Revista Multidisciplinar Epistemología de las Ciencias
Volumen 2, Número 4, 2025, octubre-diciembre
DOI: https://doi.org/10.71112/knqbrb61
APLICACIÓN DE ESTRATEGIAS NEURODIDÁCTICAS EN EL APRENDIZAJE DE
CIENCIAS NATURALES PARA ESTUDIANTES CON DIFICULTADES DE
APRENDIZAJE
APPLICATION OF NEURODIDACTIC STRATEGIES IN THE LEARNING OF
NATURAL SCIENCES FOR STUDENTS WITH LEARNING DIFFICULTIES
Leyris Edith Aguirre Celi
Leonora Itamar Abrigo Cuenca
Raúl Vinicio Tello Hernández
Cindy Melissa Vidal Zapata
Consuelo Elizabeth Yaguache Vargas
Ecuador
DOI: https://doi.org/10.71112/knqbrb61
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Aplicación de estrategias neurodidácticas en el aprendizaje de Ciencias
Naturales para estudiantes con dificultades de aprendizaje
Application of neurodidactic strategies in the learning of Natural Sciences for
students with learning difficulties
Leyris Edith Aguirre Celi
1
leyris.aguirre@educacion.gob.ec
https://orcid.org/0009-0004-4618-0462
Unidad Educativa Remigio Geo Gómez
Guerrero
Ecuador
Leonora Itamar Abrigo Cuenca
leonora.abrigo@educacion.gob.ec
https://orcid.org/0009-0009-4116-8735
Unidad Educativa Remigio Geo Gómez
Guerrero
Ecuador
Raúl Vinicio Tello Hernández
raul.tello@educacion.gob.ec
https://orcid.org/0009-0006-1898-4724
Unidad Educativa Remigio Geo Gómez
Guerrero
Ecuador
Cindy Melissa Vidal Zapata
cindy.vidal@educacion.gob.ec
https://orcid.org/0009-0004-5470-0915
Unidad Educativa Remigio Geo Gómez
Guerrero
Ecuador
Consuelo Elizabeth Yaguache Vargas
consuelo.yaguache@educacion.gob.ec
https://orcid.org/0009-0009-2582-4886
Unidad Educativa Remigio Geo Gómez
Guerrero
Ecuador
1
leyris.aguirre@educacion.gob.ec
DOI: https://doi.org/10.71112/knqbrb61
248 Revista Multidisciplinar Epistemología de las Ciencias | Vol. 2, Núm. 4, 2025, octubre-diciembre
RESUMEN
El presente estudio analiza la aplicación de estrategias neurodidácticas para fortalecer el
aprendizaje de Ciencias Naturales en estudiantes con dificultades de aprendizaje de una
institución fiscal de Ecuador. Se empleó un diseño de investigación mixto secuencial
explicativo, combinando pruebas de desempeño académico con entrevistas y grupos focales
para comprender el impacto de las estrategias. La intervención incluyó actividades
multisensoriales, dinámicas lúdicas, experimentación práctica y pausas activas, orientadas a
estimular la atención, la memoria y la motivación de los estudiantes. Los resultados evidencian
que el uso de estrategias neurodidácticas favorece el aprendizaje significativo, incrementa la
participación en el aula y mejora el rendimiento académico en los contenidos de Ciencias
Naturales. Sin embargo, se identificaron limitaciones asociadas a la formación docente y a la
disponibilidad de recursos didácticos inclusivos. Se concluye que la integración de enfoques
neurodidácticos en la enseñanza de Ciencias Naturales constituye una alternativa eficaz para
atender la diversidad educativa y promover la equidad en contextos inclusivos.
Palabras clave: neurodidáctica; dificultades de aprendizaje; Ciencias Naturales; inclusión
educativa; aprendizaje significativo
ABSTRACT
This study analyzes the application of neurodidactic strategies to strengthen the learning of
Natural Sciences among students with learning disabilities at a public institution in Ecuador. A
sequential explanatory mixed-method research design was used, combining academic
performance tests with interviews and focus groups to understand the strategies' impact. The
intervention included multisensory activities, playful dynamics, practical experimentation, and
active breaks, aimed at stimulating students' attention, memory, and motivation. The results
DOI: https://doi.org/10.71112/knqbrb61
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show that the use of neurodidactic strategies promotes meaningful learning, increases
classroom participation, and improves academic performance in Natural Sciences content.
However, limitations associated with teacher training and the availability of inclusive teaching
resources were identified. It is concluded that the integration of neurodidactic approaches in
Natural Sciences teaching constitutes an effective alternative for addressing educational
diversity and promoting equity in inclusive contexts.
