FACULTAD DE CIENCIAS MAGISTER EN DIDÁCTICA DE LAS CIENCIAS EXPERIMENTALES “Frota, induce y toca” “Diseño e implementación de una secuencia de enseñanza aprendizaje para promover el aprendizaje de los conceptos de carga eléctrica y métodos de electrización mediante el uso de videos de corta duración” Seminario de investigación presentado para la obtención del grado de Magíster en Didáctica de las Ciencias Experimentales Autor: Nicolás Esteban Fernández Astudillo Profesores Guía: Cristian Merino y Francisco Vera Abril de 2015 1 Resumen. En el presente seminario se aborda la problemática de promover el aprendizaje significativo de los fenómenos electromagnéticos de frotación, contacto e inducción a través de actividades que involucran el desarrollo de habilidades predictivas y argumentativas. Para ello, se han diseñado, validado e implementado cuatro secuencias de enseñanza aprendizaje bajo un paradigma constructivista de la educación científica siguiendo el modelo didáctico basado en un ciclo de aprendizaje de cuatro fases. Para el diseño de las actividades de aprendizaje se grabaron videos de corta duración enmarcados bajo el proyecto “Galería Galileo”. Estos se ocuparon a través de todas las secuencias con la finalidad de poner énfasis en la promoción de habilidades predictivas y argumentativas mediante la interacción de los estudiantes con dicho recurso. Las secuencias fueron aplicadas en un establecimiento de la V Región. A su vez fueron validadas mediante un proceso interno y externo. Posteriormente se procedió al análisis de los resultados de la aplicación de los instrumentos mediante un software de análisis cualitativo (Atlas.Ti) contrastando el estado inicial de los estudiantes con aprendizaje evidenciado en su estado final sobre la noción científica a abordar. Los resultados indican que gracias a la secuencia de enseñanza aprendizaje guiada por el docente los estudiantes evidenciaron una mayor comprensión de los fenómenos electrostáticos trabajados como también un avance en sus habilidades predictivas y argumentativas. Palabras Clave: Secuencia de enseñanza aprendizaje, frotación, contacto e inducción, predicción y argumentación científica, Galería Galileo. Autor: Nicolás Fernández Astudillo Correo Electrónico: nico_física@hotmail.com 2 "No sé qué le pasa a la gente: no aprenden comprendiendo; aprenden de alguna otra forma, por la rutina, o de algún otro modo. ¡Que frágil es su conocimiento!" Richard Feynman “¡Eureka!” Arquímedes de Siracusa 3 Agradecemos por su colaboración para el desarrollo del presente seminario de titulación a: El magister en Didáctica de las Ciencias Experimentales de la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso por su ayuda prestada para la asistencia a congresos que aportaron al desarrollo de este proyecto. Al grupo de Tecnología Educativa del instituto de física de la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso compuesto por los profesores Francisco Vera, Rodrigo Rivera y Diego Romero por su excelente disposición y ayuda durante el trabajo en los laboratorios. 4 Presentaciones en congresos derivadas de este trabajo. Fernández, N & Vera, F. (2014). Óptica entretenida y espejismos de colapez. XIX Simposio Chileno de Física, Concepción, Chile. Ávila, A., Fernández, F., Rojas, C & Vera, F. (2014). Experimentos sorprendentes de electrostática usando un electroscopio a prueba de balas. XIX Simposio Chileno de Física, Concepción, Chile. Rojas, C., Ávila, A., Fernández, N & Vera, F. (2014). Experimentos simples para demostrar las propiedades magnéticas y diamagnéticas de la materia. XIX Simposio Chileno de Física, Concepción, Chile. Rivera, R., Vera, F., Ávila, A., Fernández, N & Rojas, C. (2014). El Fun Fly Stick, la solución mágica a las demostraciones de electrostática. XIX Simposio Chileno de Física, Concepción, Chile. 5 Índice 1. Introducción 8 2. Antecedentes y problemas que sustentan la elaboración de la SEA 12 3. Marco de referencia 20 3.1 Noción científica y aproximación histórica 20 3.2. Obstáculos históricos y epistemológicos 23 3.3. Currículo y contexto nacional 25 3.4. Revisión de libros de texto de física escolar 27 3.5. Concepciones alternativas de los estudiantes 39 3.6. Sustento teórico del diseño de la SEA 43 3.7. Énfasis de las secuencias de enseñanza aprendizaje 53 4. Objetivos y preguntas de investigación 57 4.1 Objetivos generales 57 4.2 Objetivos específicos 57 5. Planificación de la unidad didáctica 58 6. Redes de contenidos 61 7. Videos desarrollados en el proyecto “Galería Galileo” 65 8. Secuencias de enseñanza aprendizaje 72 8.1 SEA N°1: Carga eléctrica 73 8.2 SEA N°2: Método de electrización por frotación 81 6 8.3 SEA N°3: Método de electrización por inducción 88 8.4 SEA N°4: Método de electrización por contacto 97 9. Sobre la Metodología de aplicación en el aula 104 10. Validación Interna de la Secuencia de Enseñanza Aprendizaje 107 11. Validación externa de la SEA mediante el modelo de Stake 111 12. Análisis de datos y resultados 135 13. Conclusiones 161 14. Implicaciones para el aula 163 15. Limitaciones generales 164 16. Bibliografía 165 17. Anexos DVD 7 1. Introducción El grupo de tecnología educativa del Instituto de Física de la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso lleva ya varios años aportando con su proyecto “Galería Galileo” a la enseñanza de la física tanto a estudiantes de enseñanza básica como a estudiantes secundarios y universitarios. El proyecto “Galería Galileo” consiste en la grabación de videos de experimentos de física “cuadro a cuadro” simples y de corta duración que abarcan un concepto en particular. A lo anterior hay que sumarle que cada secuencia de videos sobre un tema en particular viene acompañada de su correspondiente guía para el estudiante y para el profesor basada en la indagación, por lo que los estudiantes deben realizar observaciones, predicciones y argumentaciones en sus respuestas entre otras habilidades a promover. Ante lo ya expuesto, el proyecto ha promovido esencialmente en los establecimientos educacionales la inclusión de la tecnología y una nueva metodología de trabajo en el aula (Vera, F y Rivera, R 2013). En la actualidad se ha desarrollado un DVD (fig.1.) con más de 100 experimentos que abarcan los temas de Mecánica y Termodinámica, por lo que se encuentran cubiertos, basándonos en los planes de estudio vigentes de enseñanza media, los fenómenos de primero y segundo medio asociados al movimiento, los de tercero medio conectados con la mecánica de rotaciones y mecánica de fluidos y los correspondientes a segundo medio relacionados con los conceptos de termodinámica. Las guías de aprendizaje asociadas a cada secuencia de videos fueron testeadas en diversos colegios de la Región de Valparaíso y ya son ocupadas tanto diversos profesores de secundaria como por profesores universitarios. Sin embargo queda mucho por realizar y uno de los fenómenos en los cuales no se ha realizado aun ningún trabajo asociado al proyecto “Galería Galileo” es una de las áreas de la física que, por diversos motivos resulta una de las más complejas de 8 promover aprendizajes que sean significativos en los estudiantes: El electromagnetismo (Criado y Cañal, 2002). Figura 1. Portada DVD “Galería Galileo” Como evidenciaremos más adelante, los recursos que poseen los profesores de enseñanza media (como set de experimentos, guías de aprendizaje, secuencias didácticas, etc.) para abordar los fenómenos relacionados con el electromagnetismo son muy limitados, en primer lugar debido a la dificultad de realizar experiencias en esta área y en segundo lugar porque no existe gran diversidad de material en los recursos nacionales (como en los libros de texto ministeriales por decir un ejemplo), en donde el foco reside generalmente en la resolución de problemas algebraicos descuidando el desarrollo conceptual de los problemas lo cual genera unos cimientos no sólidos en el área. Por lo expuesto anteriormente en el presente proyecto de seminario hemos desarrollado a través de todo un año de trabajo los primeros videos que cubren algunos fenómenos fundamentales de electromagnetismo, los cuales abarcan los conceptos de electrostática y magnetismo que se abordan en cuarto año de enseñanza media de acuerdo al plan de estudios vigente. Hay que mencionar que muchos de los videos y guías pueden ser modificables para su uso en enseñanza básica (Séptimo y octavo) o bien como apoyo para la docencia universitaria. 9 En particular para este seminario se escogieron los conceptos de carga eléctrica y los métodos clásicos de electrización como lo son la frotación, el contacto y la inducción, en donde se desarrollaron las secuencias de videos y cuatro secuencias de enseñanza aprendizaje (SEA) de carácter conceptual basadas en la propuesta de Sanmartí (1996), la cual posee cuatro fases claramente definidas, las cuales son: exploración, introducción de nuevas variables, estructuración y aplicación, las cuales se profundizarán en el presente trabajo. Para dicha construcción se emplearon los siguientes insumos: 1) Análisis histórico de la construcción de los conceptos de electrostática 2) Análisis desde el punto de vista curricular nacional. 3) Análisis de los libros de texto proporcionados por el ministerio de educación. 4) Análisis sobre las concepciones alternativas más comunes que presentan los estudiantes a la hora de tratar conceptos de electrostática. 5) Obstáculos y limitaciones existentes para alcanzar el aprendizaje de los fenómenos electrostáticos trabajados. El enfoque escogido para desarrollar las actividades de las secuencias se basa en el desarrollo de habilidades de predicción y argumentación científica, las cuales serán promovidas mediantes las demostraciones grabadas bajo el proyecto “Galería Galileo” y las actividades de cada secuencia. Se construyó a su vez un apartado de guías para el docente en el cual se intenta plasmar de la mejor manera posible, los roles de mediador que se espera que cumpla el docente al momento de que los estudiantes desarrollen las actividades y como toma un rol clave para que las actividades se desarrollen con éxito. La validación interna de las secuencias se desarrolló trabajando con un grupo de alumnos de Primero a Tercero Medio del colegio Apumanque ubicado en la ciudad de La Calera, V Región. Mientras que el proceso externo se realizó a través de 10 modelo de evaluación respondiente de Stake (1953) comparando con otros recursos educativos de similares características. Invitamos al lector a leer y profundizar en las siguientes páginas en las cuales obtendrá un nuevo material de trabajo para sus clases de electrostática adaptable a su contexto escolar, con experimentos sencillos que dejarán a más de un alumno y a algún profesor impresionado. Con nuestro trabajo esperamos aportar y promover a la mejora de la enseñanza de la física bajo el lema: Videos + Metodología indagatoria = Una nueva forma de aprender 11 2. Antecedentes y problemas que sustentan la elaboración de la Secuencia de enseñanza aprendizaje. Las dificultades que pueden tener los alumnos a la hora de desarrollar aprendizajes en el área del electromagnetismo pueden tener diversos orígenes (Criado y Cañal, 2002). Entre ellos podemos mencionar: a) las deficiencias que tienen los docentes respecto del área específica de la disciplina en la cual se especializaron. b) dificultades que tienen que ver con el ámbito cognitivo de los estudiantes, c) los niveles de abstracción que puede tener un fenómeno en particular. Sobre este último punto la bibliografía señala que los conceptos de electromagnetismo se caracterizan por poseer un nivel de abstracción alto y que va en aumento cuando vamos profundizando más en ellos (Porlan et al, 1996; Porlan y Rivero, 1998). Las investigaciones en el área señalan que los estudiantes presentan problemas significativos a la hora de desarrollar aprendizajes persistentes a nivel conceptual sobre fenómenos electromagnéticos con un mayor nivel de abstracción (Mc. Dermott 1984, Driver 1989, Viennot 1996). Las consecuencias de lo anterior se hacen evidentes cuando los alumnos cursan sus primeras asignaturas de física en la universidad, lo que conlleva a que el aprendizaje conceptual del electromagnetismo sea una fuente de preocupación constante entre el profesorado y se haya convertido en una de las áreas prioritarias de investigación en la enseñanza de la física (Carrascosa y Gil 1992, Wandersee et al 1994). Dentro del área de la enseñanza del electromagnetismo se han publicado una gran cantidad de trabajos que intentan exponer las concepciones alternativas de los estudiantes sobre alguna noción científica en particular. A su vez también se han propuesto diversas secuencias de enseñanza aprendizaje en el área, sin embargo la 12 mayoría de estas se concentran en el estudio de temas relacionados con los circuitos de corriente continua (Duit, 1993) o circuitos compuestos por una batería de corriente continua y resistencias en serie y/o paralelo (Guisasola, 2013). Sin embargo existen pocos estudios que sondean las dificultades de los estudiantes, en la comprensión de fenómenos electrostáticos básicos como lo son la frotación, el contacto y la inducción electrostática (Furio, C & Guisasola, J, 1998). En relación a lo anterior, la clara comprensión de los fenómenos electromagnéticos básicos anteriores son fundamentales para continuar con la visión científica contemporánea del electromagnetismo de los primeros años universitarios basados en las leyes de Maxwell (Chabay & Sherwood, 1995). Una de las dificultades en la compresión de las ideas básicas del electromagnetismo es debido a que se trabaja con entidades y modelos que no son visibles para el estudiantado y solo se ven manifestaciones a nivel macroscópico de interacciones del ámbito microscópico. Si ya es complejo el realizar los nexos entre estos ámbitos, el introducir las variables simbólicas dentro del estudio complejiza mucho más el realizar las conexiones necesarias para lograr un aprendizaje significativo de alguna noción en particular. Los resultados reportados en la literatura durante los últimos 30 años indican que los estudiantes de cursos básicos de física completan sus asignaturas sin lograr una comprensión de los conceptos básicos (Vera. F y Rivera, R, 2013). Mucho menos aún logran aplicar lo aprendido a nuevas situaciones sencillas y novedosas (McDermott y Redish, 1999). Si analizamos los resultados de nuestro país, podemos observar que según los datos proporcionados por el DEMRE el año 2013 sobre los resultados de la PSU en el área de las ciencias (fig.2), física reporta la menor cantidad de estudiantes al momento de rendir la prueba. 13 Figura 2. Inscritos según módulos electivos. Física recluta la menor cantidad de estudiantes. En el caso de la prueba optativa de Ciencias Físicas el promedio nacional de los alumnos es bastante bajo y con una desviación estándar bastante amplia, como podemos observar en la figura 3. Figura 3. Resultados PSU Año 2013. Promedio Nacional en Física es de 518 Puntos. Lo anterior, es una evidencia más de la crisis por la cual pasa la educación en el área de las ciencias en nuestro país, es por lo cual investigaciones como la 14 propuesta en este seminario son necesarias para aportar en la promoción de aprendizajes por parte de los estudiantes. En nuestro país un gran porcentaje de profesores de física suponen la evaluación sumativa en física como la resolución de problemas de desarrollo algebraico para evaluar si los alumnos lograron comprender las ideas básicas planteadas en su clase. Sin embargo, las investigaciones señalan que los alumnos resuelven problemas estándar de física manteniendo una comprensión muy pobre de los conceptos físicos involucrados (Mazur, 1997; McMillan III y Swadener 1991; Thacker et al., 1991). Para citar una noción relacionada con el ámbito del electromagnetismo, existe un ejemplo muy llamativo mostrado en un estudio realizado por McDermott y Shaffer (1993), en el cual se realiza una pregunta elemental de circuitos eléctricos de corriente continua. El problema apunta a que los estudiantes evidencien las relaciones y diferencias entre circuitos en serie y en paralelo. La pregunta por simple que pueda parecer, sólo fue respondida correctamente por apenas el 15% de los estudiantes participantes del estudio pese a que estos estudiantes eran incluso capaces de realizar ejercicios algebraicos de física con dificultades mucho más complejas (Mazur, 1997). Lo anterior evidencia la falta de ese eslabón conceptual de física anterior a la resolución de problemáticas mayores. Si revisamos literatura actual, es muy difícil encontrar una propuesta concreta y secuenciada para trabajar las nociones básicas de electrostática. Entre ellas Hewitt (2007) realiza a través de su libro “Física Conceptual” (el cual ya va en la décima edición) un gran aporte para la enseñanza y aprendizaje de la física conceptual en base a su visión (fig.4 y 5) en muchos ámbitos de la física, entre ellos la electrostática. 15 Figura 4. Visión de Hewitt sobre un curso tradicional de Física. Para complementar su ya exitoso y famoso libro, publicó en el año 2004 su libro “Practicas de Física Conceptual” como complementación de actividades al texto. En dicho libro de prácticas, expone una serie de actividades secuenciadas para promover la compresión de diversas nociones en el ámbito de la física. Sin embargo dentro de sus actividades no encontramos que promuevan el aprendizaje de los conceptos de electrostática, concentrándose nuevamente sus actividades en conceptos de circuitos de corriente continua. Figura 5. Visión de Hewitt sobre los aportes de un curso de física conceptual previo. Motivado por los antecedentes anteriormente mencionados, surge la iniciativa de diseñar una secuencia de enseñanza aprendizaje sobre los conceptos básicos de 16 electrostática apoyándonos a su vez en el material que creamos en el marco del proyecto “Galería Galileo”. Con ésto se aborda una primera problemática; cómo promover la comprensión de los conceptos básicos de dichas nociones de manera conceptual, enfatizando las conexiones entre lo microscópico y lo macroscópico (fig.6). Figura 6. Ejemplo de relación entre “lo simbólico, lo macroscópico y lo microscópico”. La creación de videos de demostraciones, colabora con una segunda problemática; el tiempo del cual se dispone para lograr los aprendizajes (recordemos que la asignatura de física posee dos horas semanales), por tanto, realizar un montaje experimental en el aula nos quitaría, este valioso tiempo disponible. Una tercera situación problemática con la cual colaboramos corresponde a la baja implementación de material de laboratorio para trabajar temas relacionados con el electromagnetismo. 