Propuesta de diseño de un espacio académico interdisciplinar de introducción a la nanotecnología para estudiantes de licenciatura en las áreas de ciencias naturales
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2026-08-12
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Universidad Distrital Francisco José de Caldas
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Gualdría Sandoval, Camila Andrea; Pulido Palomino, Daniel Felipe (2026). Propuesta de diseño de un espacio académico interdisciplinar de introducción a la nanotecnología para estudiantes de licenciatura en las áreas de ciencias naturales. Universidad Distrital Francisco José de Caldas. https://hdl.handle.net/11349/104097
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Resumen
The general objective of this research was to propose an interdisciplinary academic course for teaching nanotechnology that integrates and enhances knowledge of the natural sciences, in order to improve the academic and professional training of undergraduate students in these fields. To achieve this, three specific objectives were defined: (1) to explore, through Grounded Theory, the educational needs of undergraduate students in physics, chemistry, and biology regarding the interdisciplinary teaching of nanotechnology; (2) to identify strategies for interdisciplinary integration and the use of ICT in educational literature and current curricular practices, in order to contrast them with empirical findings; and (3) to design an interdisciplinary academic course for teaching nanotechnology that responds to the identified needs, linking active methodologies, the articulation of physics, chemistry, and biology content, and the use of ICT. The study was framed within a qualitative approach that complementarily integrated two methodologies: Grounded Theory (GT) and Design-Based Research (DBR). GT enabled the generation of emerging categories from the responses of teachers and students of the physics, chemistry, and biology undergraduate programs at the Universidad Distrital Francisco José de Caldas, using semi-structured interviews validated by expert judgment (Aiken’s V coefficient with values between 0.83 and 1.0). On the other hand, DBR made it possible to transform these findings into a concrete curricular product by implementing iterative cycles of design, validation, and refinement. Data collection included semi-structured interviews, participant observation, and a Likert-type perception questionnaire administered to 15 undergraduate physics students who participated in a pilot test on the Tyndall effect. Furthermore, qualitative analysis was supported by the Atlas.ti software, while quantitative validation was carried out using the Aiken’s V method, calculation of central tendency measures, and agreement percentages. The results showed that the main barrier to interdisciplinary integration was not the lack of expensive equipment, but rather the epistemological and terminological disconnect between disciplines, as well as among teachers and students themselves. Based on this finding, a 16-week syllabus titled "Introduction to Nanotechnology for Natural Sciences Teaching" was designed, organized around integrating axes such as unified scientific language, nanoscale characterization, the use of simulators, low-cost experimentation (Tyndall effect, carbon quantum dots), medical applications, the ethics of nanotechnology, and the design of didactic sequences. Validation by expert judgment yielded Aiken’s V values ≥ 0.83 for clarity, relevance, and pertinence across all syllabus components. The pilot test showed a positive overall assessment with 95% conformity and 100% agreement in the teacher training dimension, confirming that the academic course not only promotes conceptual understanding but also fosters pedagogical reflection and self-efficacy in pre-service teachers. The complementarity between GT and DBR allowed bridging the gap between understanding needs and building a validated curricular product, thereby consolidating a teacher training pathway that overcomes disciplinary fragmentation, integrates accessible technological resources, and promotes a common language among physics, chemistry, and biology, positioning nanotechnology as an articulating axis for teaching natural sciences in higher education.
Descripción
La investigación tuvo como objetivo general plantear un espacio académico interdisciplinar en la enseñanza de la nanotecnología que integrara y potencializara los conocimientos de las ciencias naturales, con el fin de mejorar la formación académica y profesional de los estudiantes de licenciatura en estas áreas. Para ello, se definieron tres objetivos específicos: (1) explorar, mediante la Teoría Fundamentada, las necesidades formativas de los estudiantes de licenciatura en física, química y biología en relación con la enseñanza interdisciplinar de la nanotecnología; (2) identificar estrategias de integración interdisciplinar y uso de TIC en la literatura educativa y en las prácticas curriculares vigentes, para contrastarlas con los hallazgos empíricos; y (3) diseñar un espacio académico interdisciplinar para la enseñanza de la nanotecnología que respondiera a las necesidades identificadas, vinculando metodologías activas, la articulación de contenidos de física, química y biología, y el uso de las TIC.
El estudio se enmarcó en un enfoque cualitativo que integró de manera complementaria dos metodologías, la Teoría Fundamentada (TF) y la Investigación Basada en Diseño (IBD). La TF permitió generar categorías emergentes a partir de las respuestas de docentes y estudiantes de las licenciaturas en física, química y biología de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, mediante entrevistas semiestructuradas validadas por juicio de expertos (coeficiente V de Aiken con valores entre 0,83 y 1,0). Por otro lado, la IBD posibilitó transformar esos hallazgos en un producto curricular concreto, implementando ciclos iterativos de diseño, validación y refinamiento. La recolección de datos incluyó entrevistas semiestructuradas, observación participante y un cuestionario de percepción tipo Likert aplicado a 15 estudiantes de licenciatura en física que participaron en una prueba piloto sobre el efecto Tyndall. Asimismo, el análisis cualitativo se apoyó en el software Atlas.ti, mientras que la validación cuantitativa se realizó mediante el método V de Aiken y el cálculo de medidas de tendencia central y porcentajes de acuerdo. Los resultados evidenciaron que la principal barrera para la integración interdisciplinar no era la falta de equipos costosos, sino la desarticulación epistemológica y terminológica entre las disciplinas y entre los propios docentes y estudiantes. A partir de este hallazgo, se diseñó un syllabus de 16 semanas titulado "Introducción a la Nanotecnología para la Enseñanza de las Ciencias Naturales", organizado en torno a ejes integradores como el lenguaje científico unificado, la caracterización a nanoescala, el uso de simuladores, la experimentación de bajo costo (efecto Tyndall, puntos cuánticos de carbono), las aplicaciones médicas, la ética de la nanotecnología y el diseño de secuencias didácticas. La validación por juicio de expertos arrojó valores de V de Aiken ≥ 0,83 en claridad, relevancia y pertinencia para todos los componentes del syllabus. La prueba piloto mostró una valoración global positiva con un 95% de conformidad y un 100% de acuerdo en la dimensión de formación docente, lo que confirma que el espacio académico no solo favorece la comprensión conceptual, sino que impulsa la reflexión pedagógica y la autoeficacia de los futuros docentes. La complementariedad entre TF e IBD permitió pasar de la comprensión de necesidades a la construcción de un producto curricular validado, consolidando una ruta de formación docente que supera la fragmentación disciplinar, integra recursos tecnológicos accesibles y promueve un lenguaje común entre física, química y biología, posicionando a la nanotecnología como un eje articulador de la enseñanza de las ciencias naturales en la educación superior.