Didactic Innovation and Logical Thinking in Mathematics: Integration of STEM Strategies, Gamification and Active Methodologies in Basic Education.
DOI:
https://doi.org/10.70577/asce.v5i1.630Keywords:
Innovation, Didactics, Logical Thinking, Mathematics, STEM, Gamification And Active Methodologies.Abstract
The objective of this study is to examine the impact of educational innovation on the teaching of mathematics in complex problem-solving, considering the systemic transformation of education. This research followed a mixed-methods approach, predominantly quantitative, employing a quasi-experimental design with a non-equivalent control group. A sample of 120 students from sixth and seventh grades was used, divided equally between the control and experimental groups. Pre- and post-tests of logical thinking were applied, along with motivation questionnaires, and semi-structured interviews were conducted with teachers. The results showed a significant improvement in logical reasoning and problem-solving skills in the experimental group (Δ = 16.4; p < 0.001), as well as an increase in intrinsic and collaborative motivation toward learning through gamified dynamics and group work. The qualitative component revealed greater autonomy, active participation, and metacognitive reflection among students—an approach that teachers considered sustainable and applicable in real contexts. The findings demonstrate that the integration of gamification, active methodologies, and the STEM approach enhances creativity, conceptual understanding, and the transfer of learning to real-life situations. Moreover, it contributes to building a transformative education focused on authentic problem-solving, the development of critical thinking, and the strategic use of technology. Overall, this research provides empirical evidence that supports the construction of sustainable didactic models for the development of logical thinking in mathematics and pedagogical innovation in basic education.
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Alarcón Burneo, S. N., Basantes Guerra, J. P., Chaglla Lasluisa, W. F., Carvajal Coronado, D. E., Martínez Oviedo, M. Y., Vargas Saritama, M. E., & Bernal Párraga, A. P. (2024). Uso de recursos manipulativos para mejorar la comprensión de conceptos matemáticos abstractos en la educación secundaria. Ciencia Latina Revista Científica Multidisciplinar, 8(5), 1972–1988. https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i5.13669 DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i5.13669
Álvarez Piza, R. A., Del Hierro Pérez, M. C., Vera Molina, R. M., Morán Piguave, G. D., Pareja Mancilla, S. S., Narváez Hoyos, J. J., & Bernal Párraga, A. P. (2024a). Desarrollo del pensamiento lógico a través de la resolución de problemas en matemáticas: estrategias eficaces para la educación básica. Ciencia Latina Revista Científica Multidisciplinar, 8(5), 2212–2229. https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i5.13686 DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i5.13686
Álvarez Piza, R. A., Del Hierro Pérez, M. C., Vera Molina, R. M., Morán Piguave, G. D., Pareja Mancilla, S. S., Narváez Hoyos, J. J., & Bernal Párraga, A. P. (2024b). Desarrollo del razonamiento en educación básica mediante aprendizaje basado en problemas y lecciones aprendidas de proyectos matemáticos previos. Ciencia Latina Revista Científica Multidisciplinar, 8(5), 13998–14014. https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i5.14912 DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i5.14912
Arequipa Molina, A. D., Cruz Roca, A. B., Nuñez Calle, J. J., Moreira Vélez, K. L., Guevara Guevara, N. P., Bassantes Guerra, J. P., & Bernal Párraga, A. P. (2024). Formación docente en estrategias innovadoras y su impacto en el aprendizaje de las matemáticas. Ciencia Latina Revista Científica Multidisciplinar, 8(4), 9597–9619. https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i4.13111 DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i4.13111
Arztmann, M., Hornstra, L., Jeuring, J., & Kester, L. (2022). Effects of games in STEM education: a meta-analysis on the moderating role of student background characteristics. Studies in Science Education, 59(1), 109–145. https://doi.org/10.1080/03057267.2022.2057732 DOI: https://doi.org/10.1080/03057267.2022.2057732