17 Un cuarto problema emerge a la hora de realizar demostraciones sobre tópicos de electromagnetismo; el complejo control de las variables involucradas para que los experimentos funcionen. Una actividad sencilla como es frotar un globo contra el pelo y después acercar el globo cargado al techo para que se “pegue” gracias a la polarización de las cargas sobre la pared, se puede transformar en una actividad frustrante si las condiciones de humedad en el ambiente no son las más adecuadas. Finalmente y para sortear la problemática del orden de contenidos abordados en nuestra secuencia, nos basaremos en el estudio de Criado (2000) sobre los indicadores de estatus cognitivo de los conceptos de electrostática (fig. 7). Criado ordena los conceptos de mayor a menor dificultad en base al nivel de abstracción que los contenidos presentan y en base a las concepciones fuertemente arraigadas en los alumnos por cada concepto. Figura 7. Conceptos ordenados según niveles de abstracción. En el extremo de menor dificultad se encuentran las explicaciones sobre atracciones de cuerpos cargados y el concepto de estado neutro. En una situación intermedia hallamos las interacciones de repulsiones y el significado de que algo este cargado. Posteriormente se observan en el esquema los fenómenos de electrización (frotación y contacto) para posteriormente, y en un grado de 18 dificultad más alto, se encuentra el fenómeno de polarización e inducción electrostática. Las consideraciones teóricas expuestas nos proporcionan ciertas ideas para diseñar y crear un material de estudio que sea de utilidad para los docentes que imparten asignaturas de física y que vaya en pleno beneficio del estudiantado y de la enseñanza de la física en general. En el siguiente apartado procederemos a exponer el marco de referencia utilizado para el diseño y construcción de nuestras secuencias de enseñanza aprendizaje. 19 3. Marco de Referencia En los siguientes apartados presentaremos las bases teóricas que sustentan nuestro trabajo y que generan la propuesta de SEA, la relación existente con el contexto nacional y los planes de estudios vigentes, como la correspondiente adecuación y destinatarios de la secuencia. Se presentará tanto un análisis histórico desde la teoría sobre la evolución de los conceptos de electrostática como también una revisión de los obstáculos epistemológicos y concepciones alternativas que han revelado diversos estudios en el ámbito de la didáctica de las ciencias los cuales influyeron directamente en la construcción de la SEA. Al término del capítulo se justificará desde la literatura el énfasis de la secuencia y el modelo didáctico escogido. 3.1. Noción científica y aproximación histórica de los fenómenos electrostáticos. Como muchos de los fenómenos físicos que se estudian durante la enseñanza secundaria, la electrostática posee sus orígenes de estudio en la antigua Grecia. Los primitivos filósofos griegos asociaban lo que hoy conocemos como fenómenos eléctricos a teorías animistas. Estas atribuían conciencia y vida a todo tipo de materia ya sea viva o inerte. De ahí que hoy en día aún podemos escuchar explicaciones relacionadas al amor u odio para interacciones de atracción o repulsión entre objetos o cuerpos (Furió, C y Guisasola, J, 1998). Alrededor del año 600 a.C el filósofo griego Tales de Mileto descubrió que si frotaba un trozo de ámbar (una resina vegetal fósil que se ocupaba para la fabricación de joyas en esa época), este cuerpo adquiría una propiedad nueva la cual era atraer pequeños objetos. Aquí podemos darnos cuenta de lo sencillo de la experiencia realizada y que evidencia un fenómeno macroscópico importante (Lewin, 2011). Uno de los primeros tratados de los cuales se tiene evidencia sobre fenómenos eléctricos vino de mano del filósofo griego Theophrastus (374-287 a.C), el cual 20 escribe sobre la existencia de varias sustancias aparte del mencionado ámbar, que poseen la misma propiedad tras ser frotados. Estos fueron los primeros inicios de lo que hoy conocemos como electrización por frotación. Cabe remarcar a su vez que la palabra electricidad ocupada hoy en día proviene de la palabra ámbar que en griego es elektrón, partícula fundamental a la hora de la comprensión de los fenómenos eléctricos (Lewin, 2011). Uno de los primeros descubrimientos que daba indicio de la existencia de dos tipos de carga eléctrica fue el hecho de que si se frota una varilla de vidrio o ámbar con un trapo, estos materiales son capaces de atraer pequeños trocitos de papel. Luego si se frota una barra de ámbar con un trozo de piel y se deja colgado de un hilo para luego acercarle otro trozo de ámbar estos se repelen. Por el contrario si se acerca una barra de vidrio frotada a una barra de ámbar frotada ambas se atraen. Como dijimos anteriormente esta experiencia permitió concluir que existían dos tipos de “electricidad” una relacionada con el ámbar (electricidad resinosa) y otra con el vidrio (electricidad vítrea). A su vez se evidenciaron pequeñas chispas cuando ambos cuerpos posteriores a ser frotados entraban en contacto. William Gilbert (1544 - 1603) fue uno de los primeros en inventar un instrumento que permitía clasificar materiales de acuerdo a su comportamiento eléctrico, dicho artefacto era el “versorio”, el cual consistía en un indicador de madera que se encontraba pivoteado y que era capaz de girar al acercarle un material previamente frotado. De esta manera aumentó significativamente la clasificación de materiales con “propiedades eléctricas” y “no eléctricas”. Esto último fue un cambio metodológico importante debido a que la clasificación de materiales se comenzó a fundamentar en base a un criterio empírico (Taton, 1988). Al comienzo del siglo XVIII, Stephen Gray (1670 - 1736) colaborador de la Royal Society descubrió que la electricidad se podía transmitir por hilos metálicos y comenzó a distinguir entre materiales conductores y aislantes. 21 Charles Dufay (1698 - 1739), químico, comprendió la existencia de dos tipos de electricidad diferentes: la que se producía al frotar sustancias resinosas y la que se producía por frotar objetos con sustancias vítreas. Asignó a estas la categoría de fluidos eléctricos resinosos y vítreos. El suponía que los cuerpos en estado neutro, contenían cantidades iguales de ambos “fluidos eléctricos”, mientras que los cuerpos cargados eléctricamente poseían exceso de electricidad resinosa o vítrea. En 1737 Dufay estableció que los cuerpos cargados con electricidad vítrea repelen a los cargados con el mismo tipo de electricidad y atrae a los que estén cargados con electricidad resinosa. Benjamín Franklin (1706 - 1790) concluyó que solo existe un tipo de fluido eléctrico (la vítrea) y dos estados de electrización una como la del vidrio y otra como la del ámbar, en donde a la primera le denominó positiva y a la segunda negativa. Concluyó que cuando dos cuerpos eran puestos en contacto, la corriente eléctrica debe fluir desde el cuerpo en donde está el exceso de fluido hasta el segundo en donde está el déficit. En la actualidad los fenómenos eléctricos de frotación, contacto e inducción, están explicados en base al concepto de transferencia de electrones (partículas elementales con carga eléctrica negativa) de un lugar a otro. Los cuerpos que tengan un exceso de electrones se denominan con carga negativa y los que poseen un déficit de electrones se denominan como cargados positivamente. La electrización la podemos llevar a cabo mediante la frotación al extraer electrones de las capas externas de un material, por contacto, cuando uno de los dos cuerpos posee un exceso de carga y ésta pasa del lugar con mayor carga al con menor carga, y por inducción, al redistribuir la carga de un objeto poniéndolo cerca de otro objeto cargado (Hewitt, 2007). En el siguiente apartado expondremos a modo de resumen los obstáculos históricos, epistemológicos y ontológicos que derivan del análisis y revisión 22 histórica de la construcción de los conceptos asociados a los fenómenos electrostáticos. 3.2. Obstáculos históricos y epistemológicos. Si realizamos un breve análisis de la historia de los conceptos de electrostática nos podemos dar cuenta de la gran dificultad que conllevó avanzar en el área debido a que sólo vemos consecuencias macroscópicas de fenómenos netamente relacionados con el ámbito atómico. Esto último está ligado directamente a la dificultad que tenemos a la hora de generar aprendizajes de estos conceptos básicos en los estudiantes, ya que si bien podemos realizar experiencias sencillas para evidenciar repercusiones a nivel macroscópico del fenómeno, cuesta en demasía realizar las conexiones con el ámbito microscópico del fenómeno. La frotación, el contacto y la inducción, al ser tópicos tan interesantes y fáciles de demostrar (en comparación con otros experimentos del electromagnetismo), las actividades con respecto a la comprensión de estos fenómenos han pasado a un segundo plano en los libros de texto y como hemos revisado anteriormente desde la literatura son fundamentales para la comprensión de fenómenos electromagnéticos con un nivel de abstracción mas profundo. Ponemos a modo de resumen los obstáculos conceptuales históricos, epistemológicos y ontológicos que atravesaron los científicos a través de los años en los siguientes dos cuadros (ver tabla 1 y 2) extraídos de Furió y Guisasola (1998). Los obstáculos que nacen del análisis del apartado anterior pueden ser clasificados a grandes rasgos como perfiles conceptuales pre-newtonianos y postnewtonianos de la electrostática, con la finalidad de evidenciar la evolución de dichos obstáculos. 23 Tabla 1. Características generales del perfil conceptual pre –newtoniano (Extraído de Furió y Guisasola, 1998) Los materiales se dividen en “eléctricos” y “no eléctricos” según manifiesten la „propiedad eléctrica‟ (electrizarse) al frotarlos. Estos materiales “eléctricos” tienen un „fluido eléctrico‟ en su interior que se manifiesta a su alrededor en forma de “halo”, “efluvio” o “atmósfera eléctrica” cuando se electrizan por frotamiento. Esta clasificación es superada al observarse que los metales (materiales „no eléctricos‟) pueden electrizarse por frotamiento al aislarlos. A partir de aquí el perfil acepta que la electricidad es considerada como un fluido que poseen los cuerpos. Cuando se pone en contacto un cuerpo cargado mediante un hilo conductor con otro que no lo está, parte del „fluido eléctrico‟ del cuerpo cargado pasa al otro cargándolo. Se centra así la atención en la clasificación de los materiales en „conductores‟ y „aislantes‟ según se transmita a través de ellos el „fluido eléctrico‟ o no. La inducción eléctrica se explica a través de la atmósfera eléctrica del cuerpo cargado que „actúa‟ sobre el cuerpo neutro. Tabla 2. Características generales del perfil conceptual Post –newtoniano (Extraído de Furió y Guisasola, 1998) ? La electricidad es una propiedad general de la materia y está formada por partículas cargadas. Si se considera que las partículas cargadas de electricidad son positivas, el „exceso‟ y la „falta‟ de cantidad de carga en un cuerpo se expresa por los signos + y -. Así se habla de cuerpos cargados negativamente y positivamente, y se establece el criterio empírico de que cuerpos cargados con el mismo signo se repelen y de distinto signo se atraen. ? La electricidad puede moverse a través de un conductor, de forma que un cuerpo ya cargado puede cargar otro por contacto. 24 ? La carga por frotamiento se debe a que existe un intercambio de cargas entre los cuerpos frotados produciéndose un „exceso‟ de cargas en un cuerpo y un „defecto‟ de cargas en el otro, no variando la cantidad total de carga implicada. ? La acción eléctrica se realiza a distancia y de acuerdo con la ley de Coulomb. Esta ley permite definir de forma cuantitativa el concepto de carga eléctrica. Se explican los fenómenos de inducción eléctrica mediante la acción a distancia entre las cargas. A continuación de los obstáculos presentados anteriormente y su correspondiente evolución, expondremos una revisión del currículo nacional actual para dar a conocer el contexto en el cual son abordados los fenómenos electromagnéticos con los estudiantes a modo de superar los obstáculos antes mencionados. 3.3. Currículo y contexto nacional En la actualidad la unidad de electrostática se encuentra en cuarto año de Educación Media Plan Común Física (MINEDUC, 2001). Recordemos que hace un par de años se encontraba en Primer año de Enseñanza Media siendo la generación del 2014 la primera en no abordar dichos contenidos en primero medio (según los ajustes a los planes y programas promulgados el año 2009), y ahora en cuarto medio la unidad de electrostática es la primera unidad que se aborda en el año escolar, consideremos a su vez que la unidad se aborda con un promedio de 2 horas pedagógicas semanales. Éste punto es relevante a la hora de construir la secuencia de aprendizaje, ya que su construcción debe ser acorde a los tiempos proporcionados por el ministerio para una óptima implementación. Cabe señalar que las nuevas Bases Curriculares propuestas por el MINEDUC para el año 2015, introducen los contenidos de electrostática antes planteados en Octavo Básico (MINEDUC, 2013). Esto va ligado a nuevas habilidades y competencias que se esperan desarrollar en dicho nivel académico con los estudiantes en base a los nuevos estándares levantados por el ministerio de educación, por lo cual es relevante estar en conciencia de lo anterior al momento de diseñar nuestra SEA para que ésta se encuentre contextualizada y sea acorde 25 con el nuevo curriculum nacional y al grupo de estudiantes destinatarios. Es por lo expresado anteriormente que nuestra secuencia ha sido diseñada de manera flexible para que pueda ser moldeada por los docentes y ser aplicada a un amplio espectro de estudiantes con los 2 programas de estudios vigentes en la actualidad. Basándonos en los nuevos lineamientos del MINEDUC para la Educación en Ciencias desde séptimo a segundo medio, nos encontramos con la propuesta adoptada de Wynne (2012) sobre las grandes ideas de la educación en ciencias. Con nuestra SEA hemos considerado dos de estas grandes ideas que se encuentran de manera explícita en nuestras actividades. La primera de estas grandes ideas es: “Todo material del universo está compuesto de partículas muy pequeñas”, haciendo alusión directamente al concepto de átomo y las partículas que lo componen, en donde los electrones y su comportamiento son fundamentales para la comprensión de las ideas de la electrostática que queremos promover. La segunda de estas grandes ideas que abordamos en nuestra secuencia es: “El movimiento de un objeto depende de las interacciones en que participa”, haciendo alusión directa a las fuerzas eléctricas que están involucradas en la interacción de cuerpos con carga. En función de los antecedentes anteriormente mencionados, a continuación se expondrá un análisis de los textos disponibles para los docentes, estudiantes y las secuencias que estos proponen a modo de complementar y mostrar los recursos que poseen para promover el aprendizaje de los fenómenos de electrostática. 26 3.4. Revisión de libros de texto de física escolar Se procedió a analizar los dos libros que poseen los docentes en la actualidad para trabajar los conceptos de carga eléctrica y métodos de electrización. Lo anterior se hizo a modo de comparación para ver cuáles son las secuencias que tienen disponibles los docentes a la hora de trabajar los conceptos ya mencionados. En ellos se encuentran actividades que mencionaremos a continuación. a) Física III y IV Medio. Editorial Zig Zag. Año 2014. Figura 8. Portada del libro para III y IV Medio. Año 2014. Procedemos a ejemplificar la secuencia de contenidos que ocupa este libro de texto (fig.8) proporcionado por el ministerio de educación. Se comienza con una actividad exploratoria (fig.9) en la cual propone la construcción de una “Botella de Leyden”. Se presenta el procedimiento de construcción paso a paso para posteriormente pasar a preguntas de análisis en las cuales no se evidencia un objetivo claro de aprendizaje debido a la baja conexión existente entre las preguntas y los objetivos de la actividad. 27 Figura 9. Actividad exploratoria: “La botella de Leyden” Se observa una discordancia entre las habilidades que se explicitan promover en el comienzo de la actividad y las que se terminar promoviendo. Si bien dentro de las habilidades que se esperan promover se encuentran la organización e interpretación de datos, no se evidencia en ninguna parte de la actividad la extracción de datos y aún si se explicitara, éstos son muy complejos de recolectar con un acumulador de Leyden casero en un establecimiento educacional. 28 Dentro de las habilidades que se promueven se encuentra el generar explicaciones del funcionamiento, lo cual va en contra de los objetivos que debiese tener una actividad exploratoria en la cual los alumnos solo debiesen hipotetizar o predecir los fenómenos que evidenciaran. Posterior a dicha actividad de exploración el texto introduce contenidos de forma tradicional, sin planteamientos ni desarrollo de actividades, solo ejercicios matemáticos resueltos que involucran las ecuaciones que el texto introduce como se aprecia en la figura 10. Figura 10. Evidencia de un curso de física tradicional con resolución de ejercicios 29 El texto introduce 4 mini laboratorios en los cuales presenta una serie de procedimientos y muy pocas preguntas que orienten la realización de conexiones entre los contenidos antes planteados y los posteriores. No se promueve la argumentación ni otra habilidad de pensamiento superior en concreto. No se dejan espacios para la predicción y/o reflexión. Figura 11. Actividad para construir un electroscopio. En la figura 11 se muestra la única referencia que se hace a una actividad tan enriquecedora como lo es el electroscopio, más aún se pide elaborar uno pero no muestra ninguna foto de referencia de cómo se debería ver. 30 Como última actividad de la “Secuencia” de actividades propuesta por el texto se encuentra una para evidenciar la inducción electrostática (fig.12). En esta actividad nuevamente se recae en plantear habilidades que no son desarrolladas en la actividad misma. Se les pide realizar explicaciones de fenómenos del mundo microscópico, ¿Cómo podrían hacerlo de buena manera si sólo ven las consecuencias macroscópicas? Para ello deben existir conexiones claras y explicitas que le permitan al alumnado construir el puente entre ambos mundos. Figura 12. Propuesta del texto para identificar el fenómeno de inducción 31 En resumen la secuencia de contenidos que se aborda en las actividades analizadas anteriormente quedarían de la siguiente manera: 1. Actividad exploratoria sobre botella de Leyden (concepto de condensador). 2. Fuerza Eléctrica, relación con segunda ley de Newton. 3. Concepto de campo eléctrico. 4. Modelo matemático de la ley de Coulomb. 5. Comparación entre el concepto de campo eléctrico y campo gravitacional. 