aprendizaje activo para las leyes de newton a nivel medio superior
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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y
Tecnología Avanzada
“APRENDIZAJE ACTIVO PARA LAS LEYES DE
NEWTON A NIVEL MEDIO SUPERIOR”
T E S I S
QUE PARA OBTENER EL GRADO
DE MAESTRO EN CIENCIAS
EN FÍSICA EDUCATIVA
P R E S E N T A
Lic. LINO JESÚS VELÁZQUEZ ARTEAGA
Directores: Dr. César Eduardo Mora Ley
Dr. Rubén Sánchez Sánchez
México D. F. Mayo de 2012
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ACTA DE REVISIÓN DE TESIS
3
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
SECRETARÍA DE INVESTIGACIÓN Y POSGRADO
CARTA PARA CEDER LOS DERECHOS
En la ciudad de México el día del mes de Julio del año 2012, el que suscribe
Lino Jesús Velázquez Arteaga alumno del programa de Maestría en Ciencias en Física
Educativa con número de registro A070641, adscrito a CICATA-IPN, manifiesta que es
autor intelectual del presente trabajo de Tesis bajo la dirección del Dr. César Eduardo
Mora Ley, cediendo los derechos del trabajo intitulado “Aprendizaje Activo para las
Leyes de Newton a Nivel Medio Superior”, al Instituto Politécnico Nacional para su
difusión, con fines académicos y de investigación educativa.
Los usuarios de la información no deben reproducir el contenido textual, gráficas
o datos del trabajo sin el permiso expreso del autor y/o director del trabajo. Este puede
ser obtenido a la siguiente dirección de correo electrónico [email protected].
Si el permiso se otorga, el usuario deberá dar el agradecimiento correspondiente y citar
la fuente del mismo.
_____________________________
Lic. Lino Jesús Velázquez Arteaga
4
Agradecimientos
Este trabajo de tesis de Maestría fue posible gracias a la participación de varias
Escuelas y Centros de Investigación del Instituto Politécnico Nacional (IPN), entre ellas
figuran el CECyT No. 13 Ricardo Flores Magón, el CECyT No. 9 Juan de Dios Bátiz y el
Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada (CICATA) Unidad
Legaria.
Asimismo, quiero expresar mi reconocimiento a varias personas que en forma
incondicional colaboraron con el autor durante la elaboración de este trabajo de
investigación educativa, y que sin su ayuda no hubiera sido posible llegar con éxito a
los resultados emitidos en el presente escrito. Estas personas son el Dr. Héctor Riveros
de la UNAM, las Profesoras: Marisol Árias de la UPIICSA (IPN) y Mitzi Castrejón de la
UNAM. También quiero agradecer el apoyo moral que en una forma muy especial que
me brindó mi familia, y sobre todo quiero mencionar a mi abuelo materno Juan Arteaga
Negrete, a quién reconozco, toda la cimentación de mi educación. Al mismo tiempo,
reconozco el apoyo que me brindaron mis padres Jesús Velázquez Jiménez y Beatriz
Arteaga Rodríguez, y mi primo hermano (y gran amigo) Gustavo Arteaga Kim, y desde
luego quiero expresar mi agradecimiento a toda esa gran familia, los Arteaga Kim.
También quiero dar las gracias por el apoyo recibido en la elaboración de este
escrito a varias personas del CICATA-Legaria. Al coordinador del Posgrado en Física
Educativa Dr. César Eduardo Mora Ley, por sus valiosas sugerencias; al Dr. Ricardo
García Salcedo por sus comentarios, para mejorar mi desempeño y al Dr. Rubén
Sánchez Sánchez por sus observaciones y su guía durante la elaboración de este
trabajo de tesis, de igual forma a mis compañeros José Orozco Martínez y José Daniel
Velázquez Martínez por su valiosa información sobre los formatos APA, y el manejo de
el paquete SPSS, sobre la parte estadística.