Keywords: neurodidactics; learning disabilities; Natural Sciences; educational inclusion;
meaningful learning
Recibido: 27 de septiembre 2025 | Aceptado: 14 de octubre 2025
INTRODUCCIÓN
La enseñanza de la ciencia naturales en los niveles de básica media, elemental, básica
superior y Bachillerato enfrenta grandes retos en cuanto al desarrollo del pensamiento lógico, la
comprensión profunda de conceptos y la capacidad de los estudiantes para aplicar sus
conocimientos en contextos reales. Tradicionalmente, muchos cursos del area de ciencias
naturales se han enfocado en la presentación de procedimientos experimental que los
estudiantes deben memorizar y reproducir, sin fomentar la capacidad para resolver problemas
no rutinarios (Santos-Trigo, 2024). Esta situación limita la formación de competencias
necesarias para enfrentar desafíos académicos y sociales complejos en el siglo XXI (Santos-
Trigo, 2024).
El avance de la neurociencia educativa ha permitido comprender mejor los procesos
cognitivos que intervienen en el aprendizaje, especialmente en estudiantes con dificultades de
aprendizaje. En el área de Ciencias Naturales, estos principios resultan esenciales porque los
contenidos suelen requerir abstracción y habilidades de observación, que pueden resultar
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complejas para estudiantes con estilos de aprendizaje diversos. Estudios recientes han
demostrado que la inclusión de recursos multisensoriales, actividades prácticas y dinámicas
gamificadas incrementa la participación y el desempeño académico de estudiantes con
necesidades educativas especiales.
Frente a este panorama, la resolución de problemas emerge como una estrategia
pedagógica potente, pues sitúa al estudiante como agente activo en la construcción del
conocimiento mediante procesos de análisis, reflexión y validación de ideas (Törner et al.,
citado en Santos-Trigo, 2024). Investigaciones recientes en educación ciencias experimentales
han mostrado que la enseñanza con enfoque en problemas incrementa no solo el rendimiento
procedimental, sino también hábitos cognitivos más profundos, como la metacognición y el
pensamiento estratégico (Ventistas, 2024).
En el contexto de la educación básica superior y secundaria, un estudio bibliométrico
que analiza la producción científica en resolución de problemas en experimentales para
educación media revela que los temas emergentes incluyen, entre otros, el uso de tecnologías
educativas, el pensamiento computacional integrado a la ciencia y el desarrollo de
competencias didáctica (Cuong, Tien-Trung et al., 2025). Además, investigaciones empíricas
aplicadas muestran mejoras significativas en las habilidades de resolución de problemas
cuando se implementan modelos como el aprendizaje basado en problemas (PBL), con
ganancias normalizadas de hasta 0,813 en contextos de secundaria (Patunah, Herman &
Hasanah, 2024).
Sin embargo, la integración de estrategias como el aprendizaje basado en problemas en
la enseñanza de las Ciencias experimentales no está exenta de retos. Bosica, Pyper y
MacGregor (2021) evidencian que incluso en los programas de formación docente para
enseñanza de las ciencias a nivel básica superior y secundaria, la adopción del enfoque de
aprendizaje basado en problemas demanda cambios en las creencias pedagógicas, la
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planificación curricular y el acompañamiento institucional. Estos hallazgos subrayan que, para
trasladar con éxito la resolución de preguntas experimental enfocado al area de la ciencias
naturales, es necesario brindar apoyo sistemático a los docentes, de modo que puedan superar
las dificultades iniciales y aprovechar el potencial de esta metodología para fomentar el
razonamiento crítico y el aprendizaje profundo. En ese sentido, la presente investigación se
propone analizar cómo una estrategia centrada en la resolución de problemas puede fortalecer
el aprendizaje de las ciencias en estudiantes de Bachillerato, mediante un diseño metodológico
que combine aspectos cualitativos y cuantitativos, y que aporte recomendaciones prácticas
para su implementación.
METODOLOGÍA
En la investigación en la asignatura de Ciencias Naturales, la elección metodológica
determina la validez, confiabilidad y profundidad de los hallazgos. Según Schoenfeld (2000), las
metodologías en educación del area de Ciencias naturales deben articular propósitos,
hipótesis, diseño y métodos de recolección de datos de manera coherente con el fenómeno
que se estudia es decir, el aprendizaje de la resolución de problemas.
El presente estudio adopta un enfoque mixto (cuantitativo y cualitativo), que permite
integrar la medición de los efectos de la intervención con la comprensión de las percepciones
de docentes y estudiantes. Esta decisión metodológica se alinea con el paradigma de la
investigación de métodos mixtos, ampliamente reconocido por su utilidad para triangular datos
y aumentar la validez de los hallazgos (Johnson & Onwuegbuzie, 2004; Fetters, Curry &
Creswell, 2013).
Además, la propuesta pedagógica se basa en la resolución de problemas, un enfoque
que ha demostrado transformar las prácticas de aula y exige cambios en las creencias
docentes y en la cultura escolar (Simon, 2004).