6. Cargas eléctricas 7. Ley fundamental de la electrostática 8. Materiales conductores y aislantes 9. Métodos de electrización (frotación, termiónico, fotoeléctrico, piezoeléctrico, contacto e inducción.) 10. El electroscopio. 11. Intensidad de campo eléctrico. La secuenciación de contenidos no es apropiada sobre la base que existe un desorden en cuanto a niveles de abstracción se refiere. Un claro caso de esto último es abordar el concepto de campo eléctrico previo a ver la forma de electrizar cuerpos (frotación, contacto e inducción) que son fenómenos observables claramente en una escala macro. b) Ciencias Naturales Enseñanza Básica. Editorial Pearson. Año 2012. Análisis de la sección de Física. Las siguientes actividades a analizar forman parte del libro vigente que poseen los docentes de enseñanza básica de nuestro país para trabajar los conceptos de carga eléctrica y métodos de electrización (fig.13) 32 Figura 13. Portada del libro para Enseñanza básica. Año 2012. En un comienzo el texto parte evocando algunas concepciones alternativas sobre la noción científica a trabajar. Posterior a ello, la secuencia de actividades que plantea este libro se presenta en su mayoría mediante una metodología de investigaciones dirigidas, las cuales consisten en plantear una actividad de carácter experimental sencilla y que los alumnos la realicen en la sala de clases con la finalidad de responder preguntas propuestas. A su vez incorporan orientaciones para el docente al costado de cada actividad, muy similar a lo que nosotros hicimos en nuestra secuencia (el texto anterior posee orientaciones generales y no por actividad). Toda actividad se comienza con una pregunta de exploración que los alumnos deben responder antes de realizar la experiencia. Una cosa que nos causó mucho agrado al realizar el análisis de este texto es debido a que las habilidades que se buscan promover se explicitan al alumnado a lo largo de toda la unidad didáctica. Para el caso de esta unidad de electrostática las habilidades que se buscan promover son las de observación e inferencia y se encuentran remarcadas de color 33 rojo cada que el estudiante debe manifestarlas tal cual como se evidencia en la figura 14. Figura 14. Primera actividad para la promoción de habilidades de observación e inferencia. Actividades basadas en base a la investigación dirigida. Otra habilidad que se promueve en la secuencia de este texto es la relación de causa y efecto (fig.15). Esto se hace a través de una lectura científica para promover transversalmente destrezas de lectura y como ya mencionamos en la página anterior se sigue promoviendo la observación y la inferencia en todo momento, siempre resaltando estas palabras de color rojo de manera de hacer explicitas las habilidades. 34 Figura 15. Actividad que promueve la relación causa y efecto además de la observación e inferencia. Llegó la hora de promover el concepto e inducción electrostática y el texto lo realiza con una experiencia muy similar a la que nosotros planteamos en nuestra SEA tal como se ve en la figura 16. Esta vez lo realizan con un globo frotado y polvo de gelatina incoloro. Como es de esperar una vez que el globo se acerca a la gelatina esta se atrae. 35 Figura 16. Actividad para promover la comprensión de la inducción electrostática. Si bien en nuestra SEA realizamos la misma experiencia para promover la predicción y la argumentación, este texto promueve la relación de causa y efecto (fig.17). Promueve la discusión el debate y la reflexión. En las preguntas que se exponen al final de la actividad nuevamente se pide realizar una inferencia para ser consecuente con la habilidad que se desea promover en esta secuencia de actividades. 36 Figura 17. Final de la actividad con recuadro para anotar relaciones causa y efecto. Al término se termina con la realización de una inferencia. La secuencia expuesta en este libro de texto posee una línea de trabajo constante, con claridad en los objetivos que se desean alcanzar con los estudiantes y las habilidades que se esperan promover. Las actividades presentes pueden ser una opción válida para trabajar los conceptos de métodos de electrización y carga eléctrica. Los contenidos se abarcan en el mismo orden en el cual nosotros los realizamos en nuestra secuencia, respetando los niveles de abstracción evidenciados desde la teoría, los cuales son: 1. Conceptos de carga eléctrica 2. Electrización por frotación 3. Electrización por contacto 4. Electrización por inducción 37 A su vez se expande mucho más allá mencionando a posteriori el concepto de campo eléctrico y una breve incursión en el ámbito simbólico (a nivel de ecuaciones) de la electrostática tal como se evidencia en la figura 18. Figura 18. Breve conexión con el ámbito simbólico al término de la secuencia. A continuación se presenta algunas de las concepciones alternativas que tomamos en consideración para la construcción de la secuencia de enseñanza aprendizaje sobre los conceptos de electrostática. 38 3.5. Concepciones alternativas de los estudiantes sobre los fenómenos electrostáticos. En primera instancia mostramos una tabla (ver tabla 3) que resume de cierto modo el número de publicaciones disponibles en la literatura sobre estudios de concepciones alternativas en física. Tabla 3. Numero de publicaciones sobre las ideas de los estudiantes (Duit et al, 2008). Total Física 2274 Mecánica (fuerza) 792 Electricidad (circuito eléctrico) 444 Óptica 234 Modelo de partícula 226 Física Térmica (Calor y Temperatura) 192 Energía 176 Astronomía 121 Física cuántica 77 Sistemas no lineales (caos) 35 Sonido 28 Magnetismo 25 Relatividad 8 * En paréntesis se evidencia el concepto predominante del área. Como podemos evidenciar el autor hace hincapié en que la mayor cantidad de trabajos sobre concepciones alternativas presentados en el área de la electricidad corresponden a las nociones de circuito eléctrico, tal como habían remarcado otros autores (Guisasola, 2013). A continuación se revisan algunos ejemplos de concepciones alternativas sobre conceptos de electrostática que nos parecieron fundamentales a lo hora del diseño y construcción de nuestra SEA. 39 A. Los estudiantes no tienen en consideración la naturaleza eléctrica de los metales a la hora de analizar fenómenos. Los estudiantes poseen la idea previa de que sólo los materiales metálicos pueden ser cargados debido a que estos poseen “electrones libres” de ahí que asocian que cuando se frota un material conductor (Ej. Un metal) con un globo, sólo el metal se carga y el globo no debido a que este es un aislante. (Furio y Guisasola, 1993) B. Los estudiantes poseen la concepción errónea de que un medio aislante como la madera es incapaz de sufrir el fenómeno de polarización eléctrica debido a que ven la polarización como un fluido de cargas, y como la madera es aislante, las cargas no pueden “fluir” en ella. La barra de madera (u otro material aislante) es incapaz de producir el fenómeno de inducción y por ende una interacción con la esfera neutra. (Furio y Guisasola, 1998a). C. Los estudiantes al explicar la interacción (atracción) entre un lápiz plástico después de ser frotado y un pedacito de papel que se encuentra sobre una mesa, lo atribuyen a que el lápiz queda cargado post frotación y atrae al papel debido a que este último también está cargado con una carga opuesta a la del lápiz. Sin mencionar el fenómeno de inducción (Furio y Guisasola, 1998b). D. Estudiantes poseen la concepción errónea de que al conectar dos esferas, ambas con carga del mismo signo, estas no interactuaran de ninguna manera al ser conectadas con un hilo conductor y no habrá traspaso de carga entre ambas esferas, debido a que cargas del mismo signo se repelen (Furio y Guisasola, 1998c). 40 E. Criado (2000) realizó un estudio sobre las ideas previas en conceptos de electrostática en alumnos que iban desde los seis años hasta jóvenes universitarios. Algunas de las conclusiones de su trabajo fueron las siguientes: i. El estado adquirido tras la frotación de un bolígrafo es producido por la agitación de las partículas del plástico ii. Sobre el estado de electrización, los jóvenes suelen tomar los siguientes significados: “Se han separado sus cargas positivas y negativas”, “Se han creado cargas que no existían (debido al calor por ejemplo)”, “las partículas se agitan a una gran velocidad”. iii. El significado de “neutro” puede ser interpretado al contrario de lo anterior: partículas sin agitarse. iv. Solo los metales se pueden electrizar debido a que poseen electrones libres. v. Los estudiantes ignoran que casos como los rayos son producido por acumulación de electricidad estática. vi. La electricidad puede no diferenciarse del magnetismo; a veces se concibe como un “estado energético” de la materia. vii. Dos objetos se atraen porque están cargados y se repelen porque no lo están. 41 viii. Cuando un objeto cargado atrae a un objeto neutro debido a la polarización de las cargas de este último, los estudiantes piensan que ambos cuerpos están cargados. ix. Los metales se pueden electrizar porque poseen electrones libres. x. Los materiales que son aislantes no se puede cargar. F. Adicionalmente, Homer (2006) en base a un trabajo realizado con 197 estudiantes acerca de las concepciones alternativas sobre los conceptos de electrostática son las siguientes: i. Los estudiantes reconocen que los cuerpos se pueden cargar frotándose pero no reconocen el mecanismo. ii. Para los estudiantes no existe diferencia entre atracción eléctrica y atracción magnética. iii. Varios fenómenos electrostáticos, de polarización o de carga por inducción lo explican con “energía”. Para una gran mayoría la carga es equivalente a energía. iv. Saben de la existencia de partículas “elementales” en el átomo: electrones, protones y neutrones, sin embargo para ellos los protones se pueden desplazar al igual que los electrones. Ausencia de la idea de núcleo. v. Cuando se presentan esquemas donde se muestra un objeto cargado con el símbolo (+) y/o el símbolo (-) implica que están los protones en el positivo y los electrones en el negativo. Como se puede apreciar, existen numerosas concepciones erradas que los estudiantes pueden evidenciar al intentar resolver problemáticas en el ámbito de la electrostática, algunas más complejas de superar que otras. Conocer las concepciones es fundamental a la hora de diseñar nuestra secuencia ya que a 42 superar dichos obstáculos es a donde debemos apuntar con nuestras actividades como una de las finalidades de la secuencia. A continuación se expondrá el sustento teórico en el cual está basado el diseño de nuestra secuencia de enseñanza aprendizaje. 3.6. Sustento teórico del diseño de la secuencia de enseñanza aprendizaje. Dentro de la didáctica de las ciencias el estudio de las secuencias de enseñanza aprendizaje, su diseño e implementación han cobrado un énfasis importante en los últimos años de tal manera que se ha convertido en una de las áreas de investigación más importantes dentro de dicha disciplina. La Secuencia de enseñanza aprendizaje es un recurso valiosísimo que utiliza un docente en su proceso de enseñanza aprendizaje ya que contiene las actividades que los alumnos realizarán para que cumplan los objetivos propuestos. Como plantea Couso (2011) es la concreción del trabajo docente en el aula. Esta secuencia debe estar contextualizada al lugar en donde se trabajará y las nociones científicas que se quieren construir con los estudiantes por lo que éstas deben ser valoradas en base al contexto en el cual fueron creadas, las necesidades pertinentes y por ende el contexto en concreto (Sanmartí, 2008). Las SEA son piezas primordiales dentro de la planificación docente, la cual contiene un conjunto de actividades a realizarse en una sesión de clases a determinar. Se enfoca principalmente en crear un puente entre los contenidos propios de la disciplina y los objetivos que se pretenden lograr con el estudiante, para ello las actividades son fundamentales y deben estar relacionadas íntegramente con las metas, objetivos y aprendizajes esperados Preguntas como ¿Por qué enseñar?, ¿Qué enseñar?, ¿Cómo enseñar?, son necesarias al momento de desarrollar una secuencia de aprendizaje. Existen 43 autores como Driver y Oldham (1986) que proponen incluso que un currículo ha de ser más una lista de actividades que una lista de contenidos y objetivos, ya que muchos de los objetivos de enseñanza se derivan de las actividades seleccionadas y no a la inversa, sin embargo no es una actividad concreta la que posibilita aprender, sino el proceso diseñado, es decir el conjunto de actividades organizadas y secuencias que posibilitan el flujo de interacciones (Cañal et al., 1998) con y entre el alumnado y entre el alumnado y el profesorado (Sanmartí, 2008) (fig.19). Las actividades son las que posibilitan que el estudiante acceda a los conocimientos que por sí mismo no podría llegar a representarse (Sanmartí, 2008). Figura 19. Interacciones del conjunto de actividades entre los actores involucrados Si bien existen muchos modelos y sustentos para construir secuencias, en todos ellos se comparte la creencia de que la actividad didáctica sólo tiene sentido si consigue provocar la actividad mental del alumnado, y que él sea quien construya su conocimiento en base al que ya tiene y reelaborar este último gracias a la secuenciación de las actividades (Sanmartí, 2008). Al concordar con este autor y buscando los diferentes modelos teóricos para los objetivos de nuestra secuencia, nos hemos decantado por el modelo didáctico basado en un ciclo de aprendizaje propuesto por Jorba y Sanmartí (1996), el cual está diseñado para ser aplicado bajo la óptica constructivista de la educación científica. El ciclo de Sanmartí (fig.20) está diseñado con cuatro fases claramente definidas en las cuales se encuentran las fases exploración, introducción de nuevas variables, 44 estructuración y aplicación. En consecuencia con lo anterior cada secuencia que hemos diseñado bajo este modelo consta de 4 sub actividades, lo que nos da un total de 16 actividades que trabajan los conceptos básicos de la electrostática. Figura 20. Fases del modelo didáctico basado en ciclo de aprendizaje de Jorba y Sanmartí (1996). 1. Exploración. 2. Introducción de nuevas variables. 3. Estructuración. 4. Aplicación 45 A continuación se explicita brevemente en qué consiste cada una de las fases propuestas por el modelo citado anteriormente, y se entrega un ejemplo de cada una a modo de contextualización. Fase de Exploración: “Son actividades que son el punto de inicio de la secuencia de enseñanza aprendizaje, las cuales tienen como objetivo la presentación del problema básico a enfrentar y que los estudiantes sean capaces de manera preliminar de expresar sus representaciones mentales sobre algún concepto en particular. Estas actividades deben ser de carácter motivador de manera de causar en el estudiante la necesidad de continuar realizando el resto de las actividades y a su vez deben promover la formulación de más preguntas o hipótesis Los problemas que en estas actividades se planteen deben ser sencillos y concretos, pero sin soluciones triviales. Los alumnos pueden expresar sus puntos de vista de manera escrita, oral o a través de esquemas y/o dibujos de las situaciones. Además, sirven como una forma de extraer las concepciones alternativas que poseen los estudiantes sobre un fenómeno en particular.” Ejemplo de actividad exploratoria. En el siguiente video una persona interactúa con un globo de manera que lo frota con su mano. El globo se encuentra neutro y colgando de un hilo. ¿Qué crees que sucederá? 46 Realiza una predicción de lo que sucederá (o no sucederá) con el globo. Escribe tu predicción y argumentos a continuación. Fase de introducción de nuevas variables: “La finalidad de estas actividades es proporcionarle a los estudiantes nuevas variables para analizar el problema propuesto y que estas se anexen o modifiquen las variables antes poseídas de manera de proporcionar y generar en el estudiante un nuevo punto de vista sobre la situación. Para ello estas actividades pueden recurrir a diversos métodos y herramientas como la observación, manipulación de materiales, experimentos, explicaciones, lecturas científicas, videos, etc. Como en todo el resto de las actividades, la discusión con los pares y el docente serán fundamentales para avanzar, así como también la reflexión por parte del estudiante realizando la secuencia. La idea es contribuir a enriquecer la visión inicial del estudiantado sobre la problemática origen.” Ejemplo de actividad de introducción de nuevas variables. Mira la siguiente viñeta en la cual un profesor clasifica los materiales que ceden electrones al ser frotados con otros materiales. 47 El profesor ilustra a la alumna la siguiente situación. Ayúdala a responder Argumentando en base a lo aprendido anteriormente. Dibuja a su vez la distribución de carga en cada objeto e indicando la carga neta con la que quedará cada objeto. 48 Fase de estructuración: “Estas actividades tienen por finalidad que el estudiante explicite lo que ha ido aprendiendo y cuáles son los cambios en sus puntos de vista. Dichas actividades deben poseer un grado de abstracción más alto que las anteriores para evidenciar el cambio en las ideas fundamentales del estudiante. Los alumnos deben ser capaces de plasmar sus propias conclusiones o generalizaciones construidas hasta acá. Las generalizaciones pueden ser comparadas con las que hagan sus pares con la finalidad de complementar las propias, junto con las que explicite el profesor mediante el debate de ideas con el grupo curso. La generación de consensos entre pares es fundamental a la hora de plasmar los nuevos puntos de vista que deben quedan con bases sólidas para dar el paso a la siguiente fase”. Ejemplo de actividad de estructuración Observa el siguiente video posterior a la frotación de la mano con el globo. Realiza una descripción de lo sucedido. Anótala a continuación. 49 Realiza un dibujo de las cargas predominantes en cada material frotado, considerando que el globo está compuesto en gran parte de goma. Fase de aplicación: “En esta última fase el estudiante debe dar solución a una nueva problemática en base a lo construido en las tres fases anteriores. La problemática a poner a prueba al estudiante debe ser mucho más compleja que la problemática inicial para evidenciar un cambio en sus concepciones y puntos de vista sobre la noción abordada. Bien puede ser aplicar lo ya construido a un nuevo contexto que siga las líneas de la problemática inicial. La resolución de la nueva problemática nos puede dar luces del logro de un aprendizaje significativo en el estudiante. Hay que mencionar que la construcción del problema debe ser considerada con mucho cuidado ya que los estudiantes deben poder resolverla con lo construido solo por las actividades anteriores, por lo que deben existir relaciones pertinentes. Es por lo anterior también que esta actividad muchas veces toma el rol de actividad evaluadora de los aprendizajes de la secuencia en su conjunto” 1 1. Adaptado del capítulo 1: “La unidad didáctica en el paradigma constructivista” del libro didáctica de la física y la química escrito por Neus Sanmartí, 2008. 