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A todos mis familiares y amigos … que me brindaron su apoyo incondicional
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Abstract
This paper entitled "Active Learning applied to Newton's Laws in the high school
level" is research based in a didactic method, used into the observation and evaluation
of the teaching and learning process (SAP), applied and implemented at the polytechnic
school CECyT 13 "Ricardo Flores Magón".1
From this school, we took a sample of three groups from fourth semester (when they are
studying Physics II.) These groups were provided with a diagnostic test, taken it as a
Pretest proof. This test was designed based on the conceptual meaning of the Newton’s
Laws. These kinds of questions have already been worked out by some researchers as
Hestenes (1992) and Slisko (2005). This same test is also taken as a Postest proof. We
take out from these groups, an experimental one, applying to it, the next phase of the
project. This phase consist in organize our teams in small groups of four students,
choosing an auxiliary student from the members of each team, and continuously rotating
this initial selection (the other two groups are taken to control the experiment, and then,
they carry out their traditional instruction.) We evaluate the Pretest for the sake of a brief
overlook of the degree of conceptual knowledge that students have on the subject, we
interact with them, by applying them some questions that will be analyzed in their
respective teams, meanwhile the students are not informed whether their conclusions
are correct or not. After this teaching step, we propose some educational experiments,
with which the students must interact analyzing these situations and reflecting on their
initial findings.
The test continues with more questions, similar to the first ones described above,
which should be analyzed, and then replied (answered) by the teams previously formed
in the group. Finally, the entire Postest examination is applied to the valuation of the
three groups, with the aim to compare the results of this teaching method.
The Hake gain factor was applied to the results of the Pretest and Postest
examinations, as well as the statistical student's test, both of these tests were collected
by “student” and by “question” (in two different ways), to see whether the proposed null
hypothesis can be accepted or rejected.
1CECyT is acronym for Center of Science and Technology Studies (in the high school level of the National
Polytechnic Institute [IPN]) in Mexico City.
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In conclusion, the goal is to observe what happens with the students today, in the
classroom, as well as in the physics lab; when the process is worked actively based on
ideas proposed by Vygotsky (Tovar, 2001), Sokoloff (1997) and others. We expect then,
that the students work actively, and that they show improvements in their conceptual
knowledge, compared with those receiving traditional instruction. For the former, the
students acquire knowledge when they get experimental results, as they work actively
with the different proposed activities (Braun, 2007).
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Resumen
Este trabajo de tesis titulado “Aprendizaje Activo para las Leyes de Newton a
Nivel Medio Superior” es una investigación basada en una propuesta, en la que se
observa y evalúa el proceso Enseñanza Aprendizaje (PEA) de las Leyes de Newton,
aplicada y puesta en práctica en el CECyT No. 13 “Ricardo Flores Magón”.2
De este plantel se toma una muestra de tres grupos del cuarto semestre (en el
que deben cursar la asignatura de Física II). A estos grupos se les aplica un examen
de diagnóstico, el cual fue diseñado en base a preguntas de nivel conceptual sobre las
Leyes de Newton, realizadas y puestas ya en práctica por gentes como Bravo (1990),
Hestenes (1992) Riveros (2004), y Rodríguez (2008). De estos grupos se toma a uno
de ellos como Experimental, al que se le aplica la siguiente fase de la propuesta, que
consiste en organizar equipos de cuatro alumnos, dando el papel de alumno auxiliar a
uno de los integrantes de cada equipo, siendo esta labor rotativa (los otros dos grupos
sirven de control y llevan su instrucción de forma Tradicional). Se evalúa el examen de
Pretest y luego de tener un breve panorama del grado de conocimientos conceptuales
que tienen los alumnos sobre el tema, se interacciona con ellos aplicándoles algunas
preguntas dirigidas, para que las reflexionen en sus respectivos equipos de trabajo, sin
mencionarles si sus conclusiones son correctas. Posterior a esto, se proponen algunos
experimentos cualitativos en los que debe interaccionar, para que analicen las
situaciones y reflexionen sobre sus respectivas conclusiones anteriores.