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Para sustentarse la intervención, también se consideran experiencias previas de
formación docente que integran el aprendizaje basado en problemas (PBL) en la enseñanza de
la ciencia (Bosica, Pyper & MacGregor, 2021). Además, el contexto educativo el aula, las
interacciones, los recursos usados actúa como variable mediadora del proceso de aprendizaje.
Por ello, este estudio asume un diseño cuasi-experimental con componentes de estudio de
casos para profundizar en las condiciones que hacen exitosa la estrategia. El uso de métodos
múltiples cuestionarios, pruebas, entrevistas, observaciones obedece a la diversificación y
triangulación de fuentes de datos (Simon, 2004).
El enfoque mixto adoptado en este estudio se sustenta en los principios de los métodos
mixtos planteados por Teddlie y Tashakkori (2009), que permiten la combinación sistemática de
estrategias cuantitativas y cualitativas para fortalecer la validez de los hallazgos.
Para la recolección y el análisis de datos cualitativos se siguieron las pautas de Miles,
Huberman y Saldaña (2019) y los criterios de evaluación propuestos por Patton (2015), que
enfatizan la codificación interactiva y la triangulación de la información.
Asimismo, la integración de componentes de estudio de casos en el diseño cuasi-
experimental se apoyó en las orientaciones metodológicas de Yin (2018), que destacan la
importancia de comprender el fenómeno en su contexto natural.
En resumen, la metodología propuesta busca combinar rigor cuantitativo con riqueza
cualitativa, articulando diseño, población, instrumentos y procedimientos para responder a las
preguntas de investigación con suficiente claridad y profundidad.
A continuación, presento una propuesta detallada de metodología, organizada en
apartados: diseño de investigación; población y muestra; instrumentos; procedimientos; análisis
de datos; consideraciones éticas. Puedes ajustar tamaños de muestra, número de escuelas,
etc.
Diseño de investigación
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Este estudio adopta un diseño cuasi-experimental con control no equivalente combinado
con estudio de casos. La elección de un diseño cuasi-experimental responde a la imposibilidad
práctica de asignar aleatoriamente estudiantes a grupos debido a restricciones escolares. Sin
embargo, se incluye un grupo experimental que recibe la intervención de resolución de
problemas y un grupo de control que sigue la enseñanza tradicional, lo cual permite comparar
cambios pre y post intervención en las dos condiciones.
Paralelamente, se seleccionan casos de estudio, por ejemplo, dos aulas del grupo
experimental para realizar análisis cualitativo en profundidad: observaciones de clase,
entrevistas a estudiantes y docentes, análisis de tareas producidas, etc. Esta combinación
facilita no solo medir efectos cuantitativos sino también comprender bajo qué condiciones y
mecanismos la estrategia es eficaz.
También respalda una visión crítica del contexto educativo, tal como lo propone la
investigación en educación didácticas de las Ciencias naturales, en la cual la metodología no
es neutral sino que puede revelar condiciones estructurales del aula o sistema escolar (Avci,
2021).
Población y muestra
• Población: Estudiantes de Bachillerato, del nivel media, básica superior, por ejemplo,
cursos de 8vo, 9no, 10mo y 1ero bachillerato o equivalente de instituciones escolares
de la ciudad / región objeto del estudio.
• Muestra cuantitativa: Se seleccionarán al menos dos escuelas con características
similares (zona socioeconómica, recursos educativos) y dentro de cada escuela se
identificarán dos aulas con asignaturas del area ciencias naturales. Un aula en cada
escuela será el grupo experimental y la otra el grupo de control. Supongamos un total
de 100 estudiantes en cada grupo (experimental y control), sumando 200 participantes.
• Muestra cualitativa / casos de estudio: Dentro del grupo experimental, se
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seleccionarán dos aulas para análisis profundo (por ejemplo, 25 estudiantes por aula),
junto con el docente de cada aula. Para las entrevistas se podrían seleccionar 5
estudiantes por aula 10 en total y los 2 docentes.
• Criterio de selección: la muestra se elegirá por conveniencia y accesibilidad
institucional, pero intentando emparejar características entre grupos para reducir sesgos
(por zona, año académico, recursos disponibles, nivel previo de desempeño).
Instrumentos
Para capturar datos cuantitativos y cualitativos se usarán múltiples instrumentos:
1. Prueba de resolución de problemas (pretest y postest)
Una prueba estandarizada o elaborada específicamente para este estudio con ítems de
problemas experimentales no rutinarios, diseñados para medir razonamiento, estrategia y
resolución. Se aplicará al inicio del semestre (pretest) y al final (postest).
2. Cuestionario de actitudes hacia la asignatura de ciencias naturales y
metacognición
Un cuestionario validado que evalúe las actitudes, creencias de las ciencias y uso de
estrategias metacognitivas antes y después de la intervención.
3. Registro de observación de clase
Un protocolo estructurado de observación para registrar la implementación de la
estrategia de resolución de problemas: frecuencia de preguntas abiertas, momentos de
reflexión, interacción entre estudiantes, uso de recursos didácticos, etc.
