Case study and mathematical modeling in engineering education: Characterization of STEM skills.

Estudio de caso y modelado matemático en la formación de ingenieros: Caracterización de habilidades STEM

Este artículo se centra en la formación matemática para ingenieros, destacando la importancia de nuevas habilidades para enfrentar desafíos y demandas sociales en el contexto STEM (ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas). La investigación se enfoca en integrar conocimientos a través del modelado matemático como puente entre las disciplinas, preparando a los estudiantes para abordar problemas reales y proponer soluciones en colaboración con otros. Se diseñó una secuencia didáctica utilizando el método de casos para enseñar álgebra y cálculo a estudiantes de primer año de ingeniería en carreras como civil, industrial, informática y construcción. La metodología incluyó análisis de contenido de las producciones de los estudiantes, con un enfoque cuantitativo que empleó estadísticas descriptivas, estadística inferencial y componentes principales. Los resultados indicaron que, en promedio, los estudiantes superan el nivel de competencia en habilidades STEM, pero aún enfrentan dificultades en interpretar soluciones matemáticas, proyectar modelos y diseñar soluciones ingenieriles. Estas dificultades se atribuyen a problemas para representar en 3D y aplicar propiedades geométricas, lo que afecta su capacidad para integrar conocimientos tecnológicos e ingenieriles de manera efectiva.

INTRODUCCIÓN

La formación matemática para ingenieros está sujeta a grandes cambios debido al avance vertiginoso sobre las demandas de conocimientos y habilidades para abordar los problemas del siglo XXI 1, 2, 3). Así también, los avances de la sociedad giran cada vez más en torno a la ciencia, la tecnología y la ingeniería, apoyada por las herramientas analíticas de la matemática (4, 5), donde se requiere de enfoques multidisciplinarios para abordar los desafíos locales y globales (e.g. pandemias, crisis climática, producción agrícola, salud, biodiversidad, energía y agua). Lo anterior genera un reto importante para la comunidad educativa de tal forma de responder a las exigencias demandadas por la sociedad, donde la mayoría de ellas están vinculadas con las tecnologías (e.g. simulaciones, realidad aumentada, fabricación aditiva, Big data y análisis, Data science) (3, 6,7. Para dar respuesta a las necesidades actuales, una de las iniciativas que se ha incorporado durante la última década, en diversos países, son los proyectos de Educación STEM 8,9,10, por la correspondencia entre las habilidades requeridas en el siglo XXI 11 y los propósitos de Educación STEM, que apuntan a profundizar la comprensión conceptual de estas disciplinas, así como ampliar su comprensión a través de su uso social y contextos STEM culturalmente relevantes (12,13.

El debate continuo en la formación de ingenieros sugiere que los graduados STEM son clave para el crecimiento y la innovación de los países, por lo cual se han venido desarrollando una serie de iniciativas para mejorar su formación, destacándose propuestas enfocadas a la resolución de problemas STEM 8, modelado matemático y STEM (5, trabajo de proyectos con enfoque STEM y método de casos como un enfoque efectivo para la enseñanza, ya que permiten acortar la brecha entre teoría y práctica 14,15.