¿Comprendieron el fenómeno en estudio?

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL NORDESTE
Comunicaciones Científicas y Tecnológicas 2003
Resumen: D-011
¿Comprendieron el fenómeno en estudio?
Lucero, Irene - Meza, Susana - Aguirre, Ma. Silvia
Departamento de Física - Facultad de Cs. Exactas y Naturales y Agrimensura - UNNE.
Av. Libertad 5450 - (3400) Corrientes - Argentina.
E-mail: [email protected] - [email protected] - [email protected]
ANTECEDENTES
La Física hace uso de modelos matemáticos de la naturaleza, donde a través de relaciones entre variables cuantitativas
representa a las propiedades físicas. Una fórmula interpretada no es más que un modelo para explicar el fenómeno. Para
los estudiantes, generalmente las expresiones matemáticas de las leyes físicas no son más que relaciones abstractas entre
las variables involucradas, y no logran comprender, a la luz de los conceptos, lo que ellas están significando. Es
importante traducir conceptualmente qué cambios se producen en el fenómeno en estudio, al variar alguno de los
parámetros involucrados en el modelo.
Comprender el significado de la fórmula, demostraría la comprensión del modelo explicativo del fenómeno, acusando
un aprendizaje más significativo que el mero uso algebraico de fórmulas y datos numéricos. Se podría decir que un
alumno ha comprendido el fenómeno que estudia si en el desarrollo de las actividades que realiza, pone en evidencia
algunos de los siguientes aspectos claves, (Wainmaier-Salinas, 2002; Lucero, 2001) como ser:
• Identificar el fenómeno en estudio, el área de conocimientos pertinente y las variables intervinientes.
• Establecer semejanzas y diferencias entre situaciones presentadas.
• Describir el comportamiento de un sistema físico fundamentadamente.
• Explicar las razones de los procedimientos realizados.
• Transferir sus conocimientos a situaciones nuevas o análogas.
• Interpretar conceptualmente una fórmula y/o los resultados obtenidos.
• Ejemplificar situaciones.
• Elaborar una exposición organizada y fundamentada de un determinado contenido conceptual.
A fin de lograr que los alumnos comprendan los fenómenos en estudio y que los aprendizajes no sean mecánicos y
repetitivos, se incorporaron en el desarrollo de los trabajos prácticos de los cursos de física básica universitaria,
actividades, como ser problemas cualitativos y cuestiones para autoevaluación que se dan al iniciar las clases prácticas,
que permiten a los alumnos desarrollar procesos mentales superiores. El logro de aprendizaje significativo puede
realizarse a partir de la presencia de algunos de los aspectos claves de la comprensión de la Física, en la resolución de
problemas, tanto en el trabajo áulico diario como en las evaluaciones parciales.
En este trabajo, se dan los resultados del análisis de las producciones de los estudiantes en la primer evaluación parcial,
en los cursos de mecánica y de electricidad y magnetismo, con el fin de identificar la presencia o ausencia de algunos
de los aspectos claves citados anteriormente. La ausencia de algunos indicadores permitirá conocer concretamente los
núcleos temáticos que presentan mayor dificultad en su comprensión, para los estudiantes de Bioquímica y servirán
para iniciar la construcción de un mapa de dificultades de aprendizaje de los distintos temas de física en el ciclo básico
universitario, en carreras de no físicos. Este mapa será insumo para el desarrollo del proyecto en el que estamos
inmersos, referido a estrategias didácticas en pos de aprendizajes significativos de física.
MATERIALES Y METODOS
Se realizó el seguimiento de 18 alumnos de la carrera de Bioquímica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y
Agrimensura de la UNNE a lo largo de dos cursos de física universitaria básica, Física A que contempla contenidos de
Mecánica y Optica y Física IV, con contenidos de Electricidad y Magnetismo, correspondientes al plan de estudios
anterior al vigente. Estos alumnos pertenecen a distintas cohortes, han cursado Física A en distintos periodos lectivos
pero todos han cursado Física IV en el mismo año lectivo.
Se trabajó con fuentes de datos primarios. Como instrumentos de recolección de datos se emplearon problemas
diseñados para las evaluaciones parciales de mecánica y de electricidad y magnetismo. Los exámenes parciales de una
asignatura actúan como instancias de evaluación sumativa, donde se puede medir el logro de aprendizajes alcanzados en
determinados contenidos; el hecho de que sea una situación de evaluación formal, instaurada por la normativa
institucional, hace que el alumno esté interesado realmente en resolverlo bien, porque de ello depende su regularidad en
la materia; esta situación contribuye así a dar validez a los datos recogidos.
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Resumen: D-011
Los problemas presentados a los alumnos en las evaluaciones parciales de ambos cursos, si bien eran diferentes por la
naturaleza del objeto de estudio, al corresponder a núcleos temáticos distintos, requerían para su resolución de la
aplicación de las leyes de Newton.