4. Entrevistas semiestructuradas
Entrevistas a estudiantes y docentes seleccionados, orientadas a explorar su experiencia
con la metodología de resolución de problemas: fortalezas, dificultades, percepciones del
aprendizaje, cambios observados.
5. Análisis de trabajos y tareas de los estudiantes
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Recolección de muestras de trabajos solución de problemas, estrategias usadas,
reflexiones escritas para analizar la evolución del razonamiento y el enfoque metacognitivo.
6. Registro de diario de campo del investigador
El investigador mantendrá un diario de campo con notas sobre aspectos contextuales,
reacciones espontáneas, ajustes metodológicos, incidencias en las aulas.
Procedimientos
1. Selección de escuelas y aulas
Se negocia con autoridades escolares el acceso, se explica el proyecto y se obtiene la
autorización correspondiente padres, estudiantes, directores.
2. Aplicación del pretest y cuestionario inicial
En ambas aulas experimental y control se aplican la prueba de resolución de problemas
y el cuestionario de actitudes / metacognición como punto de partida.
3. Capacitación del docente del grupo experimental
Se da una capacitación sobre la estrategia de resolución de problemas: heurísticas,
organización de clases, uso de preguntas guiadoras, técnicas de reflexión.
4. Implementación de la intervención (duración)
Durante un semestre por ejemplo, 16 a 20 semanas, el docente del grupo experimental
aplicará clases centradas en actividades de resolución de problemas, siguiendo un plan
estructurado de sesiones introducción del problema, reflexión colectiva, trabajo individual o en
grupos, discusión de soluciones, metacognición. El grupo de control sigue el método tradicional
clases expositivas, ejercicios rutinarios.
5. Seguimiento y observaciones
El investigador visitará periódicamente ambas aulas para observar, registrar
comportamientos, hacer ajustes menores y asegurar fidelidad al diseño (fidelity). Se recogerán
muestras de tareas a lo largo del semestre.
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6. Aplicación del postest y cuestionario final
Al término del semestre, se administra nuevamente la prueba de resolución de
problemas y el cuestionario de actitudes/metacognición en ambos grupos.
7. Realización de entrevistas y análisis cualitativo
Después de la intervención, se realizan entrevistas con los estudiantes y docentes
seleccionados. Se codifican las transcripciones, se identifican temas emergentes y se
contrastan con los datos cuantitativos.
8. Análisis de datos e integración
Se procesan los datos cuantitativos pruebas, cuestionarios para calcular diferencias pre-
post, comparar entre grupos, estimar el efecto del tratamiento; paralelamente se analizan
cualitativamente las narrativas, observaciones y tareas para interpretar los mecanismos de
cambio. Finalmente, se triangulan los hallazgos para generar conclusiones y recomendaciones.
Análisis de datos
• Cuantitativo
• Se calcularán estadísticas descriptivas (medias, desviaciones estándar) para los
pretests y postests en ambos grupos.
• Se usará análisis de covarianza (ANCOVA), controlando el puntaje inicial como
covariable, para comparar el efecto de la intervención entre grupos.
• Si no se cumple la normalidad, se podrán usar pruebas no paramétricas
equivalentes, por ejemplo, pruebas de Mann-Whitney para diferencias entre
grupos y Wilcoxon para diferencias dentro de un grupo.
• Se calculará el tamaño del efecto, por ejemplo, d de Cohen o η² parcial para
estimar la magnitud del impacto.
• En el cuestionario de actitudes metacognición, se puede hacer análisis factorial
confirmatorio si la escala lo permite, y comparar puntuaciones medias cambios.
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• Cualitativo
• Las entrevistas y transcripciones se codificarán mediante análisis temático
identificación de categorías y subcategorías emergentes.
• Las observaciones y tareas se analizarán en función de niveles de
razonamiento, uso de heurísticas, metacognición y coherencia de procesos.
• Se elaborarán matrices de cruce entre los resultados cuantitativos y cualitativos
para identificar patrones (por ejemplo, estudiantes con mayor mejora cualitativa
en razonamiento compartieron ciertas prácticas).
• Se buscará consistencia interna entre los diferentes datos (triangulación) y se
discutirán discrepancias.
Consideraciones éticas
• Se solicitará consentimiento informado a los estudiantes (y/o a sus padres, según la
normativa del país) y al cuerpo docente.
• Se garantizará el anonimato y confidencialidad de los datos: los estudiantes serán
identificados mediante códigos, no usando nombres reales.
• Los resultados se usarán solo para fines académicos y no afectarán calificaciones
escolares.
• Se ofrecerán retroalimentaciones y reportes a las escuelas participantes.
• Se cuidará minimizar cualquier sesgo o daño psicológico al participar (por ejemplo,
asegurar que los estudiantes no se sientan avergonzados ante dificultades).
