Utilización del aprendizaje basado en problemas en la enseñanza de física en estudiantes de medicina. Comparación con enseñanza tradicional Problem based learning in physics. Comparison with traditional teaching in medical students Eduardo Fasce H, María Calderón B1, Luis Braga I1, Manuel De Orúe R1, Horst Mayer S2, Heidi Wagemann B y Soledad Cid P

Correspondencia a: Dr. Eduardo Fasce H. Departamento de Educación Médica, Facultad de Medicina, Universidad de Concepción. Barrio Universitario s/n. Casilla 160-C Fono 204932 E-Mail: efasce@udec.cl

Background: Problem based learning, integrating basic science with clinical problems, is one of the most recommended forms of teaching for medical schools. Aim: To compare a problem based learning program for physics with traditional teaching methods. Material and methods: In the physics course, first year medical students were separated in groups with traditional learning and problem based teaching. Both groups were subjected to the same knowledge and qualitative evaluations. Results: At the end of the course, cognitive performance in both groups was similar (60.8 and 61.3% among traditional teaching and problem based learning groups respectively). However, students assigned to the problem based learning group evaluated significantly better the teaching methodology and process. Conclusions: Physics education, using problem based learning, obtains the same cognitive results but a higher degree of satisfaction than traditional teaching among students (Rev Méd Chile 2001; 129: 1031-7).
(Key Words: Education, medical; Physics; Problem-based learning; Teaching materials)

Recibido el 7 de julio, 2000. Aceptado en versión corregida el 5 de julio, 2001.
Trabajo financiado por la Dirección de Docencia de la Universidad de Concepción.
Departamento de Educación Médica y Departamento de Física, Facultades de Medicina
y Ciencias Físicas y Matemáticas, Universidad de Concepción.
¹ Profesor de Física
² Químico Farmacéutico

La integración de las ciencias básicas y las ciencias clínicas ha sido propuesta como una importante necesidad educacional por diferentes grupos de expertos^1-3. En estos consensos se ha propiciado la utilización de metodologías innovadoras, en especial el aprendizaje basado en problemas (ABP) como una de las fórmulas que más contribuye a lograr tal objetivo. Sobre la base de la experiencia de los docentes adscritos a la Oficina de Educación Médica en la utilización del ABP con estudiantes de primer y segundo año de Medicina y cuya implementación inicial fuera motivo de una comunicación anterior⁴, se realizó un programa de trabajo en conjunto con docentes del Departamento de Física, con el propósito de evaluar una experiencia de enseñanza de Física utilizando esta metodología.

MATERIAL Y MÉTODO

Elaboración del programa integrado. Con el propósito de establecer objetivos educacionales comunes, tanto para el programa de enseñanza tradicional como para el grupo experimental, se confeccionó una agenda de trabajo con docentes de Física y del área Biomédica. A través de este trabajo colaborativo se establecieron cuatro grandes áreas temáticas las que fueron estimadas como relevantes para los fines del perfil profesional definido por nuestra Facultad y que incluyeron el concepto de fuerza, la dinámica de fluidos, electricidad y movimiento ondulatorio (ver Anexo "Objetivos Específicos"). Para efectos del programa de enseñanza basado en problemas, el grupo de trabajo analizó diferentes situaciones clínicas seleccionando cuatro de ellas por haber sido estimadas adecuadas para permitir alcanzar los objetivos específicos antes señalados. Mediante los recursos asignados al proyecto se dispuso del material bibliográfico apropiado para satisfacer los requerimientos de los estudiantes de ambos grupos. Se incluyeron diferentes textos de Física y del área médica.

Características de los programas instruccionales: El programa de enseñanza tradicional estuvo a cargo de docentes del Departamento de Física y consistió en clases expositivas, ocupando 2 h semanales durante el segundo semestre. En conformidad a los objetivos establecidos por el grupo de trabajo, esta modalidad de enseñanza incluyó la relación de los contenidos de Física con situaciones clínicas y se complementó la actividad mediante videos destinados a facilitar la integración de las materias. Además, se utilizaron 2 h semanales para la práctica de ejercicios y laboratorios. La evaluación del proceso se realizó mediante pruebas escritas y un certamen escrito final, cuyas preguntas estuvieron referidas a los objetivos.

