investigación se utilicen para el diseño de intervenciones remediales personalizadas que permitan potenciar el desarrollo de habilidades matemáticas tempranas.

Mediante proyectos FONDEF adjudicados y ejecutados se desarrolló una metodología de enseñanza para las matemáticas tempranas basada en dos tecnologías, las cuales son evaluaciones digitales basadas en juegos y materiales de enseñanza en formatos de juegos de mesa (ver https://www.jugarmate.org). El proyecto finalizó exitosamente pudiendo validar la efectividad de los materiales de enseñanza y que las evaluaciones digitales tienen propiedades psicométricas adecuadas para ser usado como instrumento de evaluación. La literatura es enfática en cuanto a la ineficacia de los programas de capacitación docente ya que no tienen efecto en la mejora de los aprendizajes de los estudiantes (Yoshikawa et al., 2015). Con base en tendencias internacionales de emprendimiento innovador, un modelo más adecuado para realizar la transferencia tecnológica debería basarse en un modelo de negocios que permita (1) ofrecer servicios complementarios que potencien el valor percibido por el usuario, (2) capturar el valor efectivo que se ofrece a los usuarios de manera sustentable y (3) masificar el uso de las tecnologías desarrolladas. Un modelo con estas características facilitaría que la universidad realice vinculación con el medio desde el trabajo de investigación y desarrollo que se ha realizado dentro de la Universidad, demostrando así resultados explícitos en la comunidad educativa. Mediante este proyecto queremos pilotear un modelo de transferencia tecnológica que permita a los establecimientos educacionales acceder a estas tecnologías en forma de servicios educativos. El modelo de transferencia se basa en crear un paquete tecnológico para habilitar a ciertos distribuidores de tecnología educativa (p.ej., fundaciones y empresas educativas, editoriales, etc.) de manera que brinden el servicio de gestión pedagógica del aula matemática usando las tecnologías educativas desarrolladas. De esta manera, el Laboratorio de Aprendizaje Matemático (LAM) brindará servicios a estos distribuidores los cuales los habilitarán para que brinden servicios a los establecimientos educativos. Este modelo permite enriquecer las tecnologías educativas con servicios complementarios (tales como evaluación, acompañamiento, intervención de aula, etc.), permite capturar valor de manera sustentable debido a que se entrega como un servicio y el escalamiento y masificación tecnológica se puede lograr a través de llegar a acuerdos con un mayor número de distribuidores tecnológicos.

and aligning designs with user needs (Dalton & Kahute, 2016). Examining the brain to study the dynamics of innovation: Certain psychological traits may predict innovation potential, but they often fail to capture the ongoing nature of the creative process. The emerging field of neuro- design integrates cognitive psychology and neuroscience to address this complexity. For example, EEG studies have associated changes in frequency bands, such as the alpha band, with distinct experiences across various design stages (Cao et al., 2021; Jia & Zeng, 2021). Beyond individual processes, there is growing interest in studying dyads and groups. In part supported by research that underscores the advantages of cognitive diversity and the role of collective intelligence in predicting group performance in problem-solving (Sulik et al., 2022), researchers have promoted the use of hyperscanning, a method that captures simultaneous brain activity to investigate interactions (Zamm et al., 2024). Hyperscanning offers valuable insights into the dynamics of joint action, with inter-brain synchrony (IBS) quantified through various metrics. Although few hyperscanning studies have focused on technological innovation, some have explored creative problem-solving, revealing increased IBS across brain regions (Balters et al., 2023). In problem-solving contexts, EEG hyperscanning has demonstrated correlations between IBS - particularly alpha phase-locking - and performance, as well as distinct IBS patterns associated with different types of interactions (Antonenko et al., 2019; Léné et al., 2021) Creating prototypes of practical tools: This project explores innovation dynamics in individual and pair contexts, combining cognitive, socio-cognitive, and physiological data. Even though this project is a basic science proposal on the psychobiological basis of human innovation, we propose creating a prototype of an AI tool for team optimization, another for performance prediction, and an EEG neurofeedback system. Collectively, these tools aim to advance theoretical understanding while offering practical solutions that could be scaled, in further projects, to enhance individual and collaborative innovation.