El Diseño Universal para el Aprendizaje y la Fabricación Digital como medios de creación de entornos inclusivos para la enseñanza en estudiantes con y sin discapacidad visual

Abstract

L'ensenyament de la química, com a disciplina fonamental al currículum educatiu, tradicionalment ha estat facilitat mitjançant la utilització de la taula periòdica clàssica, una eina que organitza els elements químics. Tot i això, molts estudiants enfronten dificultats en abordar conceptes clau com el número atòmic, la configuració electrònica i la ubicació dels elements en aquesta taula. Aquestes dificultats són encara més pronunciades en el cas d'estudiants amb discapacitat visual (DV), que troben barreres addicionals en l'accés i la comprensió d'aquesta informació estructurada. Davant d'aquesta situació, aquesta investigació té com a objectiu explorar i desenvolupar mecanismes alternatius d'aprenentatge que permetin als estudiants amb DV i sense, comprendre de manera més efectiva l'ordenament dels elements químics i la seva relació amb la configuració electrònica.

Per assolir aquest objectiu, s'estableixen dos requisits essencials: primer, que l'aprenentatge sigui inclusiu i accessible per a tots els estudiants i, segon, que sigui fàcilment transferible a diverses realitats educatives, sense importar el context o les característiques particulars dels estudiants. En aquest sentit, es planteja la creació d'entorns educatius inclusius que permetin l'ensenyament de la química de manera efectiva per a estudiants amb DV i sense. S'argumenta que el Disseny Universal per a l'Aprenentatge (DUA), en oferir principis de flexibilitat en el procés educatiu, combinat amb les tecnologies de fabricació digital (FD), especialment la impressió 3D, té el potencial de satisfer aquests requisits i transformar l'ensenyament de la química.

La investigació està orientada a respondre la pregunta principal: com contribueixen el disseny universal per a l'aprenentatge i la fabricació digital al desenvolupament d'entorns educatius inclusius en l'ensenyament de la química per a estudiants amb discapacitat visual i sense? Per abordar aquesta qüestió, es desenvolupen tres preguntes de recerca secundàries. La primera indaga sobre com es poden integrar els principis del DUA amb les eines de FD per dissenyar i implementar entorns d’aprenentatge inclusius i efectius en el context de l’ensenyament de química. La segona pregunta explora si és possible desenvolupar eines inclusives que millorin el procés d'ensenyament-aprenentatge de la química per a estudiants amb DV i sense. La tercera pregunta examina el potencial de les tecnologies de FD per donar suport a l'aprenentatge inclusiu, tant pel que fa al disseny de materials com a la creació de recursos accessibles.

La metodologia utilitzada en aquesta investigació és la Recerca Basada en el Disseny (DBR, per les sigles en anglès), que va permetre la creació d'una eina alternativa a la taula periòdica tradicional, utilitzant els principis del DUA i tecnologies de FD. Es van fer les intervencions amb estudiants i professors de Catalunya (Espanya) i Lima (Perú). Així mateix, es va comptar amb la participació d´experts de l´Organización Nacional de Ciegos Españoles (ONCE).

L'avaluació dels resultats es va realitzar a través de mètodes mixtos, combinant tant els enfocaments quantitatius com els qualitatius, cosa que va permetre obtenir una visió integral de l'efectivitat de l'eina en el procés d'ensenyament-aprenentatge. Les troballes van revelar una sinergia significativa entre el DUA i les tecnologies de FD, que van contribuir a crear un entorn educatiu més inclusiu, accessible i efectiu per a tots els estudiants.

Aquesta tesi destaca la importància d’integrar el DUA i la FD com a elements innovadors i complementaris per a la creació d’entorns educatius inclusius. A més, ofereix noves perspectives sobre el disseny de materials educatius accessibles, amb l'objectiu de millorar l'ensenyament de la química i fer-lo més inclusiu, permetent que estudiants amb DV i sense puguin accedir i comprendre millor els conceptes clau de la química.

La enseñanza de la química, como disciplina fundamental en el currículo educativo, tradicionalmente ha sido facilitada mediante la utilización de la tabla periódica clásica, una herramienta que organiza los elementos químicos. Sin embargo, muchos estudiantes enfrentan dificultades al abordar conceptos clave como el número atómico, la configuración electrónica y la ubicación de los elementos en esta tabla. Estas dificultades son aún más pronunciadas en el caso de estudiantes con discapacidad visual (DV), que encuentran barreras adicionales en el acceso y comprensión de esta información estructurada. Frente a esta situación, la presente investigación tiene como objetivo explorar y desarrollar mecanismos alternativos de aprendizaje que permitan a los estudiantes con y sin DV, comprender de manera más efectiva el ordenamiento de los elementos químicos y su relación con la configuración electrónica.

