Física en las carreras de Ciencias Biológicas Norma Silva, Mirta

Física en las carreras de Ciencias Biológicas
Norma Silva, Mirta Iuretig. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad Nacional
de Mar del Plata. [email protected] e [email protected]
Resumen: Los alumnos de las carreras en Ciencias Biológicas tienen, en general, dificultad para comprender la
pertinencia de la Física en los procesos de la vida. Esto se debe a que, probablemente, durante sus estudios
básicos no suelen abordar los contenidos conceptuales con criterio integral, faltando quizás el aporte de un
equipo docente interdisciplinario. Habitualmente, los alumnos no alcanzan a apreciar que el campo de desarrollo
profesional está relacionado con todas las Ciencias Naturales, en particular con la Física, necesitando, por ende,
rigor científico. Nuestra propuesta consiste en proponer una modificación en la implementación de las clases
prácticas, incorporando, en la resolución de problemas al modelo actual, practicas de investigación en algunos
tópicos interdisciplinarios propuestos por el docente.
Introducción
Los contenidos de Física que reciben los estudiantes de Ciencias Biológicas
mayormente no se diferencian sustancialmente de aquellos que reciben los estudiantes de
Ingeniería, Química, e inclusive los de la carrera de Física. En todas las carreras, se trata de
establecer una base sólida y amplia para la construcción de los futuros conocimientos que son
necesarios para su especialidad, y entregar métodos y herramientas que permitan resolver en
forma científica los nuevos problemas que se les presenten.
Podríamos afirmar que el primer curso de Física de las carreras de Biología
(Licenciatura y Profesorado) y Bioquímica, debería constituir un pilar de formación en los
principios básicos de la Mecánica y Calor, que puedan luego ser aplicados en otras
asignaturas específicas. El desafío que se presenta tiene dos aspectos a considerar: -por un
lado- la interacción docente–alumno, debe permitir vencer la valla tradicional del aprendizaje
de Ciencias con alto grado de abstracción y -por otra parte- mejorar la predisposición de los
alumnos que en general se hallan carentes de motivaciones, más allá de cumplimentar
requisitos curriculares. Aunque las variables que condicionan el rendimiento académico son
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numerosas y complejas, consideramos que una actitud positiva hacia el aprendizaje es
fundamental para obtener resultados favorables, tratando de despertar el espíritu creativo, a
partir de la comprensión de los principios básicos de la Física.
Nosotros planteamos aquí la necesidad de abordar alternativas de enseñanza que
superen las dificultades presentadas en la transmisión-recepción de contenidos. La idea es
diseñar una metodología para una enseñanza contextualizada mediante la construcción y
reconstrucción de conceptos, análogamente al proceso de investigación científica. Se pretende
así generar una actitud favorable hacia el aprendizaje de las ciencias y -como lo manifiestan
Gil-Pérez D. y Valdez, P. (1996), se formen estudiantes con actitud crítica ante los adelantos
de la ciencia y la tecnología en la actual sociedad del conocimiento.
Las actitudes condicionan el rendimiento académico de los estudiantes, según
Escamez y Ortega (1986), y no sólo los predisponen para la apropiación de los conocimientos
físicos sino también para que logren autonomía, pensamiento crítico y solidaridad, entre otros.
Esto presenta un desafío para la práctica docente e implementación de innovaciones.
Adicionalmente, Petrucci y Cordero (1994) proponen la utilización del trabajo en grupo,
como estrategia universitaria para el aprendizaje de física.
Modelos didácticos y resolución de problemas
Analizamos a continuación abreviadamente algunos modelos relacionados con el
aprendizaje de conceptos mediante la resolución de problemas.
Modelo por recepción-transmisión: Los problemas poseen un carácter esencialmente
aplicativo y evaluador. Gran parte de los problemas son cerrados y cuantitativos. Se refuerza
la consideración de los problemas tipo como medio para resolver la mayoría de los
problemas. Se potencia la matemática del problema y se concede gran importancia a la
obtención de un resultado correcto que al propio proceso de resolución.
Modelo constructivista:Los problemas deben jugar un papel esencial en el aprendizaje
conceptual. El objetivo será facilitar el cambio conceptual, contrastando con las ideas previas
y aplicando las nuevas ideas.
Modelo por descubrimiento: Los problemas suponen un medio para la adquisición de
habilidades cognitivas. Importa el método seguido más que el contenido que conlleva el
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problema. Se acentúa el carácter práctico y creativo del problema. El resultado se interpreta
en términos de descubrimiento.
Modelo por investigación:Según Gil-Pérez (1993), la actividad docente debería
integrar las pautas de trabajo que tienen lugar en la investigación científica habitual y que han
permitido -en buena medida- alcanzar el nivel de desarrollo que hoy día la ciencia ostenta. La
investigación se plantea sobre problemas significativos para el grupo de trabajo, ya sean de
carácter teórico o práctico. Los alumnos que realicen la investigación trabajan bajo la
supervisión de un docente. La labor investigativa implica recurrir
a distintas fuentes:
explicaciones del investigador principal, búsqueda y consulta de bibliografía, etc. Por último,
el informe final de la investigación debe ser evaluado frente a expertos al grupo.
La enseñanza de la Ciencia se convierte así en una actividad con objetivos claros y
explícitos para los alumnos, en la medida que intentan resolver problemas significativos para
ellos, en razón de sus conocimientos previos, potencialidad para explicar otros fenómenos,
etc. Este modo de trabajo aproxima al alumno al quehacer científico normal y, por lo tanto,
destierra el modelo tradicional didáctico consistente en un contenido estático y cerrado. Sirve
de aglutinante para el aprendizaje de las tres dimensiones básicas del conocimiento: concepto
(leyes, teorías, principios), procesos (destreza y habilidades) y actitudes (normas, creencias,
valores, hábitos), de un modo natural y dinámico.
El modelo mixto propuesto:Como docentes deberíamos tratar de integrar la teoría y la
práctica con actitud crítica y reflexiva, evitando aprendizajes memorísticos de forma que el
estudiante adquiera habilidades y destrezas, tanto en el razonamiento físico como matemático,
en la resolución de problemas en la que identificará los principios básicos de la física, para
aplicarlos luego a problemas biológicos concretos. Además se alentara el trabajo cooperativo
y solidario tendiente a la construcción del conocimiento reconociéndose la importancia del
trabajo grupal.
Se tratará de incluir como un contenido adicional la dimensión actitudinal, adquiriendo
un carácter sustantivo y no adjetivo, estando en ese sentido al mismo nivel que los otros
contenidos. Podemos enseñar los contenidos actitudinales, ya que además de enseñar un
contenido específico, estamos educando personas. La finalidad de las actividades planteadas
es que los alumnos reflexionen, tomen conciencia acerca de sus valoraciones, opiniones,
sentimientos y adopten, finalmente, una postura.
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Propuesta y metodología de trabajo
Objetivos de la propuesta:
Para los estudiantes:

Desarrollar la capacidad de resolver problemas de aplicación relacionados al
funcionamiento de sistemas biológicos usando los conceptos y leyes fundamentales de la
física.

Integrar metódicamente la teoría y la practica, reconociendo la importancia del
trabajo en equipo o grupal.

Aprender a intervenir de manera activa y comprometida en la resolución de
problemas reflexionando y valorando la importancia en la lógica del hacer profesional y
científico.

Propiciar la oportunidad de emplear los conocimientos y habilidades cognitivas
recién adquiridos en situaciones o problemas de aplicación teniendo como marco de
referencia la interacción mutua.
Desarrollo del trabajo
Actualmente, nuestro curso de Física se desarrolla en un cuatrimestre y la carga
horaria semanal del plan de estudios es de 4 horas de clases teóricas y 5 horas de trabajos
prácticos, que comprenden resolución de problemas y laboratorios. Se efectúan:
Clases teóricas en cursos introductorias de Física para estudiantes de Ciencias
Biológicas que son –en muchos casos- semiexpositivas, planteando cuestiones sobre hechos
de la vida diaria, factibles de análisis físico y que tratan de incentivar la participación de los
alumnos. Allí se exponen los conceptos fundamentales, las expresiones matemáticas de los
mismos, su límite de aplicabilidad, enfatizando en lo conceptual, soslayando en lo posible las
largas deducciones matemáticas. Generalmente, en estas clases el profesor trata de fomentar
la participación activa de los alumnos estimulando el planteo de cuestiones que sirvan a los
conceptos teóricos que él expone.
Clases de resolución de problemas, que permiten la interacción entre los alumnos ya
que trabajan en forma grupal, coordinados por un ayudante de la asignatura quien colabora en
el proceso interpretativo de los problemas y analiza las estrategias de trabajo y los
cuestionamientos de los alumnos.
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Prácticas de laboratorio, tendientes a generar habilidades en el uso del instrumental y
criterios para la interpretación de los resultados experimentales.
Nuestra propuesta incluye una modificación en la implementación de las clases de
resolución de problemas, actualmente tradicionales, con la finalidad de complementar la
enseñanza teórica-trabajos prácticos-resolución de problemas, haciendo para ello uso del
modelo mixto el cual constara básicamente de tres etapas.
Primera etapa
Consiste en clases de resolución de problemas en las cuales el docente propone a los
estudiantes una selección organizada de problemas con complejidad creciente. Se presentan
dos grupos de problemas, los comunes a la física troncal que se dicta en otras carreras y otros
que contienen aplicaciones en las Ciencias Biológicas y de la Salud. El objetivo de estos
últimos es integrar los temas de Física y Biología para lograr una mejor interpretación de los
fenómenos naturales y medioambientales.
En nuestro primer curso introductorio de Física se trabajan conceptos de estática,
cinemática, dinámica, trabajo y energía, fluidos y termodinámica, entre otros. Dentro de cada
uno de estos temas, se seleccionan los conceptos centrales para su análisis con mayor
profundidad y se enfatiza en aquellos que tienen aplicación directa a las Ciencias Biológicas
por medio de ejemplos, tales como: los efectos fisiológicos de las aceleraciones, la fuerza
muscular y la acción de saltar, los huesos accionados como palanca, velocidad metabólica, el
vuelo de las aves, flujo sanguíneo, y transporte de agua en los árboles, entre otros.
Aquí presentamos algunos problemas conocidos que permiten la relación entre la
Física y la Biología, que forman parte de nuestra guía de trabajos prácticos utilizada en la
resolución de problemas.
Una enfermera administra una solución salina medicamentosa a un paciente mediante