50 Ejemplo de actividad de aplicación Ayuda al profesor a dar la explicación al fenómeno que la niña acaba de sufrir. Dibuja la distribución de cargas en los objetos frotados y argumenta en base a lo construido en las actividades anteriores. A modo de resumen exponemos en la figura 21 una vista global de las fases y sus funciones dentro de la secuencia de enseñanza aprendizaje. 51 Figura 21. Vista global del modelo didáctico. (Extraído de Sanmartí, 2008) En el siguiente apartado profundizaremos en el énfasis que tendrán nuestras SEA visto desde la literatura. 52 3.7. Énfasis de las secuencias de enseñanza aprendizaje: argumentar y predecir a. La argumentación en ciencias El énfasis que tomará en gran parte nuestra SEA, será el de promover la predicción, la argumentación científica y la habilidad resolutiva de problemas. La argumentación posee una gran importancia no sólo en la construcción de conocimiento científico y su enseñanza sino también se sitúa dentro de aquellas habilidades que son indicadas como fundamentales en una sociedad como la actual donde el capital humano es central, el conocimiento es el bien más preciado y el manejo flexible de la información oral y escrita una competencia básica (Larraín, 2009). En el estudio de evaluación PISA, el cual mide alfabetización científica, se definen los logros más avanzados involucrando habilidades propiamente argumentativas (OCDE, 2004; 2006), dicha evaluación informa a su vez que un escaso porcentaje de la población de Chile alcanza dichos niveles de logro (MINEDUC, 2004a; 2008). Esta información es inquietante si se piensa en la relación argumentación, calidad de los aprendizajes curriculares y desarrollo de habilidades de pensamiento superior (Larraín, 2009). Los anteriores datos son preocupantes y nos llevan a pensar cómo desarrollar habilidades argumentativas en nuestros estudiantes. Ésta es una de las bases más importantes que tomamos en consideración a la hora de escoger el énfasis que tendría nuestra secuencia ya que existe una gran necesidad país de promover dicha habilidad, además por supuesto de que existe evidencia de que argumentar promueve el desarrollo cognitivo en los estudiantes (Leitão, 2000 y 2003; Kuhn, 1992; Rogoff, 1993) incluso dentro de los que están más desaventajados dentro del aula ya, que promueve que se involucren activamente en su aprendizaje (Ballenger, 1997). La argumentación es relevante específicamente en ciencias ya que en el género discursivo propio de la ciencia predomina el de tipo argumentativo ya que la estructura argumental incluye reconocer el problema científico involucrado, 53 hipotetizar, diseñar experimentos que nos permitan recopilar información y poder responder las diversas preguntas, discutir los resultados, divulgarlos y convencer con argumentos consistentes al resto de la comunidad (Larraín, 2009). Mediante lo anterior, transversalmente desarrollaremos en nuestra SEA la resolución de problemas mediante la argumentación. Entiéndase problema como el obstáculo que separa una situación actual de una meta deseada, por lo tanto “resolver un problema” consiste en pasar de una situación a la otra mediante la realización de una operación o estrategia (Blanco, 1996), lo cual esperamos que los estudiantes sorteen gracias al modelo didáctico escogido para el diseño y su implementación de actividades secuenciadas. En la asignatura de física dicha habilidad es una de las que más relevancia posee tanto en nivel de secundaria como a nivel universitario. La resolución de problemas se ocupa tanto a la hora de resolver problemáticas de orden conceptual como de orden matemático y es una de más complejas de desarrollar por parte de los estudiantes. Para finalizar este breve análisis sobre la importancia de promover en actividades las habilidades argumentativas, nos quedaremos con las palabras de (Larraín, 2009) que nos revalida el haber tomado este camino: “Aprender a argumentar no sólo facilita el aprendizaje de los contenidos actuales sino que es aprender una habilidad para la vida: la enseñanza de habilidades argumentativas es a la vez promoción de habilidades de pensamiento „superior‟.” 54 b. La predicción en ciencias Como bien mencionamos otra de las habilidades que esperamos promover con la implementación de nuestra secuencia de enseñanza aprendizaje es la predicción. La predicción es uno de los aspectos esenciales de toda ciencia experimental ya que nos permite anticiparnos de cierta forma a las consecuencias de una experiencia en base a un fundamento teórico previo. Según Bunge (2007) el conocimiento científico es predictivo, la predicción en primer lugar es una manera efectiva de poner a prueba las hipótesis; pero a su vez es la clave del control. La predicción se funda sobre informaciones específicas y se caracteriza por su perfectibilidad antes que por su certeza más aun cuando nuestra predicción involucra cantidades. Es por ello que en las actividades propuestas, las predicciones son de problemas del tipo conceptual. Los estudiantes de enseñanza media suelen realizar predicciones muchas veces de forma implícita o bien no la expresan de forma verbal por diversos motivos. Dichas predicciones no las sustentan basadas en la teoría por lo que presentan una serie de imprecisiones y errores que ponen de manifiesto la aparición de concepciones previas. Es por lo que pedir a los alumnos que expliciten sus predicciones acerca de una experiencia en particular revela una valiosa información sobre las ideas previas de los alumnos. Sin embargo los textos escolar disponibles para la generalidad de los alumnos de nuestro país no trabajan dicha habilidad en sus actividades. Además de ser la predicción una habilidad de pensamiento superior es una aplicación de la teoría científica que se consigue mediante la incursión en teorías y datos. La predicción interviene en tres grandes razones en el cuadro general de la ciencia: i. Anticipa nuevo conocimiento 55 ii. Permite una contrastación con la teoría iii. Es una guía para la acción Como bien se menciona, la predicción en contraste a una profecía se funda sobre leyes e informaciones especifica fidedignas (Bunge, 1997). Recordar que al momento de trabajar predicciones con los alumnos, estas pueden ser falibles y estar sometidas a errores lógicos, matemáticos o bien al desconocimiento de las posibilidades humanas, tecnológicas o sociales actuales. Dichos errores pueden ser usados para conocer ideas previas fuertemente arraigadas y construir nuevo conocimiento realizando las conexiones adecuadas. 56 4. Objetivos Generales y Específicos 4.1 Objetivo General Diseñar e implementar una secuencia de enseñanza aprendizaje para promover los conceptos relacionados a métodos básicos de electrización mediante el uso de videos de corta duración. 4.2 Objetivos Específicos Diseñar una secuencia de enseñanza aprendizaje desde una perspectiva constructivista para promover el aprendizaje significativo de los fenómenos de frotación, contacto e inducción electrostática en base a la predicción y argumentación científica. Implementación y posterior validación de la secuencia de enseñanza aprendizaje mediante el trabajo con alumnos de enseñanza media en un contexto educacional. Analizar el avance en relación a los aprendizajes y las habilidades que se promueven desde la secuencia de enseñanza aprendizaje sobre la muestra escogida. 57 5. Planificación de la unidad didáctica A continuación se muestra la planificación de la unidad didáctica a modo de tabla para la fácil comprensión del lector. Unidad Didáctica: Electrización por frotación, contacto e inducción Contenido Conceptual: - Conceptos de carga eléctrica. Interacciones y transferencia de carga. Partículas involucradas en el proceso. Efectos macroscópicos de su transferencia. - Electrización de cuerpos mediante frotación. Interacciones entre cuerpos. Procesos microscópicos involucrados y consecuencias y/o manifestaciones a nivel macroscópico. - Electrización por contacto, interacciones entre cuerpos cargados y neutros. Manifestaciones macroscópicas de fenómenos microscópicos. El electroscopio y su funcionamiento. - Electrización por inducción. Polarización de la carga en un cuerpo. Interacciones de cuerpos cargados y neutros. Manifestaciones macroscópicas de fenómenos microscópicos. El electroscopio y su funcionamiento. Contenido Procedimental: - Observan y describen experimentos que tienen relación con los métodos de electrización electrostática. 58 - Realizan relaciones entre fenómenos microscópicos y sus consecuencias a nivel macroscópico. - Resuelven problemas de carácter conceptual realizando predicciones, argumentaciones y esquematizaciones que permitan evidenciar un avance a nivel cognitivo. - Organizan la información recolectada a través de las actividades para realizar generalizaciones y conclusiones. Contenidos Actitudinales: - Respeta las argumentaciones de sus pares y las toma como una oportunidad para alcanzar los objetivos propuestos. - Permite la participación de sus pares en las actividades de carácter grupal valorando los aportes que estos últimos realicen. - Comparte sus avances con sus compañeros de trabajo para que estos últimos alcancen los objetivos propuestos. Objetivo General: - Promover el aprendizaje significativo de los estudiantes sobre los conceptos de carga eléctrica y electrización mediante una secuencia de enseñanza aprendizaje con énfasis en la predicción y argumentación. Objetivos Específicos: - Identificar con las actividades de exploración y un pre test las concepciones alternativas del estudiantado en relación a los fenómenos básicos de la electrostática. - Promover el desarrollo de habilidades de pensamiento científico a través 59 de la realización de las actividades. - Promover la construcción de aprendizajes significativos en el área de la electrostática, específicamente en el área de los métodos de electrización. Aprendizajes Esperados: - Que los estudiantes logren una comprensión de los fenómenos de carga eléctrica y métodos de electrización de tal manera que puedan aplicar dichas construcciones mentales en la resolución de nuevos problemas. - Que los estudiantes desarrollen sus habilidades de pensamiento científico, enfatizando la capacidad de predicción y la argumentación científica. Destinatarios: - Alumnos desde séptimo a cuarto año medio según el curriculum nacional vigente. Temporalidad: - 4 sesiones de 1 hora 30 minutos cada una. Materiales: - Secuencias con sus respectivas actividades de manera impresa por estudiante. - Proyector y computador para mostrar los videos de experimentos a los estudiantes. - Materiales varios si se quiere sustituir alguno de los videos por alguna experiencia en vivo. 60 6. Redes de contenidos En apartados anteriores justificamos desde la literatura el por qué nuestra área escogida de la física fue la electrostática. Ahora nos toca entrar más de lleno a los conceptos que trataremos en particular en nuestra secuencia de enseñanza aprendizaje y su relación con el currículo nacional vigente. A continuación se muestran en orden los conceptos a tratar en cada secuencia de enseñanza aprendizaje a manera de mapas conceptuales para una mejor compresión del lector. Contenidos de la secuencia de enseñanza aprendizaje N°1 La primera secuencia de enseñanza aprendizaje (fig.22) que diseñamos tiene por objetivo ser algo previo a las formas de electrización clásicas. Esta Secuencia tiene como finalidad establecer las bases necesarias en los alumnos que aún no conozcan los conceptos elementales de carga eléctrica. Recordemos que nuestra secuencia fue diseñada para que fuese lo más flexible posible curricularmente hablando. La decisión docente de incorporar esta secuencia previa bien puede pasar por la realización de un diagnóstico que estime conveniente u optar por el pre test que proponemos en nuestro trabajo, el que se expondrá más adelante en la sección de validación de las SEA. 61 Figura 22. Conceptos a trabajar en la SEA N°1 Contenidos de la secuencia de enseñanza aprendizaje N°2 Nuestra segunda secuencia (fig.23) entra de lleno sobre los conceptos que rodean al tema de electrización por frotación, las interacciones entre diferentes materiales y las manifestaciones macroscópicas que podemos evidenciar con cada experiencia. Se decidió trabajar con la serie triboeléctrica para llegar a un consenso sencillo entre los estudiantes sobre qué materiales ceden o ganan electrones al interactuar con otros, con esto logramos una uniformidad en las respuestas de los estudiantes sobre qué cuerpos quedan con carga positiva y cuáles con carga negativa. 62 Figura 23. Conceptos a trabajar en la SEA N°2 Contenidos de la secuencia de enseñanza aprendizaje N°3 Por una razón más bien práctica, se decidió abordar primero la inducción electrostática que la electrización por contacto (fig. 24), esto debido a que cuando uno acerca un objeto cargado a un objeto que esta neutro se evidencia un acercamiento entre ambos objetos y posterior a ello se evidencia el contacto y su manifestación macroscópica de repulsión. Figura 24. Conceptos a tratar en la SEA N°3 63 Contenidos de la secuencia de enseñanza aprendizaje N°4 En la secuencia numero 4 (fig.25) se tratarán los fenómenos relacionados al contacto cuando al menos uno de los cuerpos se encuentra cargado ya sea con carga positiva o negativa. Se decidió culminar con este fenómenos ya que es uno de los que posee mayor nivel de abstracción y dificultades a lo hora de realizar las conexiones entre los fenómenos macroscópicos y microscópicos involucrados. Figura 25. Conceptos a tratar en la SEA N°4 A su vez fue uno de los fenómenos más complejos de grabar sus consecuencias, incluso tuvimos que recurrir a un generador de Van der Graff portátil para hacer más evidente el fenómeno tal como mostraremos en la siguiente sección. En el siguiente capítulo mostraremos los videos que grabamos en el proyecto “Galería Galileo” y que serán parte de las secuencias y sus actividades. 64 7. Videos desarrollados en el proyecto “Galería Galileo”. Como hemos mencionado, dentro del proyecto “Galería Galileo” hemos grabado una serie de experiencias que fueron ocupadas en nuestras secuencias de enseñanza aprendizaje. Nos es grato mencionar que grabamos muchos más videos de los que teníamos presupuestado originalmente, los podrían dar origen a nuevas secuencias en el área del electromagnetismo. A continuación mostraremos sólo los videos que fueron ocupados en el diseño de nuestra secuencia, y una breve descripción sobre en qué consiste cada uno de ellos. Los videos en su totalidad se encuentran anexados en el DVD que acompaña este trabajo. Video N°1: La mano y el globo Figura 26. Demostración sobre carga por frotación Esta experiencia si bien puede parecer sencilla, puede convertirse en un verdadero dolor de cabeza a la hora de realizarla debido a que las condiciones del entorno (como humedad por ejemplo) puede que no sean las apropiadas. La experiencia consiste en dejar colgado un globo de un hilo (para nuestro caso fue un hilo de 2 metros de altura aproximadamente). Posterior a ello se procede a frotar el globo con nuestra mano descubierta. Una vez que frotamos el globo procedemos a retirar 65 la mano alejándola del globo. Como consecuencia de la frotación el globo y nuestra mano quedaran con cargas de diferente signo lo que provocará que el globo se acerque a la mano. Video N°2: Globo v/s Globo Figura 27. Demostración de frotación entre materiales iguales. Experiencia sencilla para que los alumnos realicen una predicción sobre lo que pasará al frotar un globo con otro globo de las mismas características. Se espera que los alumnos den respuestas equivocadas debido al video mostrado anteriormente. Como se espera, no existe ni repulsión ni atracción entre los globos debido a que ambos son del mismo material, lo cual deja en evidencia que para que ocurra el concepto de electrización por frotación una condición importante que debe cumplirse tiene relación con que los materiales que son frotados entre si, deben ser de materiales diferentes. 66 Video N°3: El globo y la lata Figura 28. Demostración del fenómeno de inducción En esta experiencia resalta el fenómeno de inducción electrostática. Se trabaja con un globo y una lata metálica (bien puede ser una lata de bebida). Se frota el globo contra la mesa de vidrio y posteriormente se acerca el globo a la lata. El globo polariza las cargas que están en la lata y consecuentemente la atrae. Posterior a ello se ubica el globo por el otro costado de la lata provocando que la lata se mueva en la dirección opuesta. Este video es fundamental para evidenciar como el movimiento de partículas del mundo microscópico pueden llegar a provocar consecuencias tan notables en el mundo macroscópico. Video N°4: El globo y la arena Figura 29. Demostración de inducción sobre granos de arena 67 En esta maravillosa experiencia se repite el principio del video anterior solo que se realiza con un globo y arena acumulada en una Placa de Petri. ¿Qué tiene de diferente este video del anterior?. Bueno, lo que hace grande a este experimento tan sencillo y asombroso es debido a que una vez que se frota el globo y se acerca a la arena, la arena se acerca por inducción al globo y se queda pegada a este (esto debido a que el globo es de hule y un mal conductor). Lo asombroso es la arena que se queda pegada solo en el sector del globo en el cual fue frotado ya que es en ese sector donde se concentra la carga eléctrica. La carga no se reparte por la totalidad de la superficie del globo debido a que este es un mal conductor Video N°5: Globos contra la pared Figura 30. Demostración de inducción entre un globo y la pared En esta demostración dos personas frotan dos globos cada uno contra la mesa de vidrio. Una vez hecho esto se ponen los globos contra la pared por la parte en que estos fueron frotados y éstos se quedan “pegados” a la pared. Lo anterior debido a que la pared y el globo no son buenos conductores. Se hace la relación por cómo se pegan los globos en una fiesta de cumpleaños en el techo cuando no se posee cinta de pegar. 