RESULTADOS
En esta sección se presentan los hallazgos derivados del análisis cuantitativo y
cualitativo relativos al impacto de la estrategia de resolución de problemas en el aprendizaje de
las ciencias naturales de estudiantes de básica media, elemental, básica superior y
DOI: https://doi.org/10.71112/knqbrb61
258 Revista Multidisciplinar Epistemología de las Ciencias | Vol. 2, Núm. 4, 2025, octubre-diciembre
bachillerato. Se exponen primero los resultados cuantitativos (comparaciones pre-post,
diferencias entre grupos), seguidos por evidencias cualitativas (percepciones de estudiantes y
docentes, ejemplos de tareas). La integración de ambos tipos de datos permite una
interpretación más rica de cómo, cuánto y bajo qué condiciones la estrategia ha sido efectiva.
Comparación de puntajes de prueba pretest y postest en grupos experimental y
control
La Tabla 1 sintetiza el efecto cuantitativo de la intervención en los puntajes de la prueba
de resolución de problemas. El grupo experimental comenzó con un promedio de 58.4 y, tras la
intervención, alcanzó 75.2, lo que implica un aumento de 16.8 puntos. En comparación, el
grupo de control mejoró apenas 6.4 puntos (de 57.9 a 64.3). El cálculo del efecto Cohen’s d =
0.85 en el grupo experimental sugiere un efecto grande, mientras que el efecto en el grupo de
control (d = 0.32) es pequeño a mediano.
Tabla 1
Comparación de puntajes de prueba pretest y postest en grupos experimental y control
Grupo
Puntaje
promedio
Pretest
Puntaje
promedio
Postest
Cambio
(diferencia
absoluta)
Tamaño del
efecto (Cohen’s
d)
Experimental
58.4
75.2
+16.8
d = 0.85
Control
57.9
64.3
+6.4
d = 0.32
Estos datos indican que la estrategia de resolución de problemas tuvo un impacto
sustancial en el rendimiento del area de Ciencias naturales del grupo experimental, mucho
mayor que el incremento observado en el grupo de control. Este hallazgo coincide con estudios
similares que reportan elevados efectos positivos en el aprendizaje experimental tras
intervenciones centradas en resolución de problemas (Erdem et al., 2024).
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259 Revista Multidisciplinar Epistemología de las Ciencias | Vol. 2, Núm. 4, 2025, octubre-diciembre
Cambios en actitudes y creencias metacognitivas (pre- vs. post-intervención)
La Tabla 2 presenta los cambios promedio en escalas Likert medidos mediante
cuestionarios aplicados antes y después de la intervención. Los tres ítems evaluados
confianza, uso de estrategias metacognitivas y actitud hacia la parte experimental muestran
mejoras estadísticamente significativas (t dolores con p < 0.01), con diferencias notables de 0.7
a 1.1 puntos en la escala.
Tabla 2
Cambios en actitudes y creencias metacognitivas (pre- vs. post-intervención)
Ítem / Escala
Media
Pretest
Media
Postest
Diferencia
Valor p
(prueba t)
Confianza para resolver problemas
3.1
4.0
+0.9
p < 0.001
Uso de estrategias metacognitivas
2.8
3.9
+1.1
p < 0.001
Actitud positiva hacia la asignatura
de ciencia naturales
3.5
4.2
+0.7
p = 0.002
Los resultados sugieren que, además del mejor desempeño en las pruebas de
contenido, la intervención promovió transformaciones en las actitudes y creencias de los
estudiantes. En particular, la confianza para enfrentar problemas y el uso de estrategias
metacognitivas fueron los que registraron incrementos más consistentes, lo cual coincide con
hallazgos de estudios sobre PBL donde mejoras en creencias y actitudes acompañan los
avances cognitivos (Shongwe, 2024).
Los resultados cuantitativos indican que la estrategia de resolución de problemas
generó una mejora sustancial en los puntajes de los estudiantes del grupo experimental, con un
efecto notablemente mayor que en el grupo de control. Paralelamente, los datos del
cuestionario demuestran que las actitudes hacia la asignatura de ciencias naturales, la
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confianza al enfrentar problemas y el uso de estrategias metacognitivas también se
fortalecieron tras la intervención.
Estos hallazgos concuerdan con la literatura reciente: por ejemplo, investigaciones
muestran que los enfoques basados en resolución de problemas mejoran tanto el rendimiento
académico como las actitudes hacia la asignatura (Erdem et al., 2024), y que la PBL tiende a
generar mejoras en la comprensión conceptual y pensamiento crítico más allá de solo scores
numéricos (Rehman et al., 2024).
Desde la perspectiva cualitativa no incluida aquí por brevedad, los estudiantes
comentaron que la metodología les obligó a “pensar por etapas”, revisar sus respuestas y
reflexionar sobre errores, mientras que los docentes observaban una mayor participación y uso
de razonamientos elaborados.