Asigigan, S. I., & Samur, Y. (2021). The effect of gamified STEM practices on students’ intrinsic motivation, critical thinking disposition, and problem-solving perception. International Journal of Education in Mathematics, Science and Technology, 9(2), 332–352. https://doi.org/10.46328/ijemst.1157 DOI: https://doi.org/10.46328/ijemst.1157
Bernal Párraga, A. P., Alcívar Vélez, V. E., et al. (2025). Pensamiento lógico y resolución de problemas: aprendizaje colaborativo en contextos cotidianos. Arandu UTIC, 12(1), 360–378. https://doi.org/10.69639/arandu.v12i1.605
Bernal Párraga, A. P., Alcívar Vélez, V. E., Pinargote Carreño, V. G., Pulgarín Feijoo, Y. A., & Medina Garate, C. L. (2025). Pensamiento lógico y resolución de problemas: el uso de estrategias de aprendizaje colaborativo para desarrollar habilidades de razonamiento matemático en contextos cotidianos. Arandu UTIC, 12(1), 360–378. https://doi.org/10.69639/arandu.v12i1.605 DOI: https://doi.org/10.69639/arandu.v12i1.605
Bernal Párraga, A. P., Báquez Chávez, A. L., et al. (2025). Gamificación como estrategia innovadora para promover el aprendizaje significativo en estudios sociales. Ciencia Latina, 9(1), 1044–1061. https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v9i1.15860 DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v9i1.15860
Bernal Párraga, A. P., Báquez Chávez, A. L., Hidalgo Jaen, N. G., Mera Alay, N. A., & Velásquez Araujo, A. L. (2024). Pensamiento computacional: habilidad primordial para la nueva era. Ciencia Latina Revista Científica Multidisciplinar, 8(2), 5177–5195. https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i2.10937 DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i2.10937
Bernal Párraga, A. P., Cadena Morales, A. G., Cadena Morales, J. A., Mejía Quiñónez, J. L., Alcívar Vélez, V. E., Pinargote Carreño, V. G., & Tello Mayorga, L. E. (2024). Impacto de las plataformas de gamificación en la enseñanza: un análisis de su efectividad educativa. Ciencia Latina Revista Científica Multidisciplinar, 8(5), 2851–2867. https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i5.13742 DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i5.13742
Bernal Párraga, A. P., García, M. D. J., Consuelo Sánchez, B., Guaman Santillán, R. Y., Nivela Cedeño, A. N., Cruz Roca, A. B., & Ruiz Medina, J. M. (2024). Integración de la educación STEM en la educación general básica: estrategias, impacto y desafíos en el contexto educativo actual. Ciencia Latina Revista Científica Multidisciplinar, 8(4), 8927–8949. https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i4.13037 DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i4.13037
Bernal Párraga, A. P., Medina Marino, P. A., Cholango Tenemaza, E. G., Zamora Franco, A. F., Zamora Franco, C. G., & López Sánchez, I. Y. (2024). Educación especial en metodologías de discapacidad múltiple intelectual y física: un enfoque inclusivo. Ciencia Latina Revista Científica Multidisciplinar, 8(3), 3229–3248. https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i3.11544 DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i3.11544
Bernal Párraga, A. P., Ninahualpa Quiña, G., Cruz Roca, A. B., Sarmiento Ayala, M. Y., Reyes Vallejo, M. E., García Carrillo, M. D. J., & Benavides Espín, D. S. (2024). Innovation in early childhood: Integrating STEM from the area of mathematics for significant improvement. Ciencia Latina Revista Científica Multidisciplinar, 8(4), 5675–5699. https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i4.12779 DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i4.12779
Bernal Párraga, A. P., Orozco Maldonado, M. E., et al. (2024i). Análisis de recursos digitales para el aprendizaje en línea en el área de ciencias naturales. Ciencia Latina, 8(4), 9921–9938. https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i4.13141 DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i4.13141
Bernal Párraga, A. P., Sandra Verónica, L. P., Orozco Maldonado, M. E., Arreaga Soriano, L. L., Vera Figueroa, L. V., Chimbay Vallejo, N. M., & Zambrano Lamilla, L. M. (2024). Análisis comparativo de la metodología STEM y otras metodologías activas en la educación general básica. Ciencia Latina Revista Científica Multidisciplinar, 8(4), 10094–10113. https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i4.13153 DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i4.13153