La propuesta continúa con otras preguntas, que en igual forma que las
anteriores, se deben reflexionar por los estudiantes en sus respectivos equipos.
Finalmente se aplica a los tres grupos el examen de Postest, el cual se evalúa para
poder comparar los resultados de esta propuesta didáctica.
A los exámenes de Pretest y Postest se les aplica tanto el factor de ganancia de
Hake, como la aplicación de la prueba estadística t de student, clasificando los
resultados, tanto por alumnos como por preguntas, para observar si es posible aceptar
o rechazar la hipótesis propuesta.
2 CECyT, es acrónimo de Centro de Estudios Científicos y Tecnológicos (a Nivel Medio Superior del IPN) en la
Ciudad de México.
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En conclusión, se trata de observar lo que sucede en la actualidad con nuestros
estudiantes en el aula y en el laboratorio, cuando el PEA se trabaja de manera Activa,
tomando como base algunas ideas ya trabajadas, y propuestas por Vygotsky (Tovar,
2001), Sokoloff (1997) y otros. Se espera que los estudiantes, que trabajan de forma
Activa, muestren mejoras en sus conocimientos conceptuales, comparados con los que
reciben su instrucción en forma tradicional. Dado que los primeros, al trabajar con
experimentos van adquiriendo el conocimiento necesario de manera práctica y siguen
los pasos del aprendizaje activo (Braun, 2007).
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Introducción
A. Presentación 13 B. Objetivo 15 C. Preguntas de investigación e hipótesis 16 D. Hipótesis (nula) 16 E. Justificación 17 F. Lineamientos de la propuesta PODS 18 J. Estado del arte 18
Capítulo 1
1. 1 La Propuesta didáctica 24 1.1.1 Del diagnóstico 25 1.1.2 De la aplicación 25 1.1.3 De los resultados conclusiones 26
1.2 Descripción de la tesis 26 1.3 Marco Teórico 27
1.3.1 Descripción de la propuesta de Sokoloff y Thornton 31
1.3.2 Procedimiento de las clases demostrativas Interactivas (ILD) 33
1.4 Futuro de los CDI (crecimiento continuo) 37
Capítulo 2
2.1 La enseñanza de la Física en el Nivel
Medio Superior en el Instituto Politécnico Nacional 38 2.2 Algunas tecnologías en el PEA de la Física 39 2.3 Condiciones Iniciales en el estudio del movimiento 39
2.3.1 Movimiento del péndulo simple y cónico 39 2.3.2 Movimiento de traslación de la Tierra 40 2.3.3 La Primera Ley de Newton 41 2.3.4 Ideas previas del concepto de fuerza 42 2.3.5 Algunos instrumentos para conocer las ideas previas 43
2.4 Examen Diagnóstico 43 2.41 Explicaciones 45
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Capítulo 3
3.1 Aplicación de la propuesta didáctica 57 3.1.1 Desarrollo 58 3.1.2 Preguntas previas al primer experimento (Primera Ley) 59
3.2 Experimentos propuestos para la Primera Ley de Newton 60
3.2.1 Preguntas después del experimento (Primera Ley) 61
3.2.2 Discusiones y síntesis de los estudiantes (Primera Ley) 61
3.2.3 Algunas sugerencias para los docentes (Primera Ley de Newton) 62
3.3. Experimentos propuestos (Segunda Ley de Newton) 62
3.3.1 Preguntas previas, al primer experimento (Segunda Ley) 62
3.3.2 Preguntas después del experimento 65 3.3.3 Discusión y síntesis de los estudiantes
(Segunda Ley de Newton) 66 3.3.4 Sugerencias para los docentes
(Segunda Ley de Newton) 67 3.3.5 Preguntas previas al segundo experimento
(Segunda Ley de Newton) 67 3.3.6 Preguntas después del experimento 69 3.3.7 Discusión y síntesis de los estudiantes