En mecánica, los problemas utilizados fueron de dos tipos:
•
referidos a sistemas en equilibrio (Problema 1), donde se les solicitaba, el diagrama de fuerzas, la explicitación de
las condiciones de equilibrio y que calcularan el módulo de dos de las fuerzas intervinientes, Cuadro 1
La diferencia entre los casos radicaba en el tipo de sistema de fuerzas presentado. Para resolver las situaciones,
donde las fuerzas son coplanares, es indispensable como primer paso el dibujo del diagrama de fuerzas para luego
plantear las condiciones de equilibrio, según corresponda, obteniéndose un sistema de dos ecuaciones con dos
incógnitas.
•
referidos a sistemas de dos bloques de masas o pesos conocidos, conectados por una cuerda moviéndose sobre
superficies lisas, (Problema 2) Cuadro 2, donde se pedía calcular la aceleración de los bloques considerando que
inicialmente estaban unidos (estado 1) y que luego la cuerda se cortaba (estado 2).
La diferencia entre los casos radicaba esencialmente en el valor de las masas y en la inclinación de las superficies
de apoyo. . El planteo correcto implica aplicar, por separado, la segunda ley de Newton a cada uno de los bloques,
obteniendo así dos ecuaciones con dos incógnitas, en las que intervienen las fuerzas actuantes y la aceleración. Ello
conduce a interpretar conceptualmente la fórmula y describir a la vez, el comportamiento del sistema físico.
El hecho de cambiar las condiciones del sistema al cortarse la cuerda, permitiría evidenciar la capacidad de los
alumnos para transferir sus conocimientos a situaciones nuevas o análogas, los bloques se separan y cada uno de
ellos tendrá una aceleración que dependerá de las fuerzas actuantes.
Caso 1
Caso 2
Caso 3
Cuadro 1- Problema 1
Caso 1
Caso 2
Caso 3
Cuadro 2 – Problema 2
En electricidad y magnetismo, se presentó el caso de una partícula de polvo cargada eléctricamente entre las placas de
un condensador plano sometido a una diferencia de potencial que debía ser analizada en condiciones de equilibrio
(estado 1) y de desequilibrio (estado 2), (Problema 3). En una primera situación, se solicita a los estudiantes el valor de
la diferencia de potencial entre las placas para que la partícula se encuentre en equilibrio. Luego se aumenta la
diferencia de potencial y se solicita que indiquen el sentido y la aceleración con la que se moverá la partícula de polvo.
Para resolver el problema es necesario conocer la expresión de la fuerza eléctrica que actúa sobre la partícula a partir de
los datos del condensador y de la diferencia de potencial aplicado sobre él, para luego aplicar la primera y segunda ley
de Newton, según el estado de equilibrio o desequilibrio de la partícula. En ambos casos las fuerzas aplicadas sobre la
partícula (peso y fuerza eléctrica), son de distinta naturaleza. La resultante entre estas dos fuerzas describe el estado de
la partícula.
Se realizó el análisis de las producciones de los estudiantes centrando la atención en la identificación de las fuerzas
actuantes y la aplicación de las leyes de Newton, para poder describir el estado de los sistemas físicos presentados en
los distintos casos.
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RESULTADOS
El número de alumnos que respondieron correctamente el Problema 1 se muestra en el Cuadro 3
Aspecto considerado
Trazado del diagrama de fuerzas
Explicitación de condiciones de
equilibrio
Cálculo de fuerzas
Caso 1
Caso 2
Caso 3
N° soluciones analizadas N° soluciones analizadas N° soluciones analizadas
4
5
9
N° respuestas correctas
N° respuestas correctas
N° respuestas correctas
4
5
9
4
5
9
4
4
8
Cuadro 3– Problema 1
La totalidad de los alumnos realizan correctamente el trazado del diagrama de fuerzas y explicitan las condiciones de
equilibrio. Sólo el 11% no halla el módulo de las fuerzas solicitadas.
Los resultados del análisis del Problema 2 se muestran en el Cuadro 4
Caso 1
Caso 2
Caso 3
N° soluciones analizadas N° soluciones analizadas N° soluciones analizadas
5
5
8
N° respuestas correctas
N° respuestas correctas
N° respuestas correctas
4
4
8
Identificación de fuerzas actuantes
5
4
8
a) Cálculo de la aceleración para
los bloques unidos.