El programa de enseñanza experimental se basó en la utilización de los principios del ABP^5-7. Para ello se organizaron 6 grupos de 5 estudiantes cada uno. Cada grupo estuvo a cargo de un tutor. Los tutores fueron dos profesores de Física, un Bioquímico y tres médicos pertenecientes al Departamento de Educación Médica. Todos ellos habían participado en talleres de capacitación en ABP y habían adquirido experiencia como tutores de la asignatura de Introducción a la Medicina. Se destinaron 2 h semanales durante el segundo semestre (actividad paralela al grupo con docencia tradicional). Se complementó la actividad con laboratorios pero no se destinó un horario especial para la realización de ejercicios. La evaluación fue de tipo formativa, realizada en cada sesión de trabajo y se complementó con una evaluación escrita al final de cada problema y con un certamen final compartido con el grupo de enseñanza tradicional. Aún cuando las características del ABP se encuentran ampliamente difundidas en la literatura^5-7, se trata de una metodología que centra el proceso educacional en los estudiantes quienes identifican las áreas de interés en cada situación clínica, aportan colaborativamente con el conocimiento previo que poseen e identifican carencias y debilidades que deben aclarar mediante su propio esfuerzo a través de búsquedas bibliográficas y trabajo en equipo. En estas actividades el tutor sólo cumple una función de guía, activa la participación de todos y contribuye a la evaluación formativa.

Prueba cognitiva final: Con el propósito de comparar los rendimientos educacionales obtenidos por ambos grupos, al finalizar el proceso de enseñanza se confeccionó una prueba común que fue aplicado simultáneamente a todos los alumnos y que fue elaborado conforme a los objetivos. Como ambas metodologías orientaron el proceso de enseñanza de Física a su aplicación a situaciones clínicas, las preguntas estuvieron dirigidas a evaluar tal propósito.

Además, se incluyeron preguntas orientadas al análisis del comportamiento de diferentes variables propias de leyes y principios generales de Física.

Conformación de los grupos control (clases tradicionales) y experimental (ABP): Con la intención de minimizar los posibles sesgos dependientes de diferencias en la capacitación previa en materias de Física, se consideraron elegibles sólo aquellos estudiantes que hubiesen egresado de la enseñanza media en el año precedente. De este grupo se excluyeron aquellos alumnos que hubiesen reprobado ramos del primer semestre (Matemática y Biología). Para una mejor homologación de los grupos control (GC) y experimental (GE) se procedió a separar los alumnos elegibles de acuerdo a los rangos de notas obtenidos en Matemática, procediendo a su distribución aleatoria en cada programa de tal forma que los promedios de notas de Matemática del grupo control y experimental fuesen similares. Con este procedimiento se conformaron dos grupos de 29 estudiantes cada uno cuyos promedios de notas de matemática obtenidos al término del primer semestre fueron 69,5±15 para el GC y 68,1±14 para el GE, en escala de notas de 1 a 100 puntos (p= no significativa).

Evaluación del proceso: Además de la prueba escrita común orientada a establecer comparaciones en los rendimientos cognitivos, se aplicó una encuesta de opiniones en formato Likert con 3 categorías ("Total acuerdo", "parcial acuerdo" y "desacuerdo") la que estuvo referida a elementos del proceso académico, a la metodología y la evaluación.

Estadística. La significación de las diferencias entre GC y GE se evaluó mediante el cálculo de la "t" de Student para muestras independientes.

RESULTADOS

Preferencia de los estudiantes sobre la metodología: antes de iniciar las actividades docentes, a los 58 alumnos que reunieron requisitos para participar en la experiencia se les consultó sobre su preferencia entre la metodología tradicional o la actividad tutorial. La mayoría de los estudiantes (89,7%) declaró preferir la opción innovadora mientras que tan sólo el 10,3% lo hizo por el método tradicional.

Resultados de la evaluación cognitiva: tanto al GC como al GE se les aplicó igual test de conocimientos al finalizar las actividades docentes. Los promedios de notas entre ambos grupos no presentaron diferencias significativas (GC 60,86 puntos, GE 61,31 puntos, escala de 1 a 100, p = no significativa). En la Tabla 1 se compara la distribución de puntajes de notas separadas en tramo inferior (bajo 51 puntos), tramo intermedio (51 a 80 puntos) y tramo superior (sobre 80 puntos). Se observa que aproximadamente la mitad de los estudiantes comparte el tramo intermedio (44,8 vs 48,3 puntos), mientras que hay un menor porcentaje de alumnos del GE en el tramo inferior (24,1% vs 37,9%, p < 0,05) y un mayor porcentaje de ellos en el tramo más alto de la escala (31,1% vs 13,8%, p < 0,05). De acuerdo al reglamento de la Universidad, un puntaje inferior a 51 es considerado insuficiente y determina realizar un examen de repetición. Quedaron en esta situación 11 alumnos del GC y sólo 7 del GE.