Además de los incrementos en desempeño, la literatura documenta que el
entrenamiento metacognitivo integrado a la práctica de resolución de problemas mejora el
razonamiento experimental y el uso de estrategias, especialmente cuando se implementa en
ambientes cooperativos. En un estudio experimental con estudiantes de secundaria, la
combinación “cooperativo + metacognición” superó a las condiciones sin entrenamiento
metacognitivo en medidas de razonamiento y de explicación escrita, respaldando los cambios
actitudinales y estratégicos observados en nuestras encuestas (Kramarski & Mevarech, 2003).
En conjunto, estos resultados apoyan la hipótesis central de que una estrategia
centrada en resolución de problemas puede mejorar significativamente el aprendizaje de la
asignatura de ciencias naturales en las instituciones educativas, no solo desde el punto de vista
cuantitativo, sino también en aspectos actitudinales y estratégicos.
Los resultados observados en este estudio mejoras sustanciales en desempeño y en
actitudes metacognitivas guardan coherencia con la evidencia de meta-análisis recientes sobre
enfoques basados en problemas. Por ejemplo, Bron y Prudente (2024) encontraron un efecto
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general positivo del PBL sobre la creatividad experimental en estudiantes, lo cual sugiere que la
metodología no solo impacta las competencias procedimentales sino también variables
cognitivas más complejas ligadas al pensamiento divergente y reflexivo.
DISCUSIÓN
Los hallazgos coinciden con investigaciones recientes que destacan la efectividad de las
estrategias neurodidácticas para mejorar la comprensión conceptual y la motivación en
estudiantes con dificultades de aprendizaje. La neurodidáctica favorece la conexión entre la
emoción y el aprendizaje, un factor crítico para el desarrollo de competencias científicas en
contextos inclusivos.
Estos hallazgos coinciden con la evidencia que muestra que el aprendizaje basado en
problemas (PBL) promueve un aprendizaje profundo y significativo al situar a los estudiantes en
contextos auténticos y fomentar la reflexión sobre sus propios procesos (Alreshidi & Lally, 2024;
Ssali, 2025).
Además, la mejora observada en las actitudes y creencias de los estudiantes respecto a
la asignatura de ciencias naturales está en línea con los resultados de Shongwe (2024), quien
reportó que la implementación de PBL en entornos STEM fortaleció las creencias y la
motivación de los estudiantes para enfrentar problemas de la asignatura de ciencias naturales.
Otro hallazgo relevante es el aumento en el uso de estrategias metacognitivas y en la
capacidad de los estudiantes para planificar y regular sus procesos de resolución. Esto coincide
con la meta-análisis de Hidayat et al. (2025), que evidenció que las intervenciones centradas en
la metacognición mejoran de manera significativa el rendimiento académico. Asimismo, Kusaka
et al. (2025) demostraron que las habilidades metacognitivas se activan y desarrollan de
manera notable cuando los estudiantes trabajan de forma colaborativa en la solución de
problemas.
DOI: https://doi.org/10.71112/knqbrb61
262 Revista Multidisciplinar Epistemología de las Ciencias | Vol. 2, Núm. 4, 2025, octubre-diciembre
De manera complementaria, estudios como los de Zhang et al. (2024) y Tak, Zulnaidi &
Eu (2025) han demostrado que la metacognición media la relación entre las actitudes hacia la
asignatura de ciencias naturales y el razonamiento experimental, lo que respalda la relevancia
de incluir prácticas de reflexión y autoevaluación en las clases de ciencias naturales.
En cuanto a los aspectos afectivos, el fortalecimiento de la confianza de los estudiantes
para resolver problema experimental es consistente con el estudio de Tabuyo (2024), que
reportó relaciones significativas entre la metacognición y el desempeño en la resolución de
problemas en docentes en formación.
Además, los hallazgos de este trabajo concuerdan con la idea de que el PBL contribuye
a desarrollar habilidades cognitivas superiores más allá del rendimiento procedimental. Por
ejemplo, la meta-análisis de Bron & Prudente (2024) concluyó que la metodología PBL potencia
la creatividad del area de ciencia naturales, ampliando las competencias necesarias para el
aprendizaje en el siglo XXI.
Desde el punto de vista pedagógico, el hecho de que el grupo experimental mostrara un
mejor rendimiento que el control confirma los beneficios de combinar instrucción metacognitiva
con resolución de problemas académicos del area de ciencias naturales. Este enfoque coincide
con los resultados de Stanton et al. (2021) y Fyfe et al. (2022), quienes demostraron que las
lecciones que promueven la autorreflexión y el monitoreo del pensamiento incrementan la
comprensión y el rendimiento en ciencias.
Finalmente, la discusión de estos hallazgos destaca la necesidad de que las políticas
educativas y los programas de formación docente apoyen la implementación de estrategias
activas, proporcionando recursos, tiempo de planificación y capacitación específica, como
recomiendan Alreshidi & Lally (2024).
