Effect of 3D Manipulatives on Students with Visual Impairments Who Are Learning Chemistry Constructs: A Pilot Study

Abstract

Introduction: The emerging technology of three-dimensional (3D) printing has the potential to provide unique 3D modeling to support specific content in science, technology, engineering, and mathematics (STEM) education, particularly chemistry. Method: Seventeen ( n = 17) students with visual impairments were provided direct instruction on chemistry atomic orbital content and allowed to use either print or tactile graphics or 3D models in rotating order. Participants were asked specific content questions based upon the atomic orbitals. Results: The students were asked two sets of comprehension questions: general and specific. Overall, students’ responses for general questions increased per iteration regardless of which manipulative was used. For specific questions, the students answered more questions correctly when using the 3D model regardless of order. When asked about their perceptions toward the manipulatives, the students preferred the 3D model over print or tactile graphics. Discussion: The findings show the potential for 3D printed materials in learning complex STEM content. Although the students preferred the 3D models, they all mentioned that a combination of manipulatives helped them better understand the material. Implications for practitioners: Practitioners should consider the use of manipulatives that include 3D printed materials to support STEM education.

La fabricación digital como herramienta de educación inclusiva para personas con discapacidad visual

“…Estos procesos pueden realizarse sin aplicar tecnologías sofisticadas o utilizando recursos y capacidades localmente disponibles (De Couvreur et al, 2011;Hamidi et al, 2014;Hook et al, 2014, Hurst & Tobias, 2011. Hay un creciente interés en utilizar tecnologías de fabricación digital, también denominadas tecnologías de prototipado rápido (Brulé & Bailly, 2021;Buehler et al, 2016;Díaz-Navarro & Sánchez de La Parra-Pérez, 2021;Ford & Minshall, 2019;Giraud et al, 2017;Götzelmann, 2018;Gual-Ortí et al, 2015;Hernández Sánchez et al, 2020;Hurst & Tobias, 2011;Jain et al, 2018;Molins-Ruano et al, 2018;Okerlund & Wilson, 2019;Parry-Hill et al, 2017;Smith et al, 2020;Wedler et al, 2012;Wu et al, 2020).…”

“…Por otro lado, vienen transformando también los entornos de enseñanza para personas con discapacidad visual (Brulé & Bailly, 2021). Y en los últimos años, su uso en el desarrollo de tecnologías de asistencia del tipo "Do it yourself " para personas con discapacidad visual se ha acelerado, encontrándose casos de herramientas de enseñanza táctiles (Horowitz & Schultz, 2014;Jo et al, 2016;Smith et al, 2020;Stangl et al, 2014;Wu et al, 2020) y mapas de líneas en relieve (Giraud et al, 2017;Horowitz & Schultz, 2014). Riccomini et al (2017) señalan que los ambientes exclusivos para la educación especial, además de cambiar las prácticas docentes y las estrategias de enseñanza, requieren el diseño personalizado de las instrucciones del contenido, métodos y herramientas, siendo recomendable que el profesor aplique una serie de prácticas generativas.…”

“…La mayoría proviene de países europeos (52 %) (Giraud, 2017;Mcloughlin, 2016;Bonnet de León, 2020;Evelyn-Wright et al, 2020;Molins-Ruano, 2018;Clements, 2016;Díaz-Navarro & Sánchez de La Parra-Pérez, 2021;Götzelmann, 2018;Gual-Orti, 2015;Koelemeijer & Winterbourne, 2021;Kostakis et al, 2015). Las publicaciones restantes se distribuyen entre Norteamérica, con 29 % (Hernández Sánchez, 2020;Smith, 2020;Grumman & Carroll, 2019;Wedler, 2012;Buehler, 2016;VanderMolen & Fortuna, 2021;LeSuer, 2019), y Asia, con 19 % (Jain, 2018;Singhal & Balaji, 2020;Wu, 202;See, 2021).…”

“…Se sabe que el desarrollo experimental de las tecnologías de asistencia del tipo "Do it yourself " ("Hágalo usted mismo"; DIY, por sus siglas en inglés) aplicadas a entornos de educación especial viene creciendo (Hurst & Tobias, 2011;Parry-Hill et al, 2017;Singhal & Balaji, 2020), identificándose investigaciones que detallan el uso de tecnologías de fabricación digital circunscritas a ambientes educativos exclusivos para personas con discapacidad (Brulé & Bailly, 2021;Giraud et al, 2017), sobre todo de la impresión 3D (Brulé & Bailly, 2021;Buehler et al, 2016;Díaz-Navarro & Sánchez de La Parra-Pérez, 2021;Ford & Minshall, 2019;Giraud et al, 2017;Götzelmann, 2018;Gual-Ortí et al, 2015;Hernández Sánchez et al, 2020;Jain et al, 2018;Jo et al, 2016;Molins-Ruano et al, 2018;Parry-Hill et al, 2017;Smith et al, 2020;Wedler et al, 2012;Wu et al, 2020).…”

La fabricación digital en la educación inclusiva para estudiantes con discapacidad visual. Análisis literario y bibliométrico

“…Se sabe que el desarrollo experimental de las tecnologías de asistencia del tipo "Do it yourself " ("Hágalo usted mismo"; DIY, por sus siglas en inglés) aplicadas a entornos de educación especial viene creciendo (Hurst & Tobias, 2011;Parry-Hill et al, 2017;Singhal & Balaji, 2020), identificándose investigaciones que detallan el uso de tecnologías de fabricación digital circunscritas a ambientes educativos exclusivos para personas con discapacidad (Brulé & Bailly, 2021;Giraud et al, 2017), sobre todo de la impresión 3D (Brulé & Bailly, 2021;Buehler et al, 2016;Díaz-Navarro & Sánchez de La Parra-Pérez, 2021;Ford & Minshall, 2019;Giraud et al, 2017;Götzelmann, 2018;Gual-Ortí et al, 2015;Hernández Sánchez et al, 2020;Jain et al, 2018;Jo et al, 2016;Molins-Ruano et al, 2018;Parry-Hill et al, 2017;Smith et al, 2020;Wedler et al, 2012;Wu et al, 2020).…”