Resultados de la evaluación cualitativa: Opinión de los estudiantes sobre la metodología (Tabla 2): en todos los ítemes la apreciación del GE fue significativamente más favorable en comparación con el GC. De igual modo, en la categoría "desacuerdo", el GE no consignó respuestas negativas en los ítemes referidos al "estímulo del estudio independiente", a "favorecer la relación de Física con Medicina" y "favorecer la participación activa del alumno". Las opiniones sobre el proceso académico (Tabla 3) demostraron criterios similares en la "cantidad y calidad de bibliografía disponible" y en el "efecto limitante impuesto por la carga académica de otras asignaturas". Con relación a la cantidad de contenidos exigida, su nivel de profundidad y el tiempo asignado a las actividades, hubo un mayor acuerdo por parte de los estudiantes del GE. En cuanto a la pertinencia de la evaluación cognitiva, en ambos grupos predominó un parcial acuerdo (55,2%) con un bajo porcentaje de acuerdo que, en todo caso, fue el doble en el GE (GE 27,6% vs 13,8% del GC). La relación entre objetivos educacionales y método de evaluación cognitiva concitó un mayor acuerdo por parte del GC (69% vs 13,8% del GE), siendo poco comunes las opiniones en desacuerdo en ambos grupos (6,8% del GC y 6,9% del GE).

Se complementó la evaluación cualitativa con la pregunta si acaso hubiesen preferido cursar el programa de Física con la metodología alternativa. Sólo 6,9% de los alumnos del GE respondieron afirmativamente, afirmación que fue planteada por el 58,6% del GC.

DISCUSIÓN

En la presente investigación se puso especial cuidado en establecer criterios de homologación de los grupos control y experimental. Al incluir sólo estudiantes egresados de educación media en el año precedente, se eliminó la posible influencia de una mayor capacitación en materias de Física, hecho que frecuentemente ocurre en alumnos que han efectuado estudios universitarios en carreras que imparten la asignatura de Física con una mayor extensión y profundidad en comparación con Medicina. Tal es así que tan sólo 58 alumnos de un total de 110 cumplieron este criterio de inclusión. Por otra parte, la conformación de los grupos control y experimental, aún cuando fuesen constituidos aleatoriamente, pudiese determinar grupos con rendimientos educacionales diferentes, atentando con los resultados de la evaluación cognitiva del proceso. Por tal razón se excluyeron aquellos alumnos que hubiesen reprobado alguna asignatura cursada durante el primer semestre y se utilizaron los puntajes de notas obtenidos en Matemática como referencia del rendimiento individual, procediendo a conformar ambos grupos de acuerdo a la escala de puntajes. De esta forma, el promedio de notas de Matemática en el GC y el GE no presentó diferencias significativas.

Un aspecto que nos parece destacable es el elevado número de estudiantes que, al momento de solicitarles indicaran su preferencia por realizar los estudios a través del método tradicional o mediante ABP, mayoritariamente declararan su interés por participar en esta última modalidad (89,7% vs 10,3%). La explicación más plausible para tan significativa diferencia puede encontrarse en la aceptación que ha tenido el ABP desde que se implantara como asignatura curricular en el año 1992⁴, siendo posible que la opinión favorable de los alumnos de cursos superiores haya influido en la toma de decisión de los estudiantes de primer año. Por otra parte, la participación de estos estudiantes en las tutorías de Introducción a la Medicina, asignatura cursada desde el primer semestre en base al ABP, puede constituir otro parámetro considerado por los alumnos al momento de tomar su decisión.

Los resultados de la evaluación de conocimientos, realizada mediante un control escrito común y aplicado simultáneamente a los estudiantes del GC y del GE, permite concluir que el rendimiento obtenido por los alumnos de ABP es comparable al alcanzado mediante la enseñanza tradicional, aún cuando en el tramo más alto de las notas hubo más alumnos del GE y menos de ellos en el tramo inferior de la escala (Tabla 1). Cabe destacar que el rendimiento obtenido no estuvo influido por diferencias en la disponibilidad de material bibliográfico o por el impacto de la carga académica de las otras asignaturas (Tabla 3).

Estos resultados coinciden con dos metaanálisis de experiencias con ABP en los cuales la dimensión del efecto estadístico no fue significativamente diferente entre estudiantes que realizaron programas de ciencias básicas utilizando ABP y estudiantes que utilizaron docencia tradicional^8,9.

Uno de los efectos de mayor impacto con el uso de la instrucción basada en problemas fue el grado de satisfacción de los estudiantes en comparación con sus pares asistentes a clases tradicionales, como queda de manifiesto en las Tablas 2 y 3.

A través de esta investigación se puede concluir que la enseñanza de la Física en estudiantes de Medicina de primer año utilizando la metodología de aprendizaje basado en problemas, conduce a rendimientos educacionales comparables con la enseñanza tradicional al tiempo que genera una mayor motivación y un mayor interés por su aprendizaje.