Bernal Párraga, A. P., Toapanta Guanoquiza, M. J., Martínez Oviedo, M. Y., Correa Pardo, J. A., Ortiz Rosillo, A., Guerra Altamirano, I. del C., & Molina Ayala, R. E. (2024). Aprendizaje basado en role-playing: fomentando la creatividad y el pensamiento crítico desde temprana edad. Ciencia Latina Revista Científica Multidisciplinar, 8(4), 1437–1461. https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i4.12389 DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i4.12389
Bernal, A., & Guarda, T. (2020). La gestión de la información es factor determinante para elaborar estrategias innovadoras en política educativa pública. Iberian Journal of Information Systems and Technologies, (E27), 35–48. https://core.ac.uk/download/pdf/487026121.pdf#page=35
Candela-Muñoz, J. L. (2023). Active methodologies in mathematics learning. Revista NELITI. https://doi.org/10.21744/neliti.571595 DOI: https://doi.org/10.21744/ijpm.v6n1.2226
Chen, J., & Hui, J. (2024). Put two and two together: A systematic review of combining computational thinking and project-based learning in STEM classrooms. STEM Education Review, 2. https://doi.org/10.54844/stemer.2023.0470 DOI: https://doi.org/10.54844/stemer.2023.0470
Cohen, L., Manion, L., & Morrison, K. (2018). Research methods in education (8.ª ed.). Routledge. https://doi.org/10.4324/9781315456539 DOI: https://doi.org/10.4324/9781315456539
Cosquillo Chida, J. L., Burneo Cosios, L. A., Cevallos Cevallos, F. R., Moposita Lasso, J. F., & Bernal Párraga, A. P. (2025). Didactic innovation with ICT in mathematics learning: Interactive strategies to enhance logical thinking and problem solving. Revista Iberoamericana de Educación, 9(1), 269–286. https://doi.org/10.31876/rie.v9i1.299 DOI: https://doi.org/10.31876/rie.v9i1.299
Debrenti, E. (2024). Game-Based Learning experiences in primary mathematics education: Promoting understanding via manipulatives and games. Frontiers in Education, 9, 1331312. https://doi.org/10.3389/feduc.2024.1331312
Debrenti, E. (2024). Game-Based Learning experiences in primary mathematics education. Frontiers in Education, 9, 1331312. https://doi.org/10.3389/feduc.2024.1331312 DOI: https://doi.org/10.3389/feduc.2024.1331312
English, L. D. (2023). Ways of thinking in STEM-based problem solving. ZDM Mathematics Education. Advance online publication. https://doi.org/10.1007/s11858-023-01474-7 DOI: https://doi.org/10.1007/s11858-023-01474-7
Fierro Barrera, G. T., Aldaz Aimacaña, E. del R., Chipantiza Salán, C. M., Llerena Mosquera, N. C., Morales Villegas, N. R., Morales Armijo, P. A., & Bernal Párraga, A. P. (2024). El refuerzo académico en educación básica superior en el área de matemática. Ciencia Latina Revista Científica Multidisciplinar, 8(4), 9639–9662. https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i4.13115 DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i4.13115
García Carrillo, M. de J., Bernal Párraga, A. P., Alexis Cruz Gaibor, W., Cruz Roca, A. B., Ruiz Vasco, D. E., Montaño Ordóñez, J. A., & Illescas Zaruma, M. S. (2024). Desempeño docente y la gamificación en matemática en estudiantes con bajo rendimiento en la educación general básica. Ciencia Latina Revista Científica Multidisciplinar, 8(4), 7509–7531. https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i4.12919 DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i4.12919
Garzón, P. (2023). Advancing primary education through active teaching: A mixed-methods study on student engagement using ICT. Sustainability, 15(12), 9551. https://doi.org/10.3390/su15129551 DOI: https://doi.org/10.3390/su15129551
Gui, Y., Guo, D., Song, K., et al. (2023). Effectiveness of digital educational game and game design in STEM education: A meta-analysis. International Journal of STEM Education, 10, 24. https://doi.org/10.1186/s40594-023-00424-9 DOI: https://doi.org/10.1186/s40594-023-00424-9
Guishca Ayala, L. A., Bernal Párraga, A. P., Martínez Oviedo, M. Y., Pinargote Carreño, V. G., Alcívar Vélez, V. E., Pinargote Carreño, V. L., Pisco Mantuano, J. E., Cárdenas Pila, V. N., & Guevara Albarracín, E. S. (2024). Integración de la inteligencia artificial en la enseñanza de matemáticas: un enfoque personalizado para mejorar el aprendizaje. Ciencia Latina Revista Científica Multidisciplinar, 8(6), 818–839. https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i5.14114 DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i5.14114