una infusión intravenosa en el brazo (véase la figura). La densidad de la solución es de 1.0 x
103 kg/m3, y la presión manométrica en el interior de la vena equivale a 2.4 x 103 Pa. ¿A qué
altura por encima del punto de inserción debe colgarse el recipiente de manera tal que exista la
presión suficiente para obligar al fluido a entrar al brazo del paciente? El fluido del recipiente
suspendido se introduce en el brazo de un paciente. La presión del fluido debe superar la
presión del brazo. La sangre de las extremidades del cuerpo es conducida por arteriolas,
pequeños vasos con un diámetro promedio de más o menos 0.1 mm.
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Los músculos en las paredes pueden contraerse y cambiar el diámetro del “tubo”,
disminuyendo de ese modo el flujo de sangre, un fluido viscoso. Algunas veces una gran
deformación o impacto ocasiona una severa reducción en el flujo sanguíneo.
¿Aproximadamente en qué cantidad tendrían que contraerse las arteriolas para reducir el flujo
sanguíneo hasta 30% de su valor inicial si suponemos que la caída de presión permanece
constante
El lucio es un pez cuyo movimiento consiste básicamente en aceleraciones rápidas
poco duraderas (Fig. 1). Si suponemos que un lucio de 1kg impulsa mediante su cola 3 litros
de agua en 0,5 s con una velocidad de 5 m s-1 formando un ángulo de 60º con la dirección del
movimiento:
a. ¿Cuál será la velocidad de su movimiento?
b. ¿Cuánta energía habrá consumido, suponiendo que estaba inicialmente en reposo?
c. ¿Qué potencia ha desarrollado?
Cuando la sangre fluye procedente de la aorta a través de las arterias principales, las
arteriolas, los capilares y las venas, hasta la aurícula derecha, la presión (manométrica)
desciende 100 torr aproximadamente a cero. Si el caudal es de 0,8 L/s, hallar la resistencia
total del sistema circulatorio.
Segunda etapa
De los problemas de integración ofrecidos en la guía de trabajo, el docente elige uno
que halla sido resuelto individualmente por los alumnos, y propone el trabajo en grupo, con la
intención que sirva de disparador. Los estudiantes trabajarán este problema desde el punto de
visto de resolución tradicional y luego investigarán el alcance de su aplicación biológica. En
el proceso de resolución surgirán nuevas preguntas, conectando los conceptos involucrados
con otros adquiridos previamente. Los alumnos de cada grupo podrán consultar a sus docentes
durante la búsqueda de la resolución del problema.
Los estudiantes del grupo realizarán la exposición de lo trabajado previamente,
participando todos sus miembros, en la forma que ellos deseen (por ejemplo, presentaciones
multimedia, experiencias de laboratorio, explicaciones en el pizarrón, u otras). Se valorará la
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identificación de los fenómenos aplicados, el conocimiento de las leyes que los rigen y sus
ámbitos de validez, así como también el lenguaje y la expresión científica, la claridad
conceptual y la interacción de los alumnos al realizar la exposición. En cuanto a los
procedimientos de comunicación, se apreciará una exposición clara y estructurada de las ideas
y conclusiones con un lenguaje adecuado y visión crítica. Finalmente, los alumnos del curso
podrán interrogar a los expositores o plantear al conjunto sus inquietudes del tema abordado o
tratado.
Tercera etapa
A esta etapa la llamaremos de reflexión docente, ya que nos interesa conocer la
evolución en el aprendizaje de los estudiantes. Como docentes deberíamos conocer si están
más motivados en las clases, si muestran interés en las aplicaciones, si hay apertura a la
investigación, si se alcanzan mejores resultados en las evaluaciones, entre otros interrogantes.
Deberíamos evaluar si los objetivos propuestos se han alcanzado:

Si han desarrollado la capacidad de construir, aplicar y transferir
significativamente el conocimiento científico adquirido en su currículo a los procesos que
ocurren en los seres vivos.

Si han adquirido la competencia de resolver problemas de aplicación
relacionados al funcionamiento de sistemas biológicos usando los conceptos y leyes
fundamentales de la física, manifestando su capacidad de entender a través de las diferentes
estrategias aplicadas a los principales procesos físicos que ocurren en los sistemas biológicos.

Si han integrado metódicamente la teoría y la practica, reconociendo la
importancia del trabajo en equipo o grupal.
Esta etapa debería conducir finalmente a plantearnos -como docentes- algunas
preguntas, por ejemplo:
 ¿Ha cambiado la forma en que los estudiantes aprenden física?
 ¿Podrán luego aplicar esto, en las actividades propias de su profesión?
 ¿Han percibido la importancia que la Física tiene como ciencia básica y el
aporte de ella en las Ciencias Biológicas?
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CONCLUSIONES
El modelo de enseñanza propuesto nos servirá para plantear un cambio conceptual,
metodológico y actitudinal en los estudiantes, a partir de la calificación de los problemas,
socialización de los resultados, formulación de nuevas preguntas, elaboración de
conclusiones, etc. Con estas actividades se pretenderá favorecer la resolución de problemas,
evitando la mecanización, reduccionismo y determinismo.
Este modelo de resolución de problemas debería servir por igual al estudiante como al
profesor para asegurar de modo permanente el éxito de la programación curricular, mediante
la observación de las dificultades que se les presentan a los alumnos en la resolución de
problemas. Los resultados deberían repercutir sobre las distintas actuaciones didácticas, tales
como los tipos de problemas utilizados, las estrategias de resolución puestas en juego, las
explicaciones de la teoría, etc.
Resulta muy complejo evaluar este tipo de experiencia en su totalidad. Una primera
cuestión seria definir y lograr un consenso mínimo respecto a que evaluar, en el sentido de
los aprendizajes u objetivo deseados en los estudiantes y en segundo término resulta básico
evaluar la propuesta educativa misma, para determinar si existe o no evidencia que apoye el
modelo.
Por último destacamos la importancia de desarrollar buenas actitudes hacia el
aprendizaje poniendo en marcha acciones educativas que ayuden a los estudiantes, la
implementación de metodologías de enseñanza más activas y una relación docente-alumno
más comprometida.
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