Innovación en un instituto de educación secundaria a través de entornos virtuales y tecnologías conversacionales: una investigación-acción para fomentar la autonomía del alumnado y la personalización de los procesos de enseñanza-aprendizaje de las matemáticas

Abstract

Educational innovation is essential to address the challenges of the knowledge society, particularly in the teaching of mathematics, where the aim is to improve understanding and foster critical thinking, problem-solving, and student motivation. The use of artificial intelligence, through chatbots, provides immediate feedback and personalized learning experiences, and together with virtual environments, expands interaction and promotes autonomous learning. At the secondary school Los Valles in Camarzana de Tera, the educational potential of technology was explored to enhance mathematics teaching practices and to promote digital transformation and reflection on its impact. The general objective of this research was to implement innovative strategies in this educational center to foster student autonomy and personalize learning through the use of conversational technologies and virtual environments, with the aim of improving pedagogical processes in mathematics. The action research methodology was employed to develop innovative strategies at IES Los Valles, based on the use of chatbots or conversational software programs integrated into virtual teaching and learning environments, the implementation of teacher training plans at the school level, and the monitoring of digital technology integration through the SELFIE tool. The action research focused on solving problems and generating improvements in this specific context, and its cyclical and reflective nature ensured that the solutions were continuously refined based on the results obtained. The general objective was achieved by acting in the areas of teachers, students, and the educational institution. Teachers participated in the research through discussions about difficulties in mathematics, reporting their perceptions of teaching and learning during the COVID-19 pandemic, contributing their opinions in the SELFIE questionnaire on technology use at the school, and engaging in activities within the institutional teacher training plan. Students, in turn, took part in diagnosing their difficulties in mathematics, learning styles, study habits, and motivation for learning; they interacted with mathematical content on the school’s Moodle platform and with the three types of chatbots configured during the research, provided evidence of learning through their digital portfolios and assessment tests, and helped improve the chatbots with their observations and suggestions, also participating in the SELFIE questionnaire. Finally, at the institutional level, actions were carried out for the technological transformation of the school, focusing on three aspects: the provision and updating of technological resources, teacher training in the pedagogical use of technology and reflection on its integration, and the application in the classroom of methods to effectively integrate technology, complementing face-to-face teaching and promoting personalization and student autonomy in learning. The main contribution of this research is the pedagogical innovation achieved through the introduction of hybrid chatbots that combine artificial intelligence with the teacher’s selection of specific content and resources for the teaching of mathematics in secondary education, contributing to the personalization and autonomy of student learning. It also provides a pathway for other schools to advance their digital transformation. However, one of the main limitations is sustaining the changes introduced in the educational institution over time. As future lines of research, it is proposed to address issues related to technological dependence and to conduct longitudinal studies that allow for a deeper evaluation of the impact of these tools on mathematics performance, while minimizing the risks of artificial intelligence in education and exploring their integration into other curricular areas.

La innovación educativa resulta clave para afrontar los retos de la sociedad del conocimiento, especialmente en la enseñanza de las matemáticas, donde se busca mejorar la comprensión y fomentar el pensamiento crítico, la resolución de problemas y la motivación del alumnado. El uso de la inteligencia artificial, a través de chatbots, permite ofrecer retroalimentación inmediata y experiencias personalizadas y junto con los entornos virtuales se amplía la interacción y favorece el aprendizaje autónomo. En el instituto de enseñanza secundaria Los Valles de Camarzana de Tera se planteó aprovechar el potencial educativo de la tecnología para mejorar la práctica docente en matemáticas e impulsar la transformación digital y la reflexión sobre su impacto. El objetivo general de esta investigación fue aplicar estrategias innovadoras en este centro educativo para fomentar la autonomía del alumnado y la personalización del aprendizaje a través del uso de tecnologías conversacionales y entornos virtuales para mejorar los procesos pedagógicos en matemáticas. Se empleó la metodología de la investigación-acción para desarrollar estrategias innovadoras en el IES Los Valles basadas en el empleo de chatbots o programas informáticos conversacionales integrados en entornos virtuales de enseñanza y aprendizaje, en la implementación de planes de centro de formación del profesorado y en el seguimiento de la integración de tecnologías digitales con la herramienta SELFIE. La investigación -acción se centró en resolver problemas y generar mejoras en ese contexto específico y su naturaleza cíclica y reflexiva aseguró que las soluciones se mejorasen continuamente a partir de los resultados obtenidos. El objetivo general se logró actuando en el ámbito del profesorado, del alumnado y del centro educativo. El profesorado participó en la investigación a través de discusiones sobre dificultades en matemáticas, informando de sus percepciones sobre la enseñanza y aprendizaje en la pandemia de COVID-19, aportando su opinión en el cuestionario SELFIE sobre el uso de la tecnología en el centro y realizando actividades dentro del plan de centro de formación del profesorado. El alumnado por su parte, participó en el diagnóstico de sus dificultades en matemáticas, estilos de aprendizaje, hábitos de estudio y motivación para el aprendizaje, interactúo con el contenido matemático en la plataforma Moodle del centro educativo y con los tres tipos de chatbots configurados durante la investigación, mostrando evidencias de aprendizaje en su portafolios digital y prueba de evaluación y ayudó a mejorar los chatbots con sus observaciones y sugerencias, participando también en el cuestionario SELFIE. Finalmente en el ámbito del centro educativo, se realizaron acciones para la transformación tecnológica del centro, centradas en tres aspectos: la dotación y actualización de recursos tecnológicos, la capacitación docente en el uso pedagógico de la tecnología y su reflexión sobre la integración tecnológica y la aplicación en el aula de métodos para integrar eficazmente la tecnología, complementando la enseñanza presencial y favoreciendo la personalización y autonomía del alumnado en su aprendizaje. El principal aporte de la investigación es la innovación pedagógica mediante la introducción de chatbots híbridos que combinan inteligencia artificial y selección de contenidos y recursos específicos por parte del docente para la enseñanza de las matemáticas en secundaria, contribuyendo a la personalización y autonomía del aprendizaje del alumnado. También se marca el camino a otros centros educativos para su transformación digital. No obstante, una de las limitaciones destacadas es mantener los cambios introducidos en el centro educativo a lo largo del tiempo. Como futuras líneas de investigación se propone abordar aspectos sobre dependencia tecnológica y profundizar en estudios longitudinales que permitan evaluar el impacto de estas herramientas en el rendimiento matemático, minimizando los riesgos de la inteligencia artificial en la educación, así como explorar su integración en otras áreas curriculares.