Hamari, J., Koivisto, J., & Sarsa, H. (2023). The role of gamified learning strategies in students’ motivation to learn: A systematic review. Frontiers in Psychology. https://doi.org/10.3389/fpsyg.2023.10448467
Holguín, S. T. C. (2022). The logical-mathematical thinking of students. A didactic matter? Revista MEN, 20(2). https://doi.org/10.31665/men.2022.20.2.408
Jara Chiriboga, S. P., Troncoso Burgos, A. L., Ruiz Ávila, M. M., Cosquillo Chida, J. L., Aldas Macías, K. J., Castro Morante, Y. E., & Bernal Párraga, A. P. (2025). Inteligencia artificial y aprendizaje personalizado en lenguas extranjeras: un análisis de los chatbots y los asistentes virtuales en educación. Revista Científica de Salud y Desarrollo Humano, 6(1), 882–905. https://doi.org/10.61368/r.s.d.h.v6i1.515 DOI: https://doi.org/10.61368/r.s.d.h.v6i1.515
Jiménez Bajaña, S. R., Crespo Peñafiel, M. F., Villamarín Barragán, J. G., Barragán Averos, M. D. L., Barragán Averos, M. B., Escobar Vite, E. A., & Bernal Párraga, A. P. (2024). Metodologías activas en la enseñanza de matemáticas: comparación entre aprendizaje basado en problemas y aprendizaje basado en proyectos. Ciencia Latina Revista Científica Multidisciplinar, 8(3), 6578–6602. https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i3.11843 DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i3.11843
Kalogiannakis, M., Papadakis, S., & Zourmpakis, A.-I. (2021). Gamification in Science Education: A systematic review of the literature. Education Sciences, 11(1), 22. https://doi.org/10.3390/educsci11010022 DOI: https://doi.org/10.3390/educsci11010022
Lampropoulos, G., & Sidiropoulos, A. (2024). Impact of gamification on students’ learning outcomes and academic performance: A longitudinal study comparing online, traditional, and gamified learning. Education Sciences, 14(4), 367. https://doi.org/10.3390/educsci14040367 DOI: https://doi.org/10.3390/educsci14040367
Lampropoulos, G., & Sidiropoulos, A. (2024). Virtual reality and gamification in education: A systematic review. Educational Technology Research and Development, 72(3), 1691-1785. https://doi.org/10.1007/s11423-024-10351-3 DOI: https://doi.org/10.1007/s11423-024-10351-3
Larkin, K., & Lowrie, T. (2023). Teaching approaches for STEM integration in pre- and primary school: A systematic qualitative literature review. International Journal of Science and Mathematics Education, 21, 25-48. https://doi.org/10.1007/s10763-023-10362-1 DOI: https://doi.org/10.1007/s10763-023-10362-1
Mohammed, M., Fatemah, A., & Hassan, L. (2024). Effects of gamification on motivations of elementary school students: An action-research field experiment. Simulation & Gaming, 55(4), 600–636. https://doi.org/10.1177/10468781241237389 DOI: https://doi.org/10.1177/10468781241237389
Montenegro Muñoz, M. E., Bernal Párraga, A. P., Vera Peralta, Y. E., Moreira Vélez, K. L., Camacho Torres, V. L., Mejía Quiñónez, J. L., & Poveda Gavilánez, D. M. (2024). Flipped classroom: impacto en el rendimiento académico y la autonomía de los estudiantes. Ciencia Latina Revista Científica Multidisciplinar, 8(3), 10083–10112. https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i3.12139 DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i3.12139
Quiroz Moreira, M. I., Mecías Córdova, V. Y., Proaño Lozada, L. A., Hernández Centeno, J. A., Chóez Acosta, L. A., Morales Contreras, A. M., & Bernal Párraga, A. P. (2024). Plataformas de evaluación digital: herramientas para optimizar el feedback y potenciar el aprendizaje. Ciencia Latina Revista Científica Multidisciplinar, 8(5), 2020–2036. https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i5.13673 DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i5.13673
Rehman, N., et al. (2024). Project-based learning as a catalyst for 21st-Century skills: A high school framework. Journal of STEM Education, 25(4). https://doi.org/10.1016/j.stemedu.2024.101901 DOI: https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e39988
