Este artículo explora los roles pedagógicos comparativos de los manipulativos concretos y virtuales en la formación de profesores de matemáticas en formación. Basado en una metodología de investigación basada en el diseño (DBR), este estudio investiga los efectos de herramientas tangibles (por ejemplo, bloques de base diez, círculos de fracciones) y aplicaciones digitales (por ejemplo, GeoGebra Classic 6, Polypad) en la resolución de problemas, la comprensión conceptual, el compromiso y el razonamiento instruccional de los profesores en formación. Los datos se recopilaron a través de encuestas (n = 53), entrevistas semiestructuradas (n = 25) y observaciones en el aula (n = 30) en un programa de formación docente de una universidad española. Los hallazgos clave muestran que ambas formas de manipulativos mejoran significativamente el compromiso y la claridad conceptual, pero se ven afectadas por barreras logísticas y de acceso digital. Este artículo propone además un modelo teóricamente fundamentado para simular manipulativos a través de entornos basados en TIC, lo que permite una formación de profesores de matemáticas escalable y adaptativa. Al vincular la teoría del aprendizaje constructivista, el marco del Entorno de Aprendizaje Mejorado por Tecnología (TELE) y la pedagogía basada en simulaciones, este modelo tiene como objetivo replicar las oportunidades cognitivas, afectivas y colaborativas de los manipulativos en contextos virtuales. A diferencia de trabajos anteriores, este estudio contribuye con un marco teórico y práctico integrado, contextualizado a través de datos empíricos del aula, y presenta un plan claro para la implementación en el mundo real basada en TIC. Los hallazgos proporcionan ideas prácticas para educadores de profesores, desarrolladores de tecnología educativa y responsables de políticas que buscan expandir una educación matemática equitativa y atractiva a través de simulaciones y modalidades combinadas.