Habilidades científicas en Física Experimental: una metodología automatizada para el análisis de informes de laboratorio.

RESUMEN

El laboratorio ocupa un lugar central en la enseñanza y el aprendizaje de
la física. En este contexto, los informes de laboratorio constituyen una fuente
relevante de información, ya que permiten analizar algunas de las habilidades

cientícas desarrolladas en los cursos y evidenciadas en las producciones escri-
tas del estudiantado. Esta tesis analiza las habilidades cientícas presentes en

informes elaborados por estudiantes de Física Experimental 1 de la Facultad de

Ingeniería de la Universidad de la República, mediante técnicas de Inteligen-
cia Articial, especialmente de Procesamiento del Lenguaje Natural (PLN). El

enfoque teórico articula recomendaciones derivadas de la investigación en edu-
cación en física sobre los laboratorios universitarios con la taxonomía revisada

de Bloom. La metodología incluyó la denición de clases para la clasicación de
textos, la elaboración de una guía de anotación y la construcción de un corpus
anotado. Luego se evaluaron distintos algoritmos de aprendizaje automático y
se analizaron sus errores. También se examinaron los objetivos del curso, las
guías de laboratorio y las percepciones de docentes y estudiantes. Finalmente,
se analizaron las habilidades cientícas identicadas mediante la clasicación
automática de los informes de un semestre. Los resultados muestran que es

posible desarrollar una metodología automatizada para analizar textos produ-
cidos en cursos de laboratorio y evaluar, desde una perspectiva global, algunas

de las habilidades cientícas evidenciadas en la escritura estudiantil. Además,

permiten observar que el diseño de las guías de laboratorio incide en la escri-
tura de los informes y en las habilidades identicables en ellos. En particular,

se encontró que las consignas más abiertas no siempre aseguran la presencia
de habilidades asociadas a procesos cognitivos de orden superior, y que existen

diferencias entre docentes y estudiantes respecto de las habilidades considera-
das prioritarias. En conjunto, la tesis contribuye a caracterizar las habilidades

cientícas en un curso introductorio de Física Experimental y aporta una me-
todología basada en PLN para el análisis sistemático de producciones escritas

en la enseñanza de la física.
Palabras claves:
Física Experimental, Taxonomía de Bloom, Procesamiento Lenguaje
Natural, Habilidades cientícas, Investigación en Enseñanza de la Física.

vi

ABSTRACT

Laboratory work is central to the teaching and learning of physics. In this
context, laboratory reports constitute a relevant source of information, as they
allow for the analysis of some of the scientic skills developed in courses and
evidenced in students' written productions. This thesis analyzes the scientic
skills present in reports written by students enrolled in Experimental Physics
1 at the School of Engineering of the Universidad de la República, using Arti-
cial Intelligence techniques, especially Natural Language Processing (NLP).

The theoretical framework combines recommendations from physics educa-
tion research on university laboratories with Bloom's revised taxonomy. The

methodology included the denition of classes for text classication, the deve-
lopment of an annotation guide, and the construction of an annotated corpus.

Dierent machine learning methods were then evaluated, and their errors were

analyzed. The course objectives, laboratory guides, and instructors' and stu-
dents' perceptions were also examined. Finally, the scientic skills identied

through the automatic classication of reports from one semester were analy-
zed. The results show that it is possible to develop an automated methodology

for analyzing texts produced in laboratory courses and for assessing, from a
global perspective, some of the scientic skills evidenced in students' writing.
They also indicate that the design of laboratory guides inuences the writing
of reports and the skills that can be identied in them. In particular, it was
observed that more open-ended prompts do not always ensure the presence
of skills associated with higher-order cognitive processes, and that there are
dierences between instructors and students regarding the skills considered
to be priorities. Overall, this thesis contributes to characterizing the scientic
skills developed in an introductory Experimental Physics course and oers an
NLP-based methodology for the systematic analysis of written productions in
physics education.
Keywords:
Experimental Physics, Bloom ́s Taxonomy, Natural Language Processing,
Scientic Skills, Physics Education Research.