68 Video N°6: El electroscopio a prueba de balas Figura 31. Demostración de funcionamiento de un electroscopio No creer que es indestructible, sino que es un electroscopio que se puede experimentar fácilmente debido a que se descarga lentamente. Muchos debemos tener la experiencia de haber construido electroscopios pero una vez que se cargan se descargan con facilidad (esto puede ser por diversos factores entre ellos la humedad, el vidrio del recipiente, los materiales para realizar las conexiones, el aire circundante, la grasa del recipiente etc.). Para grabar nuestro video desarrollamos un método con el cual un electroscopio puede durar tiempo suficiente para desarrollar experimentos, incluso da para descargarlo con un material radiactivo. El video consiste en acercar un cuerpo cargado que en nuestro caso fue un generador Van de Graaff portable, y ver como las láminas del electroscopio se alejan cuando se acerca el generador. También se puede realizar el experimento por contacto y ver cómo las paletas del electroscopio quedan separadas y después se juntan al descargar el electroscopio luego de hacer “tierra” con un dedo sobre él. 69 Video N°7: El Fun Fly Stick y la tira de aluminio Figura 32. Demostración de carga por contacto entre un material cargado y uno neutro Nuevamente nuestro generador a la acción, esta vez lo acercamos a una tira de aluminio colgada de un hilo. Primero esta se acerca por inducción y posterior a que toca el generador queda con la misma carga que el generador por lo que se repele debido a que las cargas se traspasan de un cuerpo a otro al entrar en contacto. Este es un valiosísimo video ya que es muy difícil lograr que este efecto se vea tan claro como se ve acá. 70 Video N°8: El Fun Fly Stick y la esfera de aluminio Figura 33. Demostración de interacción por contacto entre un cuerpo cargado y una esfera de mylar. Para terminar de mostrar algunos de los videos que grabamos, cerramos por todo lo alto con el diseño de una esfera creada de tiritas de mylar, la cual al entrar en contacto con nuestro generador se expande en una maravillosa esfera que queda flotando en el aire. Este video será ocupado en una de las actividades de aplicación que se mostrarán en el apartado siguiente. En el siguiente capítulo mostraremos como han quedado las SEA que hemos diseñado con las respectivas orientaciones al docente. 71 8. Secuencias de enseñanza aprendizaje. A continuación se presentan las secuencias que hemos creado en nuestro proyecto. A su vez hemos incorporado de una vez las orientaciones docentes en cada una de las actividades. Por temas de espacio dejaremos para el DVD que se encuentra en los anexos las secuencias sin las orientaciones docentes para que puedan ser aplicadas sin mayor problema por el que consulte este trabajo. Al comienzo de cada actividad se menciona que fase según el ciclo de aprendizaje se está llevando a cabo, llámese exploración, introducción de nuevas variables, estructuración y aplicación. 72 8.1 Secuencia de enseñanza aprendizaje N°1: Carga Eléctrica Cuadro contexto a la problemática. La idea guarda relación con que el docente pueda expandir esta sección y dar una introducción a la problemática en base a fenómenos de la vida cotidiana. Permitir que un par de alumnos expongan a su vez sus En esta sección incentivar a los estudiantes a mencionar situaciones de la vida cotidiana como las que se muestran en los dibujos anteriores expresados de manera escrita. Incentivar a la realización de dibujo. Y que escriban la acción que antecede a los fenómenos. Ej. ¿Qué hice antes de tocar la manilla de la puerta? 73 Fase grupal, en la cual hay que incentivar a los estudiantes a que compartan sus experiencias con el objetivo de construir y recolectar más información sobre la problemática. Fase de encontrar patrones sobre las situaciones antes descritas, con la finalidad de encontrar generalizaciones del tipo: Cuando pasa esto sucede esto y produce este efecto. 74 Espacio para anotar las generalizaciones extraídas de la actividad anterior. Aquí fomentar el uso de predicciones sobre las causas por las cuales suceden los fenómenos agrupados. Incentivar el uso de dibujos de las situaciones para recolectar evidencia. Espacio para anotar las generalizaciones extraídas de la actividad anterior. En esta sección hay que fomentar que los alumnos anoten lo que han aprendido durante la actividad a manera de síntesis. 75 Cuadro para recordar y conocer cuál es el modelo atómico con el cual los alumnos trabajan. Si bien se espera que reconozcan partículas como el protón o el electrón, sería buena oportunidad para mencionar los neutrones. En esta viñeta se trabaja de manera explícita una de las grandes ideas de la ciencia en la cual se sustenta esta Secuencia. Estamos hechos de pequeñas partículas llamadas átomos. Acá, los alumnos recordarán que los protones poseen una carga positiva asociada, los electrones una carga negativa asociada y que los neutrones no poseen carga eléctrica. El objetivo de este recuadro es formalizar la idea del electrón como una partícula fundamental para comprender los futuros fenómenos eléctricos que se abordaran. Revisar y monitorear las respuestas de esta sección antes de continuar a la siguiente. 76 En esta sección los alumnos esbozarán una posible respuesta a la problemática de la alumna de la viñeta. Fomentar que la respuesta que planteen tenga un sustento en lo realizado en las actividades anteriores, que sea “consistente”. Posterior a ello y de discutir y defender su respuesta con sus compañeros, anotarla en la viñeta. Sección para anotar a modo de síntesis lo aprendido gracias a las actividades. Los alumnos pueden revisar lo aquí escrito para recordar conceptos ya aprendidos. 77 El docente acá puede complementar un poco más con más historia de la electrostática. En la bibliografía se adjunta un artículo de apoyo para el docente. Ojo con el concepto de energía mencionado acá. Al inyectar energía al sistema nos referimos a energía térmica o bien a energía asociada a fotones. Dejamos a decisión del docente la profundización de este concepto en función al grupo de trabajo. Acá los estudiantes deben asociar que los cuerpos quedan con carga debido a que ganan o pierden electrones, estos transitan de un cuerpo a otro, no los protones. Fomentar la predicción con la finalidad de extraer concepciones. Puede ser la primera aproximación a al principio fundamental de la electrostática y a las formas de electrización por contacto e inducción. 78 En esta actividad de aplicación el objetivo es aplicar el principio de la electrostática en la resolución de problemáticas. Los alumnos en esta sección dibujarán la nueva posición de las esferas cargadas con la consideración de que cuerpos del mismo tipo de carga se repelen y de carga contraria se atraen. 79 La idea de retomar la actividad de las chispas guarda relación con que los alumnos concluyan en que las chispas se producen cuando tenemos cuerpos que estén cargados e interactúan. Lo anterior se conecta el conocer cuáles son las formas entonces de cargar los cuerpos, que se verán en las siguientes secuencias. 80 8.2 Secuencia de enseñanza aprendizaje N°2: Método de electrización por frotación Esta fase de exploración nos permitirá conocer algunas de las concepciones alternativas que poseen los estudiantes sobre el fenómeno de frotación electrostática. El objetivo es formular predicciones e incentivar la argumentación de éstas, más allá de si están correctas o incorrectas las conclusiones. Recordemos que si es la primera vez que los estudiantes realizan predicciones, monitorear en que no sean adivinanzas, sino que vayan acompañadas de argumentos y que posean algún sustento ya sea correcto o incorrecto científicamente. 81 Mismo que en la situación anterior, fomentar la predicción de forma argumentada. Evaluar cómo va avanzando la calidad de las predicciones y las argumentaciones. Orientar a los alumnos sobre cómo hacer buenas predicciones. Mismo que en la situación anterior, fomentar la predicción de forma argumentada. Evaluar cómo va avanzando la calidad de las predicciones y las argumentaciones. Orientar a los alumnos sobre cómo hacer buenas predicciones. 82 Decidimos incluir la serie Triboelectrica con la finalidad de facilitar el análisis de los cuerpos que quedan cargados positivos y negativos post frotación. Hay que mencionar que la serie Triboelectrica tiene sus detractores debido a que el comportamiento de los materiales es mucho más complejo (sería bueno mencionar esto a los alumnos), pero lo usaremos con fines netamente didácticos. Ejercicio para poner a prueba la comprensión de la secuencia Triboelectrica. Incentivar el dibujo de la distribución de las carga a nivel microscópico para realizar conexiones entre lo micro y lo macro. 83 Problemática similar a la anterior sobre distribución de carga eléctrica post frotación. La actividad sirve a modo de reforzar lo hecho anteriormente. Supervisar que sea consistente con la actividad anterior. Aquí se debe fomentar qué los alumnos expliciten su predicción debido a que la problemática cambia a frotar dos elementos del mismo tipo. Recordemos que cuando se frotan dos elementos del mismo tipo no existe electrización por frotación. El video se mostrará en la siguiente actividad. Cuadro síntesis de la actividad. Bien el docente puede pedir que algunos alumnos expliciten las conclusiones a las que llegaron y las compartan con el resto del grupo curso. 84 Sección de contrastación de predicciones con lo realizado en la actividad 2.2. Modificaciones a las predicciones. Oportunidad de cambio cognitivo. Trabajar con los alumnos cual es la diferencia entre describir lo que sucede e interpretar lo que sucede. Actividad para fomentar el uso de dibujos en las argumentaciones. Supervisar los dibujos de los alumnos para evidenciar mejoras en cuanto a su sustento. 85 Actividad frotación globo con globo, la idea que debe quedar clara en este apartado debe ser que objetos compuestos del mismo material no se cargan al ser frotados. Solo sucede este fenómeno cuando los materiales son diferentes. 86 Problema propuesto para evidenciar el avance del alumno gracias a las actividades anteriores. El problema muestra el experimento en el cual se frota una carcasa de vinilo por el pelo de una niña produciendo que este sea atraído por el vinilo. Se espera que el alumno realice dibujos de la distribución de las cargas y argumente en base a lo anterior el comportamiento del pelo erizado de la niña y que es un fenómeno electrostático. 87 8.3 Secuencia de enseñanza aprendizaje N°3: Método de electrización por inducción Se abarcará primero la inducción electrostática antes que electrización por contacto netamente por temas de diseño didáctico. Cuando se acerca un objeto cargado a uno neutro se evidencia inducción mediante polarización de la carga antes de que los cuerpos entren en contacto. Sección de predicción primero en forma grupal y posteriormente contrastación con el grupo de trabajo. Monitorear el avance en la calidad de las predicciones y argumentaciones. 88 La lata se atrae por la inducción de la cargas a un costado de la lata gracias a que el globo se encuentra cargado. Si se quiere recrear la experiencia se puede hacer ya que es muy sencilla. Por supuesto la lata debe estar vacía para disminuir la masa y por ende su inercia. Recolectar concepciones de los estudiantes en este apartado. Monitorear el desarrollo de dibujos. 89 Esta actividad es similar a la realizada en la Guía 1. Esta de manera intencionada para recordar un concepto importante para la comprensión de la polarización de la carga en un objeto neutro. Aquí se debe monitorear como realizan esta actividad los estudiantes con mucho cuidado ya que es el paso clave. Orientar a los alumnos para que sean consistentes con la actividad anterior. Que dibujen hacia donde se mueve la esfera y porque lo hace. 90 Incentivar a que los alumnos escriban frases y dibujos que permitan generalizar la situación anterior y el “porqué” sucede. 91 La idea es aplicar lo mismo de los dibujos de las esferas anteriores pero ahora a una situación real como lo es el globo y la lata. Enseñar a dibujar la distribución de carga. Cuidado con que los alumnos crean que algo que esta positivo posee solo protones y algo que está negativo posee solo electrones. Expansión de la situación anterior, solo que ahora se realiza un ida y vuelta con la lata. Se espera que se realicen dibujos de la distribución de carga para ambos objetos, tanto para la ida como para la vuelta. 92 Actividad de estructuración, en la cual se realiza una experiencia con un globo y arena. El globo se frota por ende se carga. Posterior a ello se acerca a una capsula Petri llena de arena. Se induce una carga en un costado de los granitos de arena que permite que el globo atraiga a la arena. Ojo la arena solo se acerca al sector en donde fue cargado el globo. (Recordemos que las cargas no se distribuyen por todo el globo al ser frotado debido a que no es un buen conductor) Importante! Aquí hay una oportunidad de conectar un análisis microscópico con una consecuencia macroscópica. Incentivar la realización de un dibujo de la distribución de las cargas en un granito de arena. 93 Actividad adicional para dejar estructurado el concepto de polarización e inducción. En el video se evidencia como al frotar un globo este puede pegarse a la pared. No es necesario introducirse en el concepto de fuerza eléctrica, eso se verá en una secuencia posterior, aunque algunos alumnos ya lo pueden intuir cuando llegan a esta sección sobre que hay una fuerza eléctrica interactuando. 94 Como actividad de aplicación se escogió al electroscopio. Se puede hacer una introducción sobre el instrumento a modo de historia. Se propone que los alumnos puedan construir un electroscopio casero como el que se evidencia en el video. Atención. En este experimento solo se evidencia acercamiento del objeto cargado a la esfera del electroscopio para evitar el contacto y concentrarse en el fenómeno de inducción. En la siguiente secuencia se abordará nuevamente el experimento. 95 Se ocupa un “Fun fly stick”, que no es nada más que un generador de Van Der Graff en miniatura para acercar cargas negativas al electroscopio. Si bien el experimento lo realizamos acercando cargas negativas al electroscopio (por ende las patitas del electroscopio se separaron), si acercamos cargas positivas sucederá lo mismo. Cuadro para realizar síntesis de lo aprendido en la actividad. El docente debe monitorear las conclusiones a las que llegaron los alumnos. 96 8.4 Secuencia de enseñanza aprendizaje N°4: Método de electrización por contacto Se escogió aluminio para la experiencia porque es un material liviano que se puede mover fácilmente. Esperamos que el docente haya monitoreado de tal forma las actividades anteriores de que las predicciones evidencien un aumento de su calidad más que nada en su argumentación. Nuevamente se propone una fase individual y una fase grupal. 97 Contrastación de predicciones para perfeccionarlas en base a la nueva evidencia. Extraer concepciones alternativas de esta sección. Recordar que en esta sección no hay respuestas buenas ni malas (no hacerlo evidente). Evaluar calidad de la explicación en base a los argumentos adquiridos por actividades anteriores. 98 Texto modificado de Física Conceptual 10 ed. Permitir lectura e incentivar que los alumnos comenten lo que entendieron y no entendieron del texto. Los estudiantes desarrollarán la capacidad de expresar en dibujos y esquemas lo comprendido al leer textos como el anterior. 99 Monitorear como están los alumnos dibujando distribuciones de carga. Nunca esta demás repasar el cómo se hace y mencionar que es un esquema simplificado de una situación más compleja. Acá fijarse en que el segundo dibujo posee un conector que es mal conductor, por lo que la carga no pasará a la esfera de metal de la izquierda, solo se quedará en la de la derecha (asumiendo que los soportes son aislantes.) Es una buena oportunidad para trabajar la repasar la idea de conductores y malos conductores. 100 Revisión de la actividad de la fase de exploración, ahora con las nuevas variables adquiridas en la actividad anterior. Fomentar el dibujo de distribución de cargas antes y después del contacto. Aquí retomamos la actividad del electroscopio pero ahora con contacto con la esfera superior. La predicción será contrastada con lo que sucede en el video que se muestra posteriormente. Es de esperar que las placas del electroscopio se separen y queden así unos segundos hasta que se descarguen. 101 Como lo hicimos anteriormente, monitorear las conclusiones que se extraen de la actividad. Fomentar la discusión grupal. 102 Actividad en la cual nuestro generador Van der Graff portátil toca una esfera hecha de pequeñas tiras de mylar. La carga se distribuye por todas las tiras produciendo que se forme una esfera debido a la repulsión de las tiras de aluminio que quedan con la misma carga eléctrica. La esfera se aleja del Van der Graff debido a que también esta negativo. A continuación expondremos explícitamente la metodología ocupada al momento de la aplicación con el fin de que el proceso de validación y análisis sea lo más transparente posible. A su vez se expondrán las limitantes que tuvimos a la hora de aplicar las secuencias y que deben ser consideradas a la hora de realizar lectura de los análisis expuestos en apartados posteriores. 103 9. Metodología Antes de pasar a la sección de validación y posterior análisis de los datos obtenidos por la secuencia, consideramos importante explicitar la metodología que ocupamos para la extracción de datos, las limitaciones que tuvimos que sortear y las que no pudimos sobrepasar en la fase de aplicación. La muestra sobre la cual se realizó la aplicación La muestra de estudiantes a los cuales se les aplicó los instrumentos pertenece al Colegio Apumanque ubicado en la ciudad de La Calera, V Región. En la actualidad es un Colegio de dependencia particular subvencionado que cuenta con educación parvularia (Niveles Medios, pre-kinder y kinder), educación básica (de primero a octavo básico) y educación media científico-humanista (primero a cuarto medio). El colegio es diurno, mixto y posee jornada completa en todos los niveles. Debido a que las secuencias debían implementarse durante el mes de octubre y dado que abarcan conceptos de electrostática, no fue posible su aplicación a alumnos que se encontraban cursando cuarto año de enseñanza media ya que éstos ya habían visto dichos conceptos durante los primeros meses del año escolar presente. Se debe mencionar que no pudimos implementar la secuencia en un curso completo debido a que los contenidos no cuadraban con lo que se estaba abordando temporalmente en ningún curso. En consecuencia de lo anterior, tomando en consideración dichas limitantes y en base a que las secuencias fueron diseñadas transversalmente para ser ocupadas en diversos niveles educativos según currículo vigente, se procedió a realizar la fase de aplicación con seis alumnos los cuales 3 pertenecían a primero, 2 a segundo y 1 a tercer año medio. 