ANEXO: OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Problema 1: El concepto de fuerza en clínica médica.

Identificar y caracterizar las fuerzas, pares de acción y reacción.

Identificar la fuerza como magnitud vectorial, ser capaz de sumar magnitudes vectoriales en forma gráfica y obtener las componentes de una fuerza.

Definir fuerza peso, fuerza elástica, fuerza de contacto, fuerza de compresión y fuerza de tensión.

Definir y utilizar el concepto de presión y sus unidades de medida.

Definir y aplicar el concepto de torque y sus unidades de medida.

Establecer el centro de gravedad ubicándolo en sistemas mecánicos.

Definir palanca, reconocer sus diferentes tipos y aplicar el concepto de ventaja mecánica.

Aplicar los conceptos de fuerza, presión y torque a modelos patológicos reales.

Problema 2: La física de fluidos en procesos biológicos.

Definir la densidad de la materia.

Definir operacionalmente presión.

Caracterizar un fluido incomprensible, ideal y real.

Distinguir entre flujo de régimen laminar, estacionario y turbulento.

Definir trabajo, energía cinética y energía potencial gravitatoria estableciendo el teorema del trabajo y la energía.

Aplicar el teorema del trabajo y la energía para obtener la ley de Poisseuille y el teorema de Bernouilli.

Definir el número de Reynold y sus variables dependientes.

Definir resistencia al flujo y sus variables.

Establecer la ley de Laplace.

Aplicar los conceptos anteriores a situaciones clínicas reales.

Problema 3: Conceptos de electricidad en patología médica.

Caracterizar las cargas eléctricas estableciendo la ley de Coulomb y el concepto de campo eléctrico.

Definir intensidad de un campo eléctrico e identificar algunas de sus configuraciones.

Definir el concepto de potencial eléctrico y de diferencia de potencial eléctrico.

Identificar condiciones para que exista corriente eléctrica.

Definir intensidad de corriente.

Diferenciar corriente continua y corriente alterna.

Identificar condiciones para que exista un circuito eléctrico.

Relacionar intensidad de corriente y voltaje en un circuito en serie y en paralelo.

Definir resistencia eléctrica.

Establecer la ley de Ohm y sus restricciones.

Definir el concepto de potencia eléctrica.

Identificar los efectos de la corriente eléctrica en el cuerpo humano.

Relacionar los conceptos de electricidad con situaciones clínicas.

Problema 4: Aplicación de los principios de las ondas a la clínica.

Caracterizar una onda y establecer en qué condiciones se produce un movimiento ondulatorio.

Diferenciar entre onda longitudinal y onda transversal.

Asociar la velocidad de la onda con las características del medio determinando las variables que la influencian.

Caracterizar los fenómenos de reflexión y refracción.

Principios de la fibra óptica.

Identificar condiciones en las que se produce difracción de una onda.

Caracterizar una onda sonora identificando las cualidades del sonido.

Identificar las condiciones en que se produce el efecto Doppler y su utilización en Medicina.

Usos del ultrasonido en clínica médica.

Describir el fenómeno de fonación.

REFERENCIAS

1. Muller S (Chairman). Physicians for the twenty-first century. Report of the project panel on the general professional education of the physicians and college preparation for medicine. J Med Educ 1984; 59, part 2.

2. Lowry S. Making change happen. BMJ 1993; 306: 320-2.

3. Schmidt H. Integrating the teaching of basic sciences, clinical sciences and biopsychosocial issues. Acad Med 1998; 73(Suppl): S4-S10.

4. Fasce E, Ramírez L, Ibáñez P. Resultados de una experiencia educacional basada en problemas aplicada a estudiantes de primer año de medicina. Rev Méd Chile 1994; 122: 1257-62.

5. Neufeld V, Barrows H. The McMaster philosophy and approach to medical education. J Med Educ 1974; 49: 1040-60.

6. Neufeld V, Norman G, Barrows H, Feigthner J. Clinical problem-solving by medical students: a longitudinal and cross-sectional analysis. Med Educ 1981; 15: 311-22.

7. Fasce E, Ibáñez P, Ramírez L. En: Modernización de la enseñanza de la medicina: el aprendizaje basado en problemas. Ediciones de la Dirección de Docencia, Universidad de Concepción, 1996; 1: 1-75.

8. Albanese M and Mitchell S. Problem-based learning: a review of literature on its outcomes and implementation issues. Acad Med 1993; 68: 52-81.

9. Vernon D and Blake RL. Does problem based learning works. A meta-analysis of evaluative research. Acad Med 1993; 68: 550-63.