Para lograr este objetivo, se establecen dos requisitos esenciales: primero, que el aprendizaje sea inclusivo y accesible para todos los estudiantes y, segundo, que sea fácilmente transferible a diversas realidades educativas, sin importar el contexto o las características particulares de los estudiantes. En este sentido, se plantea la creación de entornos educativos inclusivos que permitan la enseñanza de la química de manera efectiva para estudiantes con y sin DV. Se argumenta que el Diseño Universal para el Aprendizaje (DUA), al ofrecer principios de flexibilidad en el proceso educativo, combinado con las tecnologías de fabricación digital (FD), especialmente la impresión 3D, tiene el potencial de satisfacer estos requisitos y transformar la enseñanza de la química.

La investigación está orientada a responder la pregunta principal: ¿Cómo contribuyen el diseño universal para el aprendizaje y la fabricación digital al desarrollo de entornos educativos inclusivos en la enseñanza de la química para estudiantes con y sin discapacidad visual? Para abordar esta cuestión, se desarrollan tres preguntas de investigación secundarias. La primera indaga sobre cómo se pueden integrar los principios del DUA con las herramientas de FD para diseñar e implementar entornos de aprendizaje inclusivos y efectivos en el contexto de la enseñanza de química. La segunda pregunta explora si es posible desarrollar herramientas inclusivas que mejoren el proceso de enseñanza-aprendizaje de la química para estudiantes con y sin DV. La tercera pregunta examina el potencial de las tecnologías de FD para apoyar el aprendizaje inclusivo, tanto en el diseño de materiales como en la creación de recursos accesibles.

La metodología utilizada en esta investigación es la Investigación Basada en el Diseño (DBR, por sus siglas en inglés), que permitió la creación de una herramienta alternativa a la tabla periódica tradicional, utilizando los principios del DUA y tecnologías de FD. Se llevaron a cabo las intervenciones con estudiantes y profesores de Cataluña (España) y Lima (Perú). Asimismo, se contó con la participación de expertos de la Organización Nacional de Ciegos Españoles (ONCE).

La evaluación de los resultados se realizó a través de métodos mixtos, combinando tanto enfoques cuantitativos como cualitativos, lo que permitió obtener una visión integral de la efectividad de la herramienta en el proceso de enseñanza-aprendizaje. Los hallazgos revelaron una sinergia significativa entre el DUA y las tecnologías de FD, que contribuyeron a la creación de un entorno educativo más inclusivo, accesible y efectivo para todos los estudiantes.

Esta tesis destaca la importancia de integrar el DUA y la FD como elementos innovadores y complementarios para la creación de entornos educativos inclusivos. Además, ofrece nuevas perspectivas sobre el diseño de materiales educativos accesibles, con el objetivo de mejorar la enseñanza de la química y hacerla más inclusiva, permitiendo que estudiantes con y sin DV puedan acceder y comprender mejor los conceptos clave de la química.

The teaching of chemistry, as a fundamental discipline in the educational curriculum, has traditionally been facilitated through the use of the classical periodic table, a tool that organizes the chemical elements. However, many students face difficulties in dealing with key concepts such as atomic number, electronic configuration and the location of elements in this table. These difficulties are even more pronounced in the case of students with visual impairment (VI), who encounter additional barriers in accessing and understanding this structured information. Faced with this situation, the present research aims to explore and develop alternative learning mechanisms that allow students with and without VI to understand more effectively the arrangement of the chemical elements and their relationship with the electronic configuration.

To achieve this goal, two essential requirements are established: first, that learning be inclusive and accessible to all students, and second, that it be easily transferable to diverse educational realities, regardless of the context or the particular characteristics of the students. In this sense, the creation of inclusive educational environments that allow the teaching of chemistry in an effective way for students with and without VI is proposed. It is argued that Universal Design for Learning (UDL), by offering principles of flexibility in the educational process, combined with digital fabrication (DF) technologies, especially 3D printing, has the potential to meet these requirements and transform chemistry education.

The research is aimed at answering the primary research question: How do universal design for learning and digital fabrication contribute to the development of inclusive educational environments in chemistry education for students with and without visual impairment? To address this question, three secondary research questions are developed. The first inquires into how UDL principles can be integrated with DF tools to design and implement inclusive and effective learning environments in the context of chemistry education. The second question explores whether it is possible to develop inclusive tools that enhance the chemistry teaching-learning process for students with and without VI. The third question examines the potential of FD technologies to support inclusive learning, both in the design of materials and in the creation of accessible resources.

The methodology used in this research is Design Based Research (DBR), which allowed the creation of an alternative tool to the traditional periodic table, using UDL principles and DF technologies. Experimentation was carried out with students and teachers from Catalonia (Spain) and Lima (Peru). Experts from the Organización Nacional de Ciegos Españoles (ONCE) also participated.

The evaluation of the results was conducted through mixed methods, combining both quantitative and qualitative approaches, which provided a comprehensive view of the effectiveness of the tool in the teaching-learning process. The findings revealed a significant synergy between UDL and DF technologies, which contributed to the creation of a more inclusive, accessible and effective educational environment for all students.

This thesis highlights the importance of integrating UDL and FD as innovative and complementary elements for the creation of inclusive educational environments. In addition, it offers new perspectives on the design of accessible educational materials, with the aim of improving chemistry teaching and making it more inclusive, allowing students with and without VI to better access and understand key chemistry concepts.