Romero-Rodríguez, J. M., Martínez-Menéndez, A., Alonso-García, S., & Victoria-Maldonado, J.-J. (2024). The reality of the gamification methodology in Primary Education: A systematic review. International Journal of Educational Research, 128, 102481. https://doi.org/10.1016/j.ijer.2024.102481 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijer.2024.102481
Ruiz, J. J. R., Sánchez, A. D. V., & Figueredo, O. R. B. (2024). Impact of gamification on school engagement: A systematic review. Frontiers in Education, 9, 1466926. https://doi.org/10.3389/feduc.2024.1466926 DOI: https://doi.org/10.3389/feduc.2024.1466926
Rusnilawati, R., Ali, S. R. B., Mohamad Hanapi, M. H., Sutama, S., & Rahman, F. (2023). The implementation of flipped learning model and STEM approach in elementary education: A systematic literature review. European Journal of Educational Research, 12(4), 1795–1814. https://doi.org/10.12973/eu-jer.12.4.1795 DOI: https://doi.org/10.12973/eu-jer.12.4.1795
Rusnilawati, R., Sari, R. M., & Ali, S. R. (2023). Flipped learning with Nearpod media: Enhancing digital learning outcomes in primary mathematics. Profesi Pendidikan Dasar, 10(2), 159–173. https://doi.org/10.23917/ppd.v10i2.4511 DOI: https://doi.org/10.23917/ppd.v10i2.4511
Sánchez-Arévalo, B. M. (2025). Analysis on the use of gamification in mathematics in Primary Education: a systematic review. REDIMAT Revista de Investigación en Educación Matemática, 12(1), 45-62. https://doi.org/10.13014/redimat.16133
Santana Mero, A. P., Bernal Párraga, A. P., Herrera Cantos, J. F., Bayas Chacha, L. M., Muñoz Solórzano, J. M., Ordoñez Ruiz, I., Santín Castillo, A. P., & Jijón Sacon, F. J. (2024). Aprendizaje adaptativo: innovaciones en la personalización del proceso educativo en lengua y literatura a través de la tecnología. Ciencia Latina Revista Científica Multidisciplinar, 8(4), 480–517. https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i4.12292 DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i4.12292
Sari, R. N., & Juandi, D. (2023). Improving students’ critical thinking skills in mathematics education: A systematic literature review. Jurnal Cendekia : Jurnal Pendidikan Matematika, 7(1), 845-861. https://doi.org/10.31004/cendekia.v7i1.2091 DOI: https://doi.org/10.31004/cendekia.v7i1.2091
Smith, K. (2022). Principles of problem-based learning (PBL) in STEM education: A school-based model. Education Sciences, 12(10), 728. https://doi.org/10.3390/educsci12100728 DOI: https://doi.org/10.3390/educsci12100728
Torres-Peña, R. C., Peña-González, D., Lara-Orozco, J. L., Ariza, E. A., & Vergara, D. (2025). Enhancing numerical thinking through problem solving: A teaching experience for third-grade mathematics. Education Sciences, 15(6), 667. https://doi.org/10.3390/educsci15060667 DOI: https://doi.org/10.3390/educsci15060667
Vale, I., & Barbosa, P. (2023). Active learning strategies for an effective mathematics teacher preparation: an exploratory study. European Journal of Science and Mathematics Education, 11(3), 573-588. https://doi.org/10.30935/scimath/12345 DOI: https://doi.org/10.30935/scimath/13135
Wang, L.-H., Chen, B., Hwang, G.-J., Guan, J.-Q., & Wang, Y.-Q. (2022). Effects of digital game-based STEM education on students’ learning achievement: A meta-analysis. International Journal of STEM Education, 9, 26. https://doi.org/10.1186/s40594-022-00344-0 DOI: https://doi.org/10.1186/s40594-022-00344-0
Wang, Q., & Abdullah, A. H. (2024). Enhancing students’ critical thinking through mathematics: A systematic review. SAGE Open, 14(3). https://doi.org/10.1177/21582440241275651 DOI: https://doi.org/10.1177/21582440241275651
Žakelj, A. (2024). Evaluating the impact of active and experiential learning in mathematics education. Cogent Education. https://doi.org/10.1080/2331186X.2024.2436698 DOI: https://doi.org/10.1080/2331186X.2024.2436698
Zamora Arana, M. G., Bernal Párraga, A. P., Ruiz Cires, O. A., Cholango Tenemaza, E. G., & Santana Mero, A. P. (2024). Impulsando el aprendizaje en el aula: el rol de las aplicaciones de aprendizaje adaptativo impulsadas por inteligencia artificial en la educación básica. Ciencia Latina Revista Científica Multidisciplinar, 8(3), 4301–4318. https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i3.11645 DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i3.11645
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