(Segunda Ley de Newton) 70 3.3.8 Sugerencias para los docentes
(Segunda Ley de Newton) 70 3.4 Conclusiones logradas por los estudiantes (Primera y Segunda, Leyes de Newton) 71 3.5 Actividades propuestas (Tercera Ley de Newton) 71
3.5.1 Preguntas previas, primer experimento (Tercera Ley de Newton) 72
3.5.2 Experimento uno: Paradoja de la carreta 72 3.5.3 Experimento dos: Golpeo al costal 73 3.5.4 Preguntas después del experimento 73 3.5.5 Experimento tres: Lanchas de masas diferentes 75 3.5.6 Preguntas después del experimento
(Tercera Ley de Newton) 75 3.5.7 Sugerencias para el docente
(Tercera Ley de Newton) 76 3.5.8 Experimento cuatro; Alumnas sobre patinetas 76 3.5.9 Preguntas después del experimento 78
12
3.5.10 Experimento cinco; Alumnas atadas por la cintura y tapadas de oídos y ojos 78 3.6 Conclusiones generales (Tercera Ley de Newton) 81
Capítulo 4
4.1 Explicaciones y diagramas de barras 83 4.1.1 Tabulaciones del Pretest y Postest 83
4.2 Algunos cálculos estadísticos 93 4.3 Dos preguntas didácticas de importancia 102 4.4 Conclusiones 103
Referencias 108
Anexos
Anexo 1. Sobre el marco teórico 114 Anexo 2. Examen diagnóstico 115 Anexo 3. Sobre los materiales usados 116 Anexo 4. Población de estudiantes 118 Anexo 5. La estadística 120 Anexo 6. Tabla estadística de la función de densidad
t de student 123
13
A. Presentación
Desde hace algún tiempo en el Nivel Medio Superior (en particular dentro del
Instituto Politécnico Nacional), se observan a un gran número de estudiantes con una
situación académica empobrecida (Huerta, 2006). Al cuestionar a los estudiantes sobre
sus aprendizajes en sus asignaturas de Física y Matemáticas, observamos enormes
carestías en sus conocimientos básicos. La Institución intenta abatir esta situación
ofreciendo cursos de preparación para los exámenes a título de suficiencia (ETS), y
pidiendo a los docentes de estas disciplinas que brinden asesorías extra a los
estudiantes que la soliciten. A pesar de todas estas medidas, los índices de
reprobación siguen siendo altos en estas asignaturas y el alumnado sigue adeudando
estas materias, lo que les limita en lo futuro para poder continuar sus estudios.
En Física, la manera en cómo se lleva a cabo el Proceso de Enseñanza
Aprendizaje (PEA) siguiendo los pasos de la enseñanza tradicional, está vinculada con
este pobre desempeño por parte de la mayoría de los estudiantes. Por experiencia
propia en el aula, cuando se inicia con el tema de las Leyes de Newton del Movimiento,
se estima que la comprensión y el subsecuente aprendizaje de los conceptos
involucrados en estas leyes se logran en forma limitada. Debido a esto, en este trabajo
se investiga sobre una forma diferente de abordar las leyes de Movimiento de Newton,
usando las técnicas del Aprendizaje Activo. Teniendo como objetivo, el mostrar que
con esta propuesta, los estudiantes pueden mejorar en sus aptitudes, razonamientos,
habilidades, y conocimientos, en este tema (Lara-Barragan, 2008).
Además, parece inapelable decir que la comunidad científica está de acuerdo en
que el concepto de Fuerza es fundamental para la estructuración de una gran parte de
la Mecánica Clásica. Entonces, en la investigación de esta propuesta didáctica
veremos y, analizaremos cómo aplicar el Aprendizaje Activo, dentro de nuestras clases
de Física.