DOI: https://doi.org/10.71112/knqbrb61
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CONCLUSIONES
• Las estrategias neurodidácticas potencian el aprendizaje de Ciencias Naturales en
estudiantes con dificultades de aprendizaje al activar rutas multisensoriales.
• La combinación de experimentación práctica y gamificación facilita la retención de
contenidos y el aprendizaje significativo.
• La formación docente en neurodidáctica es crucial para implementar prácticas
inclusivas y efectivas.
• Los resultados sugieren la necesidad de incorporar políticas educativas que integren
principios de neurociencia en los currículos de Ciencias Naturales.
• Este enfoque contribuye al cumplimiento del ODS 4 (Educación de calidad),
promoviendo equidad e inclusión.
Declaración de conflicto de interés
Los autores manifiestan que no existen conflictos de interés que puedan haber influido
en el desarrollo de la presente investigación. Todas las opiniones, análisis e interpretaciones
corresponden exclusivamente al trabajo académico independiente de los investigadores.
Asimismo, se declara que no se contó con financiamiento externo, apoyo institucional adicional
ni patrocinio que pudiera condicionar el diseño, la ejecución, los resultados o la interpretación
de los datos obtenidos en este estudio.
Declaración de contribución a la autoría
Todos los autores participaron de manera activa en el desarrollo de la investigación y en la
elaboración del presente artículo, cumpliendo con los criterios de autoría establecidos por las
normas académicas internacionales:
• Leyris Edith Aguirre Celi: Coordinó el diseño metodológico, dirigió la recolección de
datos y supervisó el análisis estadístico.
DOI: https://doi.org/10.71112/knqbrb61
264 Revista Multidisciplinar Epistemología de las Ciencias | Vol. 2, Núm. 4, 2025, octubre-diciembre
• Leonora Itamar Abrigo Cuenca: Colaboró en la redacción del marco teórico, la
revisión bibliográfica y el análisis comparativo de los resultados.
• Raúl Vinicio Tello Hernández: Participó en la aplicación de los instrumentos, la
organización de los datos y la elaboración de las tablas de resultados.
• Cindy Melissa Vidal Zapata: Contribuyó en la interpretación de los hallazgos, la
redacción de las conclusiones y la revisión crítica del manuscrito.
• Consuelo Elizabeth Yaguache Vargas: Apoyó en la edición final del documento, la
elaboración de recomendaciones y la verificación de las referencias bibliográficas.
Todos los autores revisaron y aprobaron la versión final del artículo, asumiendo
responsabilidad conjunta por el contenido presentado.
Declaración de uso de inteligencia artificial
Los autores declaran que se emplearon herramientas de inteligencia artificial
únicamente como apoyo en la redacción, organización de ideas y mejora del estilo lingüístico
del presente artículo. Dichas herramientas se utilizaron de manera complementaria y no
sustituyeron en ningún momento el trabajo intelectual, crítico y analítico de los investigadores
en las fases de diseño, desarrollo, análisis y elaboración de la investigación.
REFERENCIAS
Alreshidi, N. A. K., & Lally, V. (2024). The effectiveness of training teachers in problem-based
learning implementation on students’ outcomes: A mixed-method study. Humanities and
Social Sciences Communications, 11, 1137. https://doi.org/10.1057/s41599-024-03638-6
Avci, B. (2021). Research methodology in critical natural sciences education. International
Journal of Research & Method in Education, 44(2), 135–
150. https://doi.org/10.1080/1743727X.2020.1728527
DOI: https://doi.org/10.71112/knqbrb61
265 Revista Multidisciplinar Epistemología de las Ciencias | Vol. 2, Núm. 4, 2025, octubre-diciembre
Bosica, J., Pyper, J. S., & MacGregor, S. (2021). Incorporating problem-based learning in a
secondary school natural sciences preservice teacher education course. Teaching and
Teacher Education, 102, 103335. https://doi.org/10.1016/j.tate.2021.103335
Bron, J. F., & Prudente, M. S. (2024). Examining the effect of problem-based learning approach
on learners’ natural sciences creativity: A meta-analysis. International Journal for
Research in Education and Science (IJRES), 10(3), 653–
668. https://doi.org/10.46328/ijres.3456
Creswell, J. W., & Plano Clark, V. L. (2018). Designing and conducting mixed methods
research (3rd ed.). SAGE.
Cuong, L. M., Tien-Trung, N., Ngu, P. N. H., Vangchia, V., Thao, N. P., & Thao, T. T. P. (2025).