N° sin
N° sin
N°
N° sin
N°
N°
b) Cálculo de la aceleración de los
contestar
contestar
respuestas
contestar
respuestas
respuestas
bloques al cortarse la cuerda.
correctas
correctas
correctas
1
4
1
4
2
6
Aspecto considerado
Cuadro 4 – Problema 2
En todos los casos, los alumnos que identificaron las fuerzas actuantes pudieron hallar de manera correcta la aceleración
del sistema para la cuerda tensa. Y en el caso 3, lo hicieron todos a pesar de su aparente dificultad debido a la
necesidad de trabajar con las componentes de las fuerzas por la presencia de planos inclinados.
Sin embargo, cuando se cambian las condiciones del sistema al cortarse la cuerda, el 78% de los alumnos no responde.
Los resultados referidos al problema de la evaluación del curso de electricidad y magnetismo se dan en el Cuadro 5
N° soluciones analizadas
18
a) Cálculo de V entre placas en condiciones
N° respuestas correctas
de equilibrio
6
b) Cálculo de la aceleración en condiciones
N° respuestas
N° de respuestas
de desequilibrio
correctas
incorrectas
0
12
Dirección del movimiento de la partícula.
3
0
Cuadro 5 – Problema 3
Aspecto considerado
N° sin contestar
6
15
Los alumnos que han respondido correctamente el ítem a), lo hicieron planteando la igualdad entre las intensidades de
la fuerza eléctrica y el peso, sin explicitar previamente que la sumatoria de fuerzas actuantes es igual a cero.
Los alumnos que han intentado alguna solución al problema, cuando se rompe el estado de equilibrio, plantean la
segunda ley de Newton estableciendo la igualdad de la nueva fuerza eléctrica y el producto m.a , no teniendo en
cuenta el peso de la partícula.
Los 3 alumnos que establecieron el sentido del movimiento de la partícula al cambiar el potencial entre las placas, no lo
justificaron desde los conceptos ni desde algún desarrollo algebraico.
En las resoluciones presentadas, los alumnos no emplearon notación vectorial.
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El análisis de las producciones se realizó en dos direcciones, una vinculada al manejo de un contenido conceptual en
distintos contextos físicos (dirección vertical) y la otra, vinculada al estudio de un mismo sistema físico en dos estados
diferentes (dirección horizontal), centrándose en la descripción de las dificultades encontradas. Cuadro 6.
Cuadro 6
En la dirección horizontal, cuando se varían algunos de los parámetros del sistema, se encontró que los estudiantes no
han podido describir al sistema en el nuevo estado:
• 78% en mecánica.
• 100% en electricidad.
En la dirección vertical, donde se trabaja el mismo contenido en distintos contextos se encontró que la mayoría no ha
resuelto correctamente.
• 67% en el sistema estático, que involucra la primera ley de Newton.
• 100% en el sistema dinámico, que involucra la segunda ley de Newton.
CONCLUSIONES
Los resultados obtenidos muestran que los estudiantes poseen una débil comprensión de las leyes de Newton, dado que
evidencian dificultades para:
• traducir conceptualmente los cambios que se producen en un sistema físico cuando se realizan variaciones en
algunos de los parámetros involucrados en el mismo, dado que no pueden identificar correctamente el fenómeno
en estudio y las relaciones entre variables intervinientes, ni establecer semejanzas y diferencias entre situaciones
presentadas
• transferir sus conocimientos adquiridos en mecánica a situaciones análogas de naturaleza eléctrica.
El aprendizaje de las leyes de Newton, se da en el curso de mecánica, donde, los resultados muestran que
aparentemente, estas leyes fueron comprendidas. Sin embargo, los resultados en electricidad no indican lo mismo,
donde el procedimiento a seguir está orientado por las leyes de Newton. “Pozo (1996) señala que la adquisición de
procedimientos se halla más relacionada con el pensamiento formal, mientras que la adquisición de contenidos
conceptuales es más dependiente del contexto, lo cual trae aparejadas implicaciones pedagógicas que convienen no
desconocer”. (Ragout de Lozano, Cárdenas, 2000). De ahí nuestra preocupación en el desarrollo de estrategias
didácticas para el logro de aprendizaje significativo en física.
BIBLIOGRAFIA
Lucero, I. - 2002- “El análisis cualitativo en la resolución de problemas de Física y su influencia en el aprendizaje
significativo”- Trabajo de tesis del Magíster en Metodología de la Investigación Científica y Técnica de la UNER.
Ragout de Lozano, S., Cárdenas, M. 2000- Explicación por leyes vs conceptualización en la resolución de problemas.
Memorias SIEF V. Tomo I. P. 187. Santa Fé.
Wainmaier, C., Salinas, J. 2002 .¿Cuándo puede decirse que un alumno universitario ha comprendido conceptualmente
la mecánica newtoniana? Trabajo presentado en el VI Simposio de investigadores en educación en Física. Corrientes.
Wiske, M. S. (compiladora)- 1999. La Enseñanza para la Comprensión: vinculación entre la investigación y la
práctica. Paidós. Bs. As.