Para aplicar la estrategia se usaron tres grupos del CECyT No. 13, usando a uno
de éstos como Experimental y los otros dos como Control. Para el primero de ellos se
organizaron equipos de trabajo, formados por cuatro estudiantes, utilizando a uno de
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ellos, como alumno auxiliar.3 En lo subsecuente se realizan siempre preguntas usando
la forma socrática (Riveros, 2004), (Acosta, 1997), entonces se continúa con algunas
preguntas, cuyo objetivo es explorar las ideas previas de los alumnos, en las Leyes del
Movimiento de la Mecánica Clásica. La siguiente parte de esta estrategia consiste en la
aplicación de un examen diagnóstico (utilizándolo como Pretest). Éste examen es una
combinación de reactivos, diseñados y/o aplicados por Bravo (1990), Hestenes (1992)
Riveros (2004) y Rodríguez (2008). El Pretest es evaluado, para observar las ideas
previas que tienen los estudiantes. Posteriormente, se aplican los experimentos
propuestos, sólo en el Grupo Experimental, tratando que los estudiantes trabajen
interactivamente. De nueva cuenta existen preguntas que ahora en los respectivos
equipos deberán reflexionar y finalmente contestar. Cabe mencionar, que esta técnica
es parecida, pero a su vez diferente a la aplicada por Sokoloff y Thornton (1997), en
aspectos, como el número de estudiantes escogidos4 para participar en las fases
experimentales, y sobre todo, en los materiales utilizados (Anexo 3). Como paso
siguiente se pide que los respectivos equipos traten de elaborar sus conclusiones. Las
cuales, serán reflexionadas posteriormente. Pero ahora, el docente participa con los
grupos formados, y funge como un guía para conducir sus ideas hacia las respectivas
partes conceptuales de las Leyes del Movimiento.
Finalmente, se aplica a los tres grupos el mismo examen diagnóstico, usado
ahora como Postest. Cabe mencionar que los dos grupos de control trabajaron dichas
leyes con Aprendizaje Tradicional. Entonces de nueva cuenta se evalúa este examen,
comparando los resultados obtenidos. En esta evaluación aplicamos el factor Hake
(Lara-Barragan, 2008) y la distribución t de student. Y luego determinamos si es posible
rechazar la hipótesis nula (García, 1997). En ella, se propone la comparación de la
Enseñanza Tradicional con el Aprendizaje Activo al enseñar las Leyes de Newton del
Movimiento.
Este trabajo se compone de cuatro capítulos y una parte de anexos. En el primer
capítulo, se describen brevemente la estructura de la Tesis, así como del marco teórico
3 Alumno auxiliar, es aquel que dialoga y maneja al equipo para determinar las conclusiones pertinentes; este papel
lo desarrollará cada uno de los integrantes del equipo, en tiempos determinados por el docente. 4 Que en este caso, es el máximo número permitido por la estrategia del Aprendizaje Activo. Esto es, se preparan los
estudiantes en grupos de 4 integrantes.
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utilizado. En el segundo se mencionan sobre algunas tecnologías usadas para enseñar
Física en el nivel Medio Superior que se ocupan del PEA. En este capítulo se describe
el examen de diagnóstico, ya mencionado, y sus objetivos y alcances específicos.
Cabe mencionar que este examen se utiliza como una parte vital en la evaluación de
este trabajo. El tercer capítulo trata de la aplicación de la propuesta didáctica:
primeramente a los tres grupos, desde las preguntas iniciales y secuenciadas, y la
aplicación del Pretest. La fase siguiente solo se aplica al grupo Experimental,
constando ésta, de la organización de los equipos, la designación de los alumnos
auxiliares, de cada equipo, y algunas preguntas más. Continuamos con los
experimentos de la propuesta, en donde se trabajan más preguntas que solucionan los
equipos. Después, de nueva cuenta, se pide a los equipos que reflexionen y concluyan,
tratando de dar un dictado de lo que observaron. En esta etapa se utiliza la guía del
docente, para realizar conclusiones generales. Se les pide nuevamente a los equipos
que reconstruyan sus dictados anteriores. Posterior a esto, a los tres grupos se aplica
de nueva cuenta el mismo examen diagnóstico, usado ahora como Postest. El Pretest
y Postest se evalúan.