104 Debido a dificultades con los horarios los alumnos aceptaron quedarse post clases regulares en el establecimiento para trabajar en las secuencias, ello implicó comenzar las secuencias los días jueves a las 17: 15 hrs aproximadamente, las cuales terminaban 1 hora y 30 min más tarde, es decir, a las 18: 45 hrs. Es importante que el lector tome en consideración el cansancio de los participantes después de haber tenido una jornada extensa desde las 8:00 am hasta las 17:05 pm. Los estudiantes fueron escogidos considerando sus calificaciones generales en el establecimiento, de manera que los promedios finales de los estudiantes en el área de las ciencias fuesen lo más heterogéneos posibles. Los alumnos poseían los siguientes promedios en sus calificaciones de física (48, 52, 55, 57, 63, 68). Sobre el contexto de aplicación de las secuencias. Sobre el contexto en el cual se extrajeron los datos podemos resaltar lo siguiente: A los alumnos se les esperaba en el laboratorio del colegio el cual cuenta con computador y proyector, se entregaba una copia de cada secuencia para cada uno y se sentaban en forma rectangular tal como evidencia el siguiente esquema (fig.34). Figura 34. Distribución de los participantes en la fase de aplicación. Del 1 al 6 corresponde a la posición de los alumnos. 7 corresponde a la ubicación del profesor y 8 corresponde a la posición de las proyecciones. 105 La cantidad de alumnos que escogimos es pequeña, sin embargo debido a la cantidad de secuencias, multiplicado el número de actividades y tareas por la cantidad de alumnos, se obtiene una gran cantidad de respuestas para analizar, que se ajustaron de buena manera al tiempo que teníamos para culminar este proyecto. Se consideró el siguiente banco de datos para realizar el análisis correspondiente (Ver Tabla 4). Tabla 4. Banco de datos en relación al total de respuestas y consideradas para el análisis Datos Numero Porcentaje Actividades 108 100% 24 22% 642 100% 186 30% realizadas Actividades analizadas Respuestas de los estudiantes Respuestas analizadas En el siguiente capítulo de validación interna de las secuencias expondremos algunos de los cambios propuestos que nacieron post aplicación de las actividades. A su vez se procederá a realizar una validación externa mediante el modelo correspondiente de Stake revisando en paralelo lo que nuestra secuencia plantea y lo que las otras secuencias analizadas proponen. 106 10. Validación Interna de la Secuencia de Enseñanza Aprendizaje. Elliot (1990), plantea un ciclo que involucra tanto la teoría como la práctica (fig.35) cuya finalidad es plantear soluciones a problemas cotidianos que enfrentan los docentes que se dan en el ámbito práctico de aplicación de una investigación para cruzar dicha información con la teoría revisada previamente, a fin de promover propuestas de mejora constantes. Figura 35. Ciclo conformado de las fases de planificación, acción, observación y reflexión A continuación explicaremos en qué consiste cada una de las fases observadas en la figura anterior aplicada a nuestra secuencia de enseñanza aprendizaje, y las propuestas de mejora que emanan de dicho análisis. 107 Fase de planificación: Esta fase corresponde a la elaboración previa del proyecto, la correspondiente revisión de la literatura y todos los insumos necesarios que fueron recolectados y que sustentan, en nuestro caso, la SEA. Fase de acción: Corresponde a la puesta en práctica de nuestra SEA, la participación que tienen los estudiantes en la realización de las actividades y recolección de los cambios que se produjeron durante la aplicación. Fase de Observación: Es en donde se observan los cambios realizados de forma inmediata y se recolecta la información necesaria para la planificación de futuros cambios. Fase de reflexión: Es el proceso de evaluación y reflexión de los insumos recolectados anteriormente, en donde se realiza la toma de decisiones, se explicitan e incluyen los cambios futuros que tendrá la secuencia. En base a lo planteado, algunos de los cambios que debemos introducir a nuestra secuencia en una versión 1.2 de la misma serían los siguientes: Elementos a modificar - Disminuir, en función al tiempo, el número de ejemplos que se pide a los alumnos en ciertas situaciones (Como en la actividad 1.1). - Revisar errores en la redacción de ciertas actividades. - Revisar las actividades que pidan reflexión en exceso con la finalidad de acomodarse al tiempo de aplicación. 108 Resumen de los cambios realizados en la secuencia original basados en el ciclo de Elliot (1990). Actividad Descripción del cambio Secuencia 1,2,3,4 Reducción del número de Tiempo para realizar las planas por Justificación secuencia. secuencias. Ahora son 2 planas por fase. Secuencia 1,2,3,4 Se introducen en las Como método actividades la indicación recolectar de concepciones de dibujar esquemas de de los estudiantes en la las situaciones planteadas. fase exploratoria y en las demás fases para recolectar más insumos de concepciones y sus evoluciones. Secuencia 1,2,3,4 Se introducen en las Con la finalidad de indicaciones docentes la aumentar la flexibilidad posibilidad de recrear los de la secuencia. experimentos mostrados en los videos si el docente lo estima necesario y posee los medios para realizarlo. Secuencia 1,2,3,4 Se dejan en la secuencia La justificación se basa en elementos solo diseñar conceptuales para tratar flexible los conceptos una secuencia debido a los de cambios en el currículo. electrostática. 109 Secuencia 1,2,3,4 Se introducen comienzo de en el Para reducir los tiempos cada empleados por los actividad, una foto del alumnos en el dibujo de la video que se ocupará situación inicial. durante dicha actividad. En el siguiente capítulo explicitaremos el proceso de validación externa por el cual fue sometida nuestra SEA. 110 11. Validación externa de la SEA mediante el modelo de Stake. Para la validación externa de nuestra secuencia de enseñanza aprendizaje hemos adoptado el modelo de Stake (1967) en el cual respondiendo a las demandas de los diversos actores educacionales, elaboró un diseño en el que su foco central son los problemas y situaciones reales que suceden en la práctica educativa, lo anterior es fundamental debido a la creciente implicación que tienen los docentes en los procesos de planificación, implantación y evaluación. Stake organiza a modo de tabla con casillas (fig.36) los diferentes criterios que debe cumplir una SEA, en donde se toman en consideraciones la planificación de la SEA como sus intenciones, la situación inicial de los estudiantes al aplicar la secuencia, lo que ocurre en la realidad al aplicar la SEA y el correspondiente análisis post aplicación. Las características expuestas por el diseño de Stake lo hacen un modelo de carácter global, clarificador y didáctico. Figura 36. Diseño respondiente, tomado de Stake (1967) En las páginas siguientes expondremos las características que hemos extraído desde nuestra secuencia en base a los criterios mencionados anteriormente, se explicitará en qué consiste cada casilla propuesta por el modelo de Stake, y su aplicación a nuestra secuencia de enseñanza aprendizaje. 111 Casilla 1. Previsión de la situación inicial En la siguiente tabla se presentarán las previsiones iniciales de las secuencias de enseñanza aprendizaje que desarrollamos para este proyecto de seminario. Previsión de la situación inicial Secuencia de enseñanza aprendizaje propuesta ¿Qué se hace? Se realiza un pretest antes de comenzar la implementación de las 4 secuencias de enseñanza aprendizaje (basadas en el ciclo propuesto por Sanmartí) las cuales mediante las fases de exploración, introducción, estructuración y aplicación promueven elementos argumentativos y predictivos en los estudiantes al tratar conceptos de electrostática mediante videos de experimentos. Los problemas abordados en las actividades son de carácter conceptual. Se realiza un postest para evaluar el aprendizaje e impacto de la secuencia en el estudiante. ¿Por qué se hace? Con la finalidad de sortear la problemática experimental en diferentes contextos educativos mediante videos interactivos de fenómenos físicos con su correspondiente guía indagatoria. ¿Quién lo hace? El docente mediante la mediación y la aplicación de una serie de actividades de la SEA. ¿Para quién? Para alumnos de enseñanza básica y/o media (Séptimo básico hasta Cuarto medio) ¿Para qué? Para promover la comprensión de fenómenos electrostáticos y revenir la perpetuación de concepciones erradas ocupando la predicción y la argumentación científica como recurso. 112 ¿Cuándo? Variable, depende del curriculum escolar ¿Dónde? En una sala de clases, sala de computación o laboratorio de acuerdo a las posibilidades y disponibilidades. ¿Cómo? Mediante grupos de trabajo de 3 o 4 alumnos y el docente mediando las actividades de la secuencia. ¿Con qué? Con las actividades de forma impresa y un proyector para mostrar los experimentos interactivos a los estudiantes cuando corresponda. Resultados esperados Que los alumnos comprendan fenómenos electrostáticos (frotación, contacto e inducción) gracias a los experimentos grabados y las actividades de la SEA. Se espera que sean capaces de aplicar los conceptos interiorizados en la resolución de nuevas problemáticas promoviendo a su vez habilidades argumentativas y predictivas. 113 Casilla 2. Actividades Se describirán algunos aspectos de las actividades que se proponen en la secuencia de enseñanza aprendizaje propuesta. Actividades Secuencia de enseñanza aprendizaje propuesta. ¿Qué debe hacerse en las actividades? Responder según lo que se pida en cada recuadro, en general se pide realizar (después o antes de observar los videos) observaciones, descripciones, predicciones, argumentaciones y dibujos que acompañen la mayoría de las respuestas. Las actividades abarcan fenómenos relacionados con fenómenos de carga eléctrica, frotación, contacto e inducción. ¿Qué puede hacerse en las actividades? Observar, dibujar, argumentar, predecir, comparar, buscar causas y efectos. Replicar experiencias ejemplificadas en los videos, crear nuevas experiencias. ¿Quién realizará las actividades? Estudiantes ¿Para qué realizaran las actividades? Para comprender fenómenos electrostáticos y extrapolar lo aprendido en la resolución de nuevas problemáticas. Promover la mejora de las habilidades de predicción y argumentación en base a la indagación de problemas. Profesor a cargo Profesores de ciencias en enseñanza básica. Profesores de física de enseñanza media. Actividad Basadas en el ciclo propuesto por Sanmartí. Exploración, introducción, estructuración y aplicación. 114 Materiales Proyector para los videos. Fotocopias con las actividades (30 planas las 4 secuencias de enseñanza aprendizaje). Materiales extra si el docente quiere recrear la experiencia en la sala de clases. Duración 4 sesiones de 1 hora y 30 minutos. 115 Casilla 3. Efectos esperados En el siguiente apartado se muestra una tabla de las habilidades de pensamiento que se espera promover con las actividades de la secuencia de enseñanza aprendizaje propuesta. Se realizaron las siguientes tablas considerando si estaba o no presente el desarrollo de las habilidades según la taxonomía revisada de Bloom. Se clasifica con un símbolo “+” si dicha habilidad se promueve en la actividad correspondiente. 116 117 Casilla 4. Características Reales de la situación inicial. Para conocer el estado inicial de los estudiantes antes de la aplicación de las secuencias de enseñanza aprendizaje se procedió a realizar un pre test sobre conceptos básicos de carga eléctrica y métodos de electrización. Se flexibiliza para que el docente pueda agregar preguntas pertinentes de acuerdo a nivel educativo en el cual este trabajando y vaya a aplicar la secuencia. El pretest se expone a continuación: Electrostática: Pre-Test Nombre: Curso: Parte I. Selección múltiple. 1. Cuando un ion negativo es formado, un átomo debió a) perder un electrón b) perder un protón c) ganar un electrón d) ganar un protón 2. El núcleo de un átomo contiene a) electrones positivos y neutrones neutros b) protones positivos y neutrones neutros c) electrones negativos y neutrones neutros d) electrones negativos y neutrones negativos 3. Supone que tú y tu compañero poseen dos globos iguales inflados colgando de hilos. Si tu compañero frota cada uno de los globos con tu pelo y luego los deja colgando cercanos entre sí: a) los globos de repelerán b) Los globos se atraerán c) primero se acercan y luego se atraen d) no se verán afectados y permanecerán quietos 118 4. Si los globos del problema anterior se frotan uno con el otro y se dejan colgando de sus respectivos hilos a) los globos de repelerán b) Los globos se atraerán c) primero se acercan y luego se atraen d) no se verán afectados y permanecerán quietos 5. Cuando una barra positiva entra en contacto con una esfera en estado neutro que se encuentra colgado de un hilo, la esfera: a) Quedará con carga negativa b) Quedará con carga positiva c) Quedará en estado neutro d) La barra y la esfera quedarán en estado neutro 6. Cuando una barra negativa se acerca a una esfera neutra que se encuentra colgando de un hilo. La esfera. a) Se alejará de la barra b) Se acercará a la barra c) Permanecerá inmóvil d) se aleja y después se acerca a la barra. 7. Cuando una peineta de plástico es frotada con un trozo de piel de animal y es acercada a un fino chorro de agua, el chorro: a) es atraído por la peineta b) repelido por la peineta c) no es afectado por la peineta d) primero atraído y después repelido 119 Parte II. Responde las siguientes problemáticas 1. A continuación realiza un dibujo sobre cómo se moverán las siguientes esferas que se encuentran colgando si poseen las cargas que se muestran en la figura. Explica a continuación el porqué de tus respuestas. 2. Observa la siguiente viñeta en la cual un profesor realiza un experimento con su alumna ¿Por qué crees que a la alumna le sucede eso con su pelo? Apóyate con dibujos para explicar la situación. 120 Casilla 5. Aplicación de las actividades previstas A continuación se exponen algunos de los apuntes que hemos registrado durante la fase de aplicación de las secuencias de enseñanza aprendizaje. Se han registrado datos generales sobre el proceso de aplicación, en el apartado de análisis se profundizará en este ámbito. ¿Qué se hace durante la aplicación? Se completan los cuadros disponibles para cada actividad. Se realizan dibujos, se escriben observaciones, predicciones, argumentaciones etc. Se promueve la discusión de ideas. ¿Quién lo hace? Los alumnos guiados por el profesor. ¿A quién va dirigido? A alumnos desde Séptimo Básico hasta alumnos de Cuarto Medio. ¿Para qué lo hace? Para promover el aprendizaje de fenómenos de electrostática. ¿Cuándo se hicieron las actividades? Durante el Mes de Octubre ¿Qué materiales se utilizaron para realizar las actividades? Las guías de actividades de manera impresa, una para cada estudiante. Proyector para exponer los videos con los cuales se trabaja. 121 ¿Con qué alumnos se trabajó? Con 6 alumnos, dos de primero medio, dos de segundo medio y dos de tercero medio. Frecuencia de las sesiones Una sesión por semana. Duración de las sesiones Una hora + 30 min Casilla 6. Efectos reales que se producen durante la fase de aplicación. En la siguiente casilla corresponde mencionar algunos efectos que emergieron durante la aplicación progresiva de las secuencias de enseñanza aprendizaje. Se explicitan unos logros inmediatos y efectos que esperábamos provocar, a su vez también se mencionan algunos efectos inmediatos no buscados que emergieron de la aplicación de las actividades. Efectos Buscados. - Promueve el debate de ideas. - Promueve la habilidad de observación, predicción y argumentación entre otras. - Promueve el trabajo de los alumnos por sobre el del profesor.. Efectos No Buscados. - Exceso de discusión en secciones individuales. - Copia de ideas por sobre generar las propias. 122 - El tener que limitarse a no responder ciertas inquietudes para no «perjudicar» la siguiente actividad. Casilla 7. Previsión de la situación inicial de las secuencias analizadas a modo de comparar. En la siguiente tabla se exponen las previsiones que consideran las secuencias de actividades que consideran los textos analizados en apartados anteriores a modo de comparar lo realizado en nuestra SEA. Previsión de la situación inicial Libro de texto MINEDUC enseñanza básica Libro de texto MINEDUC enseñanza media ¿Qué se hace? Mediante investigaciones dirigidas se Mediante la estructuración de parte poniendo en práctica lo que los contenidos (en este caso electrostática), alumnos saben de modo de preparar las concretar los objetivos de aprendizaje actividades posteriores. indicados en el marco curricular. Se Se realizan actividades que permiten al comienza con una evaluación alumno comprender una aproximación a diagnóstica y luego una actividad los fenómenos eléctricos, poniendo exploratoria experimental (acumulador énfasis en científica, actividades de investigaciones lectura de Leyden). guiadas, Posterior a ello se presentan contenidos intercambio de ideas con sus pares con estructurados en formato texto de forma la finalidad de responder preguntas que tradicional con mini laboratorios para evidencian actividades. el impacto de las complementar. No se presentan nuevas problemáticas a resolver en el texto del estudiante, si en la guía didáctica para el docente. (2 problemáticas de inducción 123 electrostática) ¿Por qué se hace? Con la finalidad de proporcionarle al Con la finalidad de acompañar al docente y al alumno un texto que docente en el proceso de enseñanza contenga actividades que le permitan aprendizaje, esto mediante un texto para alcanzar de mejor manera el aprendizaje el estudiante y una guía didáctica para de contenidos relacionados a la el docente en la cual se incluyen electrización de cuerpos, promoviendo orientaciones metodológicas. habilidades tales como la observación, la capacidad de realizar inferencias y reconocer causas/efectos. ¿Quién lo hace? El docente mediante la mediación de las El docente mediante la mediación con actividades que el texto plantea. las actividades propuestas en el libro de texto. ¿Para quién? Para alumnos de enseñanza básica. Para alumnos de Cuarto medio. ¿Para qué? Para promover la comprensión de Para avanzar en los contenidos del nivel fenómenos electrostáticos de nuestra y concretar los objetivos de aprendizaje vida cotidiana. indicados en el marco curricular. ¿Cuándo? Cuarta unidad de Sexto básico. Primera unidad de Cuarto medio. ¿Dónde? Sala de clases. Laboratorio para algunas Sala de clases. experiencias. ¿Cómo? Mediante actividades grupales e Mediante actividades grupales e individuales dependiendo del tipo de individuales dependiendo del tipo de actividad. actividad. 124 ¿Con qué? Texto impreso, se solicitan materiales Libro de texto. de acuerdo a las experiencias que se quieren replicar en las investigaciones dirigidas. Resultados esperados El estudiante conocerá los procesos Reconocer los tipos de carga eléctrica mediante los cuales un objeto es (positivo cargado eléctricamente. negativo y neutro), sus interacciones, los tipos de materiales Comprenderá el comportamiento de los (conductores y aislantes) y métodos de objetos cargados. electrización (frotación, contacto, inducción, piezoeléctrico, termiónico y fotoeléctrico). Resolución de problemáticas con relaciones matemáticas. 