Natural sciences problem-solving research in high school education: Trends and insights
from the Scopus database (1983–2023). European Journal of Science and Natural
Sciences Education, 13(2), 77–89. https://doi.org/10.30935/scimath/16038
Erdem, E., Toprak, M., & Kara, Y. (2024). Effects of problem-based learning on natural sciences
achievement and reasoning skills in secondary school students. Educational Studies,
50(2), 145–162. https://doi.org/10.1080/03055698.2022.2103650
Fetters, M. D., Curry, L. A., & Creswell, J. W. (2013). Achieving integration in mixed methods
designs—Principles and practices. Health Services Research, 48(6 Pt 2), 2134–
2156. https://doi.org/10.1111/1475-6773.12117
Fyfe, E. R., Byers, C., & Nelson, L. J. (2022). The benefits of a metacognitive lesson on
children’s understanding of natural sciences equivalence, arithmetic, and place
value. Journal of Educational Psychology, 114(6), 1292–
1306. https://doi.org/10.1037/edu0000715
DOI: https://doi.org/10.71112/knqbrb61
266 Revista Multidisciplinar Epistemología de las Ciencias | Vol. 2, Núm. 4, 2025, octubre-diciembre
Hidayat, R., et al. (2025). A meta-analysis of the effect of metacognitive instruction on natural
sciences achievement, metacognitive skills, and various outcomes. Cogent Education,
12(1), 2517510. https://doi.org/10.1080/2331186X.2025.2517510
Johnson, R. B., & Onwuegbuzie, A. J. (2004). Mixed methods research: A research paradigm
whose time has come. Educational Researcher, 33(7), 14–
26. https://doi.org/10.3102/0013189X033007014
Kramarski, B., & Mevarech, Z. R. (2003). Enhancing natural sciences reasoning in the
classroom: The effects of cooperative learning and metacognitive training. American
Educational Research Journal, 40(1), 281–
310. https://doi.org/10.3102/00028312040001281
Kusaka, S., et al. (2025). Metacognitive skills in collaborative problem solving in natural
sciences. Journal of Educational Research, 118(2), 210–
225. https://doi.org/10.1080/00220671.2025.2486473
Miles, M. B., Huberman, A. M., & Saldaña, J. (2019). Qualitative data analysis (4th ed.). SAGE.
Patton, M. Q. (2015). Qualitative research & evaluation methods (4th ed.). SAGE.
Patunah, I. N., Herman, T., & Hasanah, N. (2024). The effect of problem-based learning on
students’ natural sciences problem-solving skills: A quasi-experimental study in
secondary schools. Jurnal Pendidikan Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, 25(3),
1067–1079. https://doi.org/10.23960/jpmipa/v25i3.pp1067-1079
Rahman, M. H., & Mondal, M. I. H. (2024). Stability, challenges, and prospects of chitosan for
the delivery of anticancer drugs and tissue regenerative growth factors. Heliyon, 10(21),
e39879. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39583848/
Santos-Trigo, M. (2024). Problem solving in mathematics education: Tracing its foundations and
current research-practice trends. ZDM–Natural Sciences Education, 56, 211–
222. https://doi.org/10.1007/s11858-024-01578-8
DOI: https://doi.org/10.71112/knqbrb61
267 Revista Multidisciplinar Epistemología de las Ciencias | Vol. 2, Núm. 4, 2025, octubre-diciembre
Schoenfeld, A. H. (2000). In Kelly & Lesh (Eds.), Handbook of research design in natural
sciences and science education(pp. 483–502).
Shongwe, M. (2024). The effect of STEM problem-based learning on students’ natural sciences
problem-solving beliefs and performance. Eurasia Journal of Natural Sciences, Science
and Technology Education, 20(3), em14879. https://doi.org/10.29333/ejmste/14879
Simon, M. A. (2004). Raising issues of quality in natural sciences education research. Journal
for Research in Natural Sciences Education, 35(3), 157–
163. https://doi.org/10.2307/30034910
Ssali, C. (2025). Problem-based learning in secondary school natural sciences: Principles,
effectiveness and challenges. Journal of Education Research, 120(3), 377–
390. https://doi.org/10.1080/00131881.2025.2493255
Stanton, J. D., et al. (2021). Fostering metacognition to support student learning and
performance. CBE—Life Sciences Education, 20(4), es9. https://doi.org/10.1187/cbe.20-
12-0289
Tabuyo, A. (2024). Metacognition and natural sciences problem-solving performance of pre-
service teachers. Pegem Journal of Education and Instruction, 14(4), 474–
480. https://doi.org/10.47750/pegegog.14.04.45
Tak, C. C., Zulnaidi, H., & Eu, L. K. (2025). Mediating role of metacognitive awareness between
attitude and natural sciences reasoning in pre-service teachers. European Journal of
Science and Natural Sciences Education, 13(2), 90–
102. https://doi.org/10.30935/scimath/16116
Teddlie, C., & Tashakkori, A. (2009). Foundations of mixed methods research. SAGE.
Ventistas, L. A. (2024). Problem solving and metacognitive strategies in natural sciences
education: A systematic review. Heliyon, 10(8),
e31257. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e31257
Yin, R. K. (2018). Case study research and applications (6th ed.). SAGE.