Por último, en el cuarto capítulo se muestran los resultados de esta investigación
educativa. Trabajando con las evaluaciones obtenidas en estos exámenes. Se
muestran sus diagramas de barras para mostrar sus frecuencias. Con los promedios se
calcula el factor de ganancia Hake. Asimismo, se utiliza este factor para analizar el
conocimiento adquirido por parte de los estudiantes. También elaboramos un breve
análisis estadístico, usando la aplicación de la distribución t de student. La finalidad de
utilizar este estadístico es observar si es posible rechazar la hipótesis nula. Por último,
se describen algunas perspectivas y proyectos futuros, basados en los resultados
obtenidos en la investigación de este trabajo.
B. Objetivo
Este trabajo de Tesis tiene por objetivo: El mostrar que los conocimientos que los
estudiantes tienen sobre las Leyes de Newton pueden mejorar, al aplicar estrategias
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didácticas basadas en Aprendizaje Activo, en comparación con los métodos
tradicionales.
C. Preguntas de investigación e Hipótesis
Concordando con los objetivos anteriores, se formulan las preguntas de
investigación pertinentes a la propuesta didáctica, para que también se proponga la
hipótesis como posible respuesta a las preguntas de investigación.
Entonces tenemos, la siguiente pregunta de investigación.
¿Cuánto mejoraría el aprovechamiento de los estudiantes de Física a Nivel Medio
Superior al aplicar esta propuesta didáctica en relación a la obtenida con la
Enseñanza Tradicional en el tema de las Leyes de Newton?
Ahora bien, la pregunta anterior conlleva algunas dificultades. Las cuales, para
poder superarse, requerirá de la correcta aplicación de la estrategia didáctica. Ésta es
adecuada para el PEA, y logra combinar las partes conceptuales en las Leyes de la
Mecánica. De esta forma se diseña la Hipótesis de investigación siguiente, la que en lo
subsecuente será nuestra Hipótesis Nula de investigación, sobre la que se desarrollará
la investigación de este trabajo de tesis.
D. Hipótesis (Nula)
No existirá diferencia alguna entre el aprendizaje obtenido por los estudiantes del
grupo experimental, con respecto, al obtenido por los grupos de control en las Leyes de
Newton.
La corroboración o rechazo de la Hipótesis anterior nos dará la respuesta adecuada a
la pregunta de Investigación planteada (en la subsección anterior). De esta forma,
alcanzamos los objetivos principales de esta investigación educativa, aplicada a las
Leyes del Movimiento de la Mecánica Clásica.
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E. Justificación
En el cuarto semestre del Nivel Medio Superior (NMS), los estudiantes tienen
mala calidad en sus conocimientos, lo que se debe a muchas causas.
. Cabe mencionar que la investigación educativa en el IPN analiza y evalúa
tecnologías y métodos con la finalidad de elevar la calidad educativa (Coca, 2010). En
respuesta a los planes de las autoridades y la situación académica que se vive en
particular en el CECyT No 13, se propone este trabajo, en el que se muestra el diseño
de una estrategia didáctica, basada en Aprendizaje Activo, que trata una manera
diferente de abordar el tema de las Leyes de Newton del Movimiento. Se espera
obtener mejoras en los aprendizajes conceptuales de los estudiantes, cuya evaluación
se lleva a cabo, calculando el factor de ganancia de Hake, y la aprobación o rechazo de
la Hipótesis nula, aplicando la distribución t de student.
En la propuesta educativa se utiliza la interacción del medio social del aprendiz,
propuesto por Vygotsky (Tovar, 2001) y el Aprendizaje Activo anteriormente
mencionado, avalado por investigación educativa de veinte años atrás, usando
herramientas electrónicas como pantallas que exhiben los datos generados en tiempo
real, y computadoras cargadas con el software adecuado (Sokoloff, 1997).