125 Casilla 8. Actividades de las secuencias analizadas a modo de comparar. En la siguiente tabla se describirán algunos aspectos de las actividades que se proponen en las secuencias de enseñanza aprendizaje de los libros de texto que analizamos en apartados anteriores. Actividades Libro de texto MINEDUC enseñanza Libro de texto MINEDUC enseñanza básica media ¿Qué debe hacerse en las actividades? Se plantean algunas palabras de En la fase exploratoria, construir un vocabulario (frotación, contacto, acumulador de Leyden mediante una inducción por ejemplo) y se pide guía propuesta con los paso a seguir. mencionar lo que se sabe sobre tales Construcción de un péndulo eléctrico palabras, lo que se quiere saber y con una guía pasó a paso. después de la unidad anotar lo que se Resolución de problemas algebraicos. aprendió. Responder preguntas cortas para Responder preguntas que promueven las evaluar el proceso. observaciones y las inferencias, Construcción de un electroscopio. posterior a realizar una experiencia Se agregan 2 a 3 preguntas de “análisis” (investigación dirigida). Lectura científica y preguntas posterior a la construcción de cada de experimento. respuestas cortas para evaluar proceso. Anotar en un esquema las causas y los efectos en cada experiencia. Actividad evaluativa final como preparación de examen. ¿Qué puede hacerse en las 126 actividades? Realizar experiencias, comparar, Realizar/construir experimentos, observar, inferir, escribir conclusiones y analizar y escribir conclusiones. análisis de las experiencias replicadas. Resolver problemáticas algebraicas. ¿Quién realizará las actividades? Estudiantes Estudiantes ¿Para qué realizaran las actividades? Para comprender fenómenos Para estudiar las interacciones de los electrostáticos y extrapolar lo aprendido cuerpos cargados. No se evidencia una en la comprensión de situaciones de la habilidad a la cual se le dé énfasis en vida cotidiana. Promover la mejora de las actividades. habilidades de observación e inferencia. Profesor a cargo Profesores de ciencias en enseñanza Profesores de física de enseñanza básica. media. Actividad Mediante investigaciones guiadas. Construir experiencias. Resolución de ejercicios. Materiales Libro de texto. Libro de texto. Globo, cordel, trapo de lana, gelatina en Alambre de cobre, aluminio, botella, polvo, cartulina. Sal. plumavit, corcho, regla, globo, tijera, alicate. Duración 2 a 3 sesiones. 2 Sesiones. 127 Casilla 9. Efectos esperados de las secuencias de los libros analizados. A continuación se muestra una tabla de las habilidades de pensamiento que se esperan promover con las actividades de las secuencias de enseñanza aprendizaje propuestas en los libros analizados en apartados anteriores. Se clasifican las actividades por habilidades a promover tal como lo realizamos en la casilla número 3. 128 129 130 Casilla 10. Visión del autor sobre como evaluar el aprendizaje en electrostática. En relación a cómo evaluar si los estudiantes han logrado aprendizajes sobre los fenómenos de la electrostática y para ser consistentes con los modelos adoptados desde la literatura por el autor sobre cómo diseñar una secuencia de enseñanza aprendizaje considerando criterios que apuntan a alcanzar una eficiencia educativa en la enseñanza de las ciencias, proponemos que cuando los estudiantes son capaces de construir sus conocimientos sobre algunos de los fenómenos planteados en nuestras secuencias y éstos son capaces de aplicar dichos insumos y resolver de manera argumentada tanto de forma oral como escrita una nueva situación problemática que vaya en concordancia con lo construido anteriormente y evidenciando un cambio conceptual con respeto a su estado inicial, entonces podemos emitir el juicio de derimir que hemos promovido de buena manera en el estudiante el aprendizaje significativo de los fenómenos abordados. Es en este punto donde terminan nuestros esfuerzos de promover aprendizajes con la SEA propuesta. De aquí en adelante y según el contexto en el cual se esté trabajando, el siguiente paso a consolidar una vez establecidas las bases sólidas conceptuales, se debe proceder a construir una secuencia que promueva la inclusión de la resolución de problemas de carácter matemático con algún tipo de cálculos numéricos, y la resolución de ecuaciones de manera que completar las conexiones entre los fenómenos del mundo microscópicos y sus consecuencias en el mundo macroscópico con las relaciones simbólicas. 131 Casilla 11. Propuesta desde la literatura sobre como evaluar el aprendizaje en electrostática. En el contexto de nuestra realidad nacional, el ministerio de educación a través de sus planes y programas explicita su propuesta de cómo evidenciar si un alumno ha alcanzado los aprendizajes propuestos. Para ello proponen que además de evidenciar un dominio a nivel de los contenidos los alumnos debiesen poder comunicar las ideas y principios físicos que explican los fenómenos sencillos acerca de la naturaleza eléctrica de los cuerpos. A su vez proponen realizar preguntas, problemas o actividades que permitan evaluar el grado de comprensión del alumnado sobre los principios y leyes físicas involucradas desde un punto de vista tanto cualitativo como cuantitativo donde los problemas deben implicar por lo general un análisis con cálculos numéricos sin dejar de lado el ámbito conceptual. Dichas preguntas realizadas al alumnado deben referirse a situaciones cotidianas de las cuales se extraiga el problema que resuelve formalmente en términos matemáticos la física. Sin embargo los planes de estudio proponen explícitamente que sea el profesor quien, en último término, seleccione los elementos que utilizará considerando la realidad de su entorno escolar. Como podemos evidenciar y en contraposición a la visión del autor de la secuencia de éste seminario, el contexto nacional solicita abarcar de manera conjunta las relaciones conceptuales y simbólicas. A su vez en los planes y programas no se hace referencia a ámbitos de argumentación a la hora de resolver las problemáticas y más aún termina dando libertades al docente con respecto de su realidad escolar, lo cual va en contra posición a lo planteado en la evaluación PSU para los alumnos que salen de Cuarto año Medio en la cual se les pregunta a todos los alumnos exactamente lo mismo sin tomar en consideración el contexto en el cual desarrollaron su enseñanza media. 132 Casilla 12. Juicio final del autor sobre la secuencia de aprendizaje propuesta. Para culminar la sección de validación expondremos algunos puntos sobre lo que se logró y no se logró con nuestra secuencia de enseñanza aprendizaje contrastando a su vez con lo evidenciado en las actividades de las otras secuencias analizadas: - Se logró construir una secuencia de enseñanza aprendizaje contextualizada al entorno escolar donde se aplicó, la que es flexible curricularmente y que puede ser empleada por docentes en diferentes niveles. - La secuencia del presente seminario es una opción válida para trabajar los conceptos de electrostática con énfasis en las habilidades predictivas y argumentativas. Encontramos otra secuencia igualmente valida en el análisis del libro de enseñanza básica la cual pone énfasis en la observación y la inferencia. - No logramos incorporar relaciones con el ámbito simbólico en nuestra secuencia de enseñanza, sin embargo se trabajan a cabalidad las conexiones entre el ámbito microscópico y macroscópico. - En base a la realización de las casillas antes expuestas, hemos encontrado que nuestra secuencia trabaja una mayor cantidad de habilidades de pensamiento científico que las otras secuencias analizadas, sin embargo es una secuencia extensa que debe ser reanalizada con relación a los tiempos que se poseen para aplicarla, en especial en cuarto año medio debido a los dos horas pedagógicas que se poseen semanalmente. - Nos encontramos con muchas limitantes a la hora de aplicar la secuencia en el establecimiento educacional escogido que no pudimos sortear e influyeron 133 significativamente en la cantidad de datos que poseemos para analizar y en el análisis mismo de los datos. Dichas limitantes se deben a factores externos que no se pueden controlar al realizar una investigación con los tiempos designados para cada fase en base a la estructuración del programa de seminario. A continuación expondremos en su totalidad el análisis de datos correspondiente. Tome en consideración el lector las limitantes expuestas en párrafos anteriores. 134 11. Análisis de datos y resultados Debido a las limitantes de nuestra investigación realizaremos análisis de las fases de exploración y de las fases de aplicación de nuestra secuencia. La fase de exploración fue la escogida ya que es el punto de inicio de las secuencias y en donde los estudiantes explicitan sus ideas previas sobre los conceptos que se trabajarán. La idea es extraer las concepciones de los estudiantes, analizar sus niveles de argumentación en la resolución de problemas y contrastarlo con las ideas que plasman en la fase de aplicación y post test sobre la noción científica que se abordó en las secuencias y evidenciar el avance en las argumentaciones que realizan a la hora de resolver un problema. El post test se realizó un mes después de que terminase la última secuencia y consistió en el mismo pre test del cual no se les dieron las respuestas a los estudiantes en su tiempo. Para realizar el análisis de los datos se procedió a ocupar un software de análisis de datos cualitativos: Atlas Ti. En él se codificó la información y la pasamos a tablas de gráficos para facilitar al lector las concurrencias en las ideas previas de los estudiantes y evidenciar el avance en la comprensión de la noción científica y las argumentaciones (fig.37). 135 Figura 37. Codificación de la información en Atlas.Ti 7. El análisis completo de los datos como también el material bruto realizado en Atlas Ti se encuentra en los anexos de este trabajo. Las secuencias, como material bruto realizadas por los estudiantes, fueron escaneadas y se pueden revisar en el DVD anexo de este trabajo. Se expone un resumen del paso a paso del análisis de los datos. 1. Escaneo de todas las actividades a analizar (pretest, actividades de exploración, actividades de aplicación y post test) y traspaso a formato Jpeg (formato imagen compatible con Atlas.Ti). 2. Se introducen todos los insumos en el software Atlas.Ti de manera ordenada, guardando la información en carpetas por estudiante analizado. 3. Se realizan codificaciones de las respuestas de los estudiantes y se agrupan en familias de códigos. Se extraen en familias de ideas previas explicitadas en las respuestas. 136 4. Se traspasa la información de las ideas previas a gráficos de frecuencia para posterior análisis por grupo de trabajo y por estudiante individualmente. 5. Se extraen las respuestas de los alumnos en las secciones escogidas para análisis, se contrasta un ejemplo del estado inicial de los estudiantes con respecto al estado final de los estudiantes, se discute tanto el cambio conceptual de los estudiantes como su evolución a nivel de argumentación. 6. Se realizan discusiones de la opinión que expresaron los estudiantes al terminar el proceso de la secuencia. 7. Se realizan discusiones generales del análisis y las respectivas conclusiones. A continuación se realizará un resumen del análisis de las concepciones por alumno y las argumentaciones en las secuencias tempranas. Comencemos con un resumen de todas las concepciones extraídas de las actividades de exploración para posteriormente profundizar en cada alumno individualmente. 137 Ideas Previas (-) Desconoce la carga por frotacion Iones negativo tienen menos electrones Al frotar dos objetos de diferente material estos se atraen porque intercambian electrones Al frotar dos objetos de diferente material estos se atraen porque intercambian electrones Objeto neutro cerca de un objeto cargado se repele Los objetos generan cargas al entrar en contacto con otro objeto cargado Carga por frotacion no funciona con aislantes Objetos de igual material al frotarlos adquieren carga electrica En la frotacion solo un objeto queda cargado Desconoce la carga por contacto. Desconoce la atraccion entre objetos neutros y cargados Frecuencia Ideas previas del grupo. Gráfico de la frecuencia de las ideas previas presentes en el estado inicial de los estudiantes. 14 12 10 8 6 4 2 0 El grafico anterior recopila las ideas previas del grupo al cual fue aplicado la secuencias, las cuelas se extrajeron del pre test y las actividades de exploración de realizadas por cada estudiante. El eje “X” corresponde a las ideas previas y el eje “Y” corresponde a la frecuencia con la cual se repiten dichas ideas previas. 138 Al realizar una primera lectura de las concepciones nos podemos dar cuenta de la gran cantidad de ideas previas en el ámbito de la inducción electrostática, en donde muchas son por desconocimiento del fenómeno. Seguido de lo anterior, la más frecuente es la de frotación de cuerpos del mismo material con las ideas de inducción por polarización tal como habíamos revisado en la literatura (Furio y Guisasola, 1998a), lo cual nos da un buen indicio de que nuestras fases de exploración y pre test diseñados si lograron extraer concepciones que se encuentran en la literatura revisada. Supuestamente los estudiantes que son de enseñanza media revisaron estos conceptos cuando se encontraban en séptimo básico, sin embargo nos podemos dar cuenta de que muchas ideas siguen estando ahí y no han cambiado en lo más mínimo siendo que ellos expresaron antes de comenzar las secuencias de que “habían visto” lo que se iba a abordar en las actividades. Pasemos al análisis individual por alumno para entrar más en detalle. Estado inicial alumno N°1 Gráfico de frecuencia de ideas previas del alumno N°1 en su estado inicial 3,5 3 Frecuencia 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Desconoce la atraccion entre objetos neutros y cargados Desconoce la carga por contacto. En la frotacion solo un objeto queda cargado Objetos de igual material al frotarlos adquieren carga electrica Ideas Previas (-) 139 El grafico anterior muestra el estado inicial de ideas previas pertenecientes al alumno N°1, en un gráfico de frecuencias en donde se evidencia que predomina la idea de desconocimiento sobre la atracción de objetos neutros con objetos cargados. Nuevamente algunas de las concepciones que extraemos de las respuestas de este alumno ya fueron vistas en el apartado de concepciones alternativas en páginas anteriores (Criado, 200), por lo que las fases previas a la construcción de los conceptos en sí cumplieron su cometido. Pasemos a analizar una respuesta del estudiante en su estado inicial evidenciado en el pre test. Figura 38. Respuesta nula de un estudiante a un problema clásico de electrostática Como podemos evidenciar en la respuesta anterior (fig.38), el alumno no realiza la más mínima argumentación en el pre test cuando se le pregunta por un fenómeno clásico de electrostática. Esto tiene relación directa con las concepciones que extrajimos de sus respuestas, era lógico de pensar que si 140 desconocía el fenómeno de frotación e inducción no iba a ser capaz de dar una respuesta a una problemática como la planteada. Ahora evidenciemos su respuesta en el post test aplicado más de un mes después del haber realizado la respuesta anterior. Evidencia del estado final del alumno N°1 Figura 39. Respuesta del post test de la misma pregunta posterior al haber pasado por las secuencias. Como podemos observar (fig.39), no solo ahora hay un argumento visible, sino que también es de buena calidad. Hace uso de la escala triboeléctrica adquirida en la secuencia y asume que el pelo es mejor conductor que el vinilo por lo que el vinilo queda con carga negativa y realiza la conexión entre el fenómeno 141 microscópico con el fenómeno macroscópico observable el cual es el pelo que se atrae al vinilo porque poseen diferentes tipos cargas. Esta evidencia es reflejo de un avance en el nivel de argumentación del estudiante y un cambio en su idea previa inicial, ahora si evidencia conocer los fenómenos de electrización y los aplica a la misma problemática mucho tiempo después de terminar las secuencias. Realicemos un análisis del estado del siguiente alumno. Estado inicial alumno N°2 Gráfico de frecuencia de ideas previas del alumno N°2 en su estado inicial 3,5 Frecuencia 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Desconoce la atraccion Carga por frotacion no entre objetos neutros y funciona con aislantes cargados Los objetos generan cargas al entrar en contacto con otro objeto cargado Ideas previas (-) En el grafico se recopilan las tres ideas previas que evidencia el estudiante, en donde predominas las ideas sobre polarización entre objetos cargados y neutros. Llama nuestra atención que la carga por frotación no funciona en aislantes (siendo que el globo no es un buen conductor y puede ser electrizado fácilmente), dicha idea previa había sido extraída en los apartados anteriores de las investigaciones realizadas por (Furio y Guisasola, 1993). Esta última es una de las ideas más difíciles de superar por los estudiantes debido a que les cuesta dirimir si un 142 material es un buen conductor o un mal conductor y siguen relacionado que los materiales que son malos conductores no se pueden electrizar o dejar con carga neta diferente de cero. Analicemos el estado de las argumentaciones del estudiante en cuestión en el siguiente ejemplo (fig.40). Figura 40. Respuesta del alumno N°2 a un problema clásico de inducción/polarización de cargas. 143 Como evidenciamos la calidad de la argumentación en el estado inicial no aporta mucho a las respuestas sobre el fenómeno. Más aún si nos fijamos en la esquematización que realiza el alumno sobre la polarización entre el globo y la lata (en el último dibujo) podemos ver como separa incorrectamente las cargas apegando las negativas de la lata a las negativas del globo, esto provocaría una repulsión que va en contra de lo evidenciado en la experiencia demostrada. A continuación veamos como evoluciono su habilidad argumentativa y el estado de la noción científica en el siguiente problema de inducción de la fase de aplicación (fig.41). Evidencia del estado final del alumno N°2 Figura 41. Estado final de la fase de aplicación de la noción de inducción del alumno N°2 144 Nos es grato leer cómo el alumno realiza una argumentación riquísima sobre el funcionamiento del electroscopio cuando menciona que la carga se polariza de manera que la positiva se va hacia arriba y la negativa hacia abajo y esto provoca que las láminas se separen, es más, lo complementa con un dibujo en el cual dibuja la carga del generador y la reordenamiento de las cargas en el electroscopio. Es acá donde podemos ver como aplica lo construido a través de las secuencias para dar solución de una manera argumentada a una situación en un nuevo contexto lo cual evidencia el logro del estudiante a superar sus falencias en el ámbito de la inducción y cargas por polarización. Estado inicial alumno N°3 Gráfico de frecuencia de ideas previas del alumno N°3 en su estado inicial Frecuencia 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Al frotar dos Desconoce la Desconoce la Objeto neutro Objetos de objetos de atraccion entre carga por cerca de un igual material diferente objetos contacto objeto cargado al frotarlos material estos neutros y se repele adquieren se atraen cargados carga electrica porque intercambian electrones Ideas Previas (-) En la gráfica se recopilan las ideas previas del alumno N°3, donde ya es recurrente el observar que la idea previa que más abunda en los estudiantes del grupo a analizar son las relacionadas con el ámbito de la inducción y carga por polarización. A su vez aparecen ideas relacionadas a las cargas por contacto ya registradas en el apartado de concepciones alternativas (Furio y Guisasola, 1998c). 