Como ya se mencionó se pretende mejorar los aprendizajes en nuestros
educandos, logrando así, habilidades, actitudes, destrezas y conocimientos, trabajando
con análisis y reflexión. Lo que promueve, un adecuado razonamiento lógico, logrando
mejores conocimientos, en la asignatura de Física.
Slisko (2005), expone en alguno de sus trabajos sobre la descontextualización de
los problemas, que aparecen en los libros de texto y que son usados por la mayoría de
los docentes; Riveros (2005), que trabaja sobre la parte experimental, orientada en la
mejora tanto de los docentes como de los conocimientos de los estudiantes; García
(2002), que pone en marcha una estrategia sobre el potencial didáctico del
planteamiento de problemas de Física, introduciendo en forma intencionada ciertos
errores o incongruencias de planteamiento. Lo anteriormente expuesto, da pauta al
diseño de este trabajo, que trata de mejorar en el PEA en el tema ya mencionado.
18
F. Lineamientos de la propuesta PODS
Esta propuesta didáctica sigue algunos lineamientos trabajados por Sokoloff, D.
y Thornton, R. (1997).
Algunas aportaciones del autor para el PEA serían las siguientes:
a) En sus fases experimentales se propone que los estudiantes manejen los
materiales, y que participen activamente en la aplicación de los
experimentos. De esta forma, pueden lograrse actitudes y destrezas
científicas necesarias para su aprendizaje (García-Carmona, 2002).
b) En la propuesta, existen frecuentemente situaciones de reflexión, llevadas
a cabo en los equipos de trabajo, donde el alumno auxiliar se encarga de
las conclusiones y el liderazgo del equipo.
c) Se llevan a cabo también, reflexiones en forma grupal. En las que los
alumnos deben reestructurar sus ideas y dar sus “dictados”, realizados en
sus respectivos equipos de trabajo.
Además de las aportaciones propuestas, deben incrementarse las interacciones,
tanto entre los alumnos, como entre éstos y su profesor.
G. Estado del arte
Actualmente sobre enseñanza de la Física, existen diversos trabajos, la mayoría
de estos vienen siendo propuestas de innovación, uniéndose estrechamente a la
investigación didáctica (Clep, 2011). Se tienen también investigaciones empíricas
respondiendo a paradigmas y enfoques diversos (Bernanza, 2006). Ahora bien, como
es conocido por la mayoría tratándose de educación, se consideran dos grandes ramas
en la enseñanza de la Física:
a) La Enseñanza Tradicional
b) Las Nuevas Tendencias Educativas.
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Sus características, prácticamente son opuestas, mostrándose serias carencias para
el PEA, en la rama Tradicional.
En casi todas las escuelas de nuestro país, para el Nivel Medio Superior, existen
tendencias educativas que toman línea hacia procesos no Tradicionales. Cabe
mencionar al IPN, que a sus docentes les invita a trabajar hacia el Nuevo Modelo
Educativo (Clep, 2011).
A continuación se mencionan algunos trabajos nacionales e internacionales, los
cuales en su mayoría son llevados a cabo por docentes, preocupados por la enseñanza
de la Física. De esta forma se pueden mencionar los siguientes:
GARCÍA-CARMONA ANTONIO (García-Carmona, 2002).
“Consideraciones didácticas sobre el uso de las condiciones iniciales en el
estudio del Movimiento”. En su artículo se sugiere realizar reflexiones sobre
las condiciones iniciales del movimiento. El mismo autor (García -Carmona,
2005). “Detección de errores e incongruencias en problemas de Física: Su
Utilidad didáctica”. Se pretende interesar a los alumnos para que
desarrollen las actitudes y destrezas necesarias para su aprendizaje al
trabajar en la solución de problemas.