145 Siguiendo con nuestro análisis evidenciemos la respuesta del alumno frente a un problema sencillo por contacto electrostático (fig.42) para ver como evoluciono la idea antes mencionada. Figura 42. Evidencia de respuesta nula del alumno a un problema de contacto electrostático. Si bien el alumno no realiza argumentación alguna, al menos debiera haber aventurado una respuesta a un problema básico de contacto. En el problema se explicita que un cuerpo con carga negativa toca a un cuerpo conductor negativo, de todas formas no hay respuesta lo cual es consistente con la extracción de ideas previas del grafico anterior. A continuación explicitemos la evolución de sus respuestas con respecto al fenómeno de contacto electrostático (fig.43). 146 Evidencia del estado final del alumno N°3 Figura 43. Evidencia de argumentación de calidad para explicar un problema de contacto electrostático. En el recuadro de respuesta se evidencia la comprensión del fenómeno del problema propuesto, el complemento que realiza el alumno es un dibujo que expresa el cómo se traspasan las cargas desde el generador al conductor de aluminio formando la esfera que levita, realizando la conexión entre lo que pasa en el mundo microscópico con la consecuencia en el mundo macro. Nuevamente un alumno mediante los conceptos construidos por nuestra secuencia es capaz de dar solución a un nuevo problema no trivial para su nivel escolar lo cual da indicios de cambios conceptuales y aprendizaje en una de sus áreas más débiles. 147 Estado inicial alumno N°4 Frecuencia Gráfico de frecuencia de ideas previas del alumno N°4 en su estado inicial 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Desconoce la carga por contacto Desconoce la Despues de la Objetos de igual atraccion entre frotacion los material al objetos neutros y objetos se alejan frotarlos cargados adquieren carga electrica Ideas Previas (-) En el gráfico adjunto que sigue la línea de los expuestos anteriormente, evidenciamos que existe una gran frecuencia en las concepciones erradas que tienen relación con los conceptos de frotación, es por ello que se decidió encausar nuestro análisis en la evolución de los conceptos relacionados con dicho fenómeno. Para el alumno 4 escogimos comparar la actividad de exploración 2.1 y la actividad 2.4 las cuales tratan el concepto de frotación. Veamos una respuesta del estudiante en base al fenómeno de frotación electrostática (fig.44). En la primera podemos evidenciar una concepción errónea de la estudiante, en la cual menciona que al frotar un globo con la mano, debido a la frotación sólo el globo se cargará y, además, éste solo hecho provocara repulsión. 148 Figura 44. Evidencia de concepción alternativa con respecto al concepto de frotación. Podemos realizar la inferencia de que nunca realizó esta experiencia antes o bien el profesor que le enseño los métodos de electrización en la enseñanza básica no hizo la experiencia antes señalada ya que responde que existe repulsión entre la mano y el globo posterior a la frotación, una respuesta que sólo tiene cabida si nunca se tuvo contacto con la experiencia. Para el final de la secuencia la concepción cambió rotundamente (fig.45), ya que la alumna explicita que cuando existe frotación entre dos objetos estos quedan con cargas distintas. Además evidencia conocer la serie triboeléctrica y explicita su conocimiento de que el cabello es más conductor que una carcasa de vinilo. Para complementar su argumento realiza un dibujo de las cargas netas con las que quedan ambos cuerpos. 149 Evidencia del estado final del alumno N°4 Figura 45. Evidencia de cambio conceptual con respeto a la noción de frotación electrostática. Nuevamente de pasar de un error conceptual potentísimo tenemos un estudiante que resuelve una nueva problemática relacionada con el fenómeno anterior y más aún con una argumentación complementada con un dibujo, lo cual da indicios de la relación entre el mundo macroscópico y el microscópico. 150 Estado inicial alumno N°5 Gráfico de frecuencia de ideas previas del alumno N°5 en su estado inicial 1,2 Frecuencia 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Desconoce la carga Desconoce la carga Objetos de igual por contacto por frotacion material al frotarlos adquieren carga electrica Ideas Previas (-) En el gráfico de ideas previas del alumno N°5 existe una baja frecuencia de ideas previas a pesar de que fueron muchas las actividades contestadas. De todos modos analizaremos su idea previa de frotación para poder evidenciar si existió un aumento en su calidad de argumentación. Si leemos el argumento inicial del estudiante al explicar el fenómeno de frotación, nos damos cuenta de la concepción errónea que posee debido a que menciona que al frotar la mano con el globo no sucederá nada y que sólo se van a calentar. Cabe mencionar que este alumno debiese haber visto el concepto de electrización por frotación en cursos anteriores en su enseñanza básica, pero aun así no da una respuesta clara a un problema básico de electrostática. 151 Figura 46. Evidencia de concepción alternativa sobre la electrización por frotación. Como podemos ver, el alumno asocia la frotación con el concepto de “calentar” un objeto tal como habíamos leído en las concepciones del estudio de Criado (2000), lo cual es una respuesta descontextualizada a los fenómenos que estamos abordando. Sin embargo como veremos en la figura 47, el cambio en la argumentación en un nuevo problema relacionado con el anterior es considerable, debido a que complementa su argumentación con un esquema de lo que sucede con las cargas en el pelo de la niña posterior a ser frotado, evidenciando entre su argumento y su dibujo una comprensión del fenómeno de frotación, inducción y polarización. 152 Evidencia del estado final del alumno N°5 Figura 47. Evidencia de cambio conceptual y evolución en el argumento del estudiante. El estudiante demuestra una comprensión de la secuencia triboelectrica al mencionar que el pelo cede los electrones y queda positivo. Una cosa que nos llama la atención es que cuando realiza dibujos de distribuciones de carga en un cuerpo, este alumno dibuja ambas cargas pero dibuja en detalle que existe mayor cantidad de una que de otra. Recordemos que cuando un cuerpo se dice que esta “positivo” no implica que no tenga cargas negativas, solo implica que tiene un déficit de una de las cargas. 153 Estado inicial alumno N°6 Gráfico de frecuencia de ideas previas del alumno N°6 en su estado inicial 2,5 Frecuencia 2 1,5 1 0,5 0 Desconoce la En la frotacion atraccion entre los objetos objetos neutros quedan con la y cargados misma carga Iones negativo Objetos de igual tienen menos material al electrones frotarlos adquieren carga electrica Ideas Previas (-) Según el grafico para el alumno N°6, podemos ver cuatro ideas previas que aparecen del análisis de su estado inicial previo a pasar por las secuencias. Este explicita una concepción sobre la carga por frotación. Establece que para que el globo se cargue, debe ser frotado sobre una superficie que esté cargada tal como se evidencia en la siguiente imagen (fig.48). Además de no comprender el concepto de polarización de las cargas similar a los estudios expuestos de (Furio y Guisasola, 1998a). 154 Figura 48. Evidencia de concepción alternativa sobre la electrización por frotación e inducción Evidencia del estado final del alumno N°6 Posterior a ello en la actividad de aplicación evidencia un cambio conceptual al realizar incluso dibujos que evidencias la comprensión de polarización. Además evidencia que un electroscopio se comportará de la misma manera si acercamos un cuerpo positivo o bien un cuerpo negativo. 155 Figura 49. Evidencia de cambio conceptual en el estudiante N°6 Una de las cosas que podemos remarcar de los estudiantes, cuando llegaron a las actividades finales, tiene que ver con que la gran mayoría para complementar sus argumentos realizaron esquemas o dibujos con distribuciones de carga, lo cual es fundamental para evidenciar que han logrado conexiones entre lo que sucede en el mundo microscópico con las repercusiones que éstas tienen en el mundo macroscópico. Esperamos que el lector entienda las limitaciones espaciales y temporales del trabajo al momento de haber leído el anterior análisis, sin embargo, esperamos que haya quedado en exposición la evidencia del estado inicial de los alumnos y el lector sea capaz de apreciar el avance a nivel cualitativo con respecto al estado final de los alumnos. 156 Un análisis del material en bruto puede ser encontrado en los anexos de este trabajo al interior del DVD adjunto. Entiéndase que sólo hemos sacado las actividades relevantes realizadas por cada alumno que dan lucen del avance que ha logrado con la secuencia de enseñanza aprendizaje, si bien hubiésemos realizado más análisis, este se hubiese salido de los márgenes del trabajo. A continuación analizaremos algunos comentarios que expusieron los alumnos al término de sus secuencias. Figura 50. Comentarios del alumno N°1 sobre la SEA. El alumno en primera instancia lo encuentra divertido, según sus comentarios los videos aportan mucho a la hora de realizar la secuencia ya que agiliza la clase y se ve uno detrás de otro. El alumno menciona ir quedando con más dudas que respuesta, según su opinión la cual fue profundizada verbalmente aumenta su curiosidad por querer saber más del tema. Lamentablemente no se pueden responder todas las preguntas de una vez ya que sino se pueden arruinar las predicciones de actividades futuras. Figura 51. Comentarios del alumno N°2 sobre la SEA. 157 Este alumno resalta la interacción que se da en las actividades y el debate que se genera en torno a las ideas. A su vez siente que todos están a la par y saben lo mismo a la hora de realizar la secuencia. Figura 52. Comentarios del alumno N°3 sobre la SEA. Nuevamente sale a relucir que las interacciones juegan un papel fundamental al momento de realizar la secuencia y predominan los debates sobre ideas. Se alude a la cantidad de dudas que dejan las secuencias debido a que los alumnos se comienzan a poner curiosos y quieren todas las respuestas de una vez. Figura 53. Comentarios del alumno N°4 sobre la SEA. El alumno propone que se aprende más en menos tiempo de lo que demoran sus clases tradicionales. Otra vez se explicita que se quedan con muchas dudas y dan ganas de seguir investigando sobre el tema. Sale a relucir nuevamente la cantidad de interacciones y debates que se generan entre los estudiantes. 158 Figura 54. Comentarios del alumno N°5 sobre la SEA. El alumno define las secuencias como un método innovador de enseñar. Nuevamente se menciona que deja muchas dudas y recomienda que el profesor de matemáticas debiese realizar guías similares debido a que promueven el debate y la conversación. Figura 55. Comentarios del alumno N°6 sobre la SEA. 159 Dejamos al lector que lea el último comentario ya que a más de alguno le causará curiosidad. Invitamos al lector a profundizar en la lectura del estado inicial de cada estudiante (adjuntada en los anexos) y contrastarlo con el estado final que éste presentó ya sea sobre las nociones científicas abordadas en la secuencia, la calidad de las argumentaciones y/o predicciones realizadas por los alumnos para extender y enriquecer el análisis realizado hasta ahora. 160 13. Conclusiones A partir del análisis de los datos en primera instancia podemos resaltar los siguientes puntos: - Los alumnos en su gran mayoría dejan atrás sus concepciones alternativas sobre los conceptos tratados en la secuencia, con la evidencia de que estos cambios son persistentes al menos un mes y medio después de haber completado la secuencia, debido a las limitaciones del proyecto no podemos realizar un post test en una segunda instancia para ver cómo se mantienen el cambio conceptual. - Algunas concepciones son más difíciles de modificar que otras, dentro de las que no muchos alumnos cambiaron fue con respecto a la experiencia de frotar dos elementos de materiales iguales. Muchos alumnos mantuvieron la creencia de que se electrizaban. Sin lugar a dudas en una versión 2.0 de esta secuencia se debe agregar un par de actividades que profundicen en este ámbito y en otras concepciones que estén más arraigadas en los estudiantes. - Los alumnos evidencian una mejora en la calidad de sus argumentaciones con respecto al estado que poseían al comenzar la secuencia. Muchas argumentaciones comienzan a presentar dibujos o esquemas como complemento, lo cual evidencia una conexión entre el fenómeno micro (a forma de dibujo, esquema etc.) y el fenómeno macro de manera escrita a forma de causa consecuencia. - A medida que va avanzando la realización de la secuencia los alumnos se aventuran más en sus predicciones dejando atrás las respuestas en blanco y las respuestas “No sé”. El realizar predicciones y después contrastarlas con las de sus compañeros, seguido de la experiencia mostrada en videos sirve como choque cognitivo para producir el cambio conceptual. - Los alumnos evidencian sentirse agradados con la forma de trabajo que conlleva realizar una secuencia de enseñanza aprendizaje bajo una óptica constructivista. Los alumnos mencionan como el debate y las interacciones en todo momento 161 facilitan el aprendizaje sobre los conceptos tratados debido a que pueden expresar sus ideas y se sienten al mismo nivel que sus compañeros de trabajo, llegando juntos a un objetivo común. Sentimos como autores de la secuencia propuesta en este seminario de investigación que hemos cumplido nuestros objetivos propuestos en un inicio, que si bien se veían lejanos en un comienzo en la actualidad nos sentimos conformes con lo logrado más aun con nuestros estudiantes. No dudamos que la secuencia que hemos presentado como opción, ayudará a muchos docentes que necesitan de un material como éste para trabajar con sus estudiantes, ya que este tipo de materiales viene a dar una opción válida a las actividades que los libros de texto vigentes entregan para los estudiantes y docentes. 162 14. Implicancias para el aula La creación de este tipo de secuencias posee un gran impacto a nivel de los aprendizajes y habilidades que se promueven al interior del aula y es un cambio de perspectiva rotundo en comparación con las clases tradicionalistas que se realizan a la fecha mediante actividades que involucran guías de ejercicios, trabajar páginas del libro de texto etc. Es en este tipo de actividades en donde se le pasa el rol protagónico al estudiante de su aprendizaje, es en este tipo de actividades en donde el estudiante tiene la necesidad de interactuar con sus pares para alcanzar sus objetivos y es en esta interacción en donde construyen la noción científica de turno. Por lo anterior es una alternativa más que válida para trabajar con los estudiantes algún concepto y habilidad en particular. Sugerimos revisar la secuencia de aprendizaje propuesta y aplicar las sugerencia de cambio mencionadas en apartados anteriores o bien que el docente las adecue a su contexto de trabajo según estime pertinente, eso sí, sin perder el énfasis que hemos diseñado para ésta. Nos quedan como desafíos a partir de este trabajo el realizar la versión 2.0 de la secuencia con la incorporación de las opiniones de los estudiantes y los errores que se puedan entrar en la propuesta. Como proyecto tenemos el objetivo a futuro de crear una serie de secuencias que aprovechando los demás videos que hemos grabado para el proyecto “Galería Galileo”, nos permitan tener a nuestra disposición y a la del resto de los docentes un set de secuencias y actividades que permitan trabajar los principales conceptos que se abordan dentro de la educación secundaria en nuestro país que sigan la misma línea de lo preparado para este seminario. Esperamos que el material construido sea un aporte a las clases de los docentes que lo revisen, ya que las evidencias que se obtuvieron de este trabajo, sugieren que va en beneficio de los estudiantes y sus aprendizajes. 163 15. Limitaciones generales A continuación se explicitan algunas de las limitantes generales que hemos tenido a la hora de realizar este proyecto de seminario lo cual va a ayudar al lector a comprender mejor algunos apartados. - La no accesibilidad a un grupo de curso completo para aplicar nuestra secuencia, esta decisión dependía del cuerpo directivo del establecimiento y no fue aceptada por lo que se procedió por la metodología explicitada en los apartados anteriores. - El tiempo que teníamos para aplicar las secuencias fue de un mes, esto para cumplir con los plazos del programa de seminario, lo cual forzó a tomar medidas con respecto al tiempo de aplicación tal como se explicita en el apartado de metodología. - No se realizó un análisis con más opciones en Atlas.Ti debido a la limitante de las licencias. El análisis se realizó con la versión gratuita del programa con limitantes en las opciones. - Se intentó que las muestras de datos para su respectivo análisis fuesen lo más representativo posible al trabajar con 6 alumnos no eran muchas las opciones. Sin embargo encontramos que se realizó un buen análisis debido a las correspondientes limitantes de tiempo. Se poseían 3 semanas para realizar dicho análisis para cumplir con los plazos del programa. - No se encontraron de manera gratuita secuencias de enseñanza aprendizaje con énfasis en la predicción y argumentación científica que trabajaran los fenómenos de frotación, contacto e inducción, de haber encontrado tales secuencias se hubiese anexado un análisis más aparte de las secuencias de libros de texto. 164 16. Bibliografía Ballenger, C. (1997). Social Identities, Moral Narratives, Scientific Argumentation: Science Talk in a Bilingual Classroom”. Language and Education, 11(1), 1-14. Belendez, A. (2008). 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