LARA – BARRAGAN GÓMEZ ANTONIO (Lara-Barragan, 2008). “Acerca de
la Enseñanza – Aprendizaje de los conceptos de Fuerza y Trabajo”.
Muestra un procedimiento para enseñar los conceptos de Fuerza y Trabajo
en Universidades de la zona metropolitana de Guadalajara.
BENEGAS JULIO, FERNÁNDEZ CECILIA, y GUIDUGLI SILVINA (Benegas,
2004 ). “Aprendizaje Activo de la cinemática lineal y su representación
gráfica en la escuela secundaria”. Usa Enseñanza Activa para lograr
Aprendizaje conceptual, también utiliza las representaciones gráficas (en
escuelas públicas de la Argentina), y un test de preguntas y respuestas
múltiples, encuestando la opinión estudiantil al final del curso.
CHARA CATERINE, BALUARTE CESAR, LINARES REBECA (Baluarte,
2007). “Hacia un enfoque crítico en el proceso de Aprendizaje – Enseñanza
de Física”. Trabajo en el que se aplica un enfoque crítico del PEA de la
Física, pretendiendo cambios significativos en el rendimiento del alumnado
20
de los diferentes programas de ingeniería de la Universidad Católica de
Santa María de Arequipa.
MORA CESAR (Mora, 2008). “Cambiando paradigmas en la Enseñanza de
la Ciencia: Consideraciones sobre el Aprendizaje Activo de la Física”.
Presenta una revisión breve sobre estrategias de Aprendizaje Activo de la
Física, lo que se consideraría como un nuevo paradigma, observando
también las posibles ventajas, desventajas y logros en otras instituciones.
CANEDO XIMENA (Canedo, 2007). “Enseñanza de la Física mediante el
uso de juguetes”. Diseña materiales y medios didácticos practicando
acciones formativas de largo alcance. Utiliza juguetes, dado que con estos
no se usan grados de seriedad, como en una práctica de laboratorio si
existen situaciones de seriedad. De esta forma es posible motivar a los
estudiantes con cierta facilidad, al abordar el tema de las Leyes de Newton.
RIVEROS HÉCTOR (Riveros, 2004) “Cómo mejorar mi clase de Física”. En
este libro propone el método socrático (preguntas y respuestas), como
aquel antecedente del constructivismo. Menciona ciertos criterios y
prejuicios, tales como: a) Enseñar es investigar sobre la docencia; b) Saber
cómo usar los conocimientos motiva el aprendizaje; c) Las personas deben
razonar para sobrevivir en la sociedad; d) Con el tiempo la información se
hace obsoleta, pero el razonamiento no; e) Evaluar el aprendizaje permite
corregir errores reflexionando;… etc. De esta forma sus métodos y
estrategias nos dejan un amplio panorama para adoptar lo que nos sea
necesario como docentes de la Física. El mismo autor y sus colaboradores
(Colado, 2005). “Mecánica y Fluidos 1, Experimentos Impactantes”.
Presenta un conjunto de experiencias de resultados atractivos y paradójicos
contrarios al sentido común, (los materiales usados son de fácil acceso),
algunas de sus respuestas son formuladas en forma gráfica, casi siempre
crea expectativas en los alumnos regresando entonces oportunamente para
que el estudio se concrete.
ERGIN ISMET (Ergin, 2012). “Constructivist approach based 5E model and
usability instructional physics”. En el modelo estratégico 5E se manejan las
fases: envolver, explorar, explicar, elaborar, y evaluar. En esta
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investigación se menciona a Roger Bybee quien desarrolló el modelo,
aplicándolo a la investigación científica. Su premisa básica es que los
estudiantes tengan experiencia con los fenómenos del aprendizaje,
implementando un enfoque constructivista. En la fase de envoltura los
estudiantes participan en las tareas del aprendizaje, conectándose con sus
ideas previas. En la exploración se brinda algún tiempo para que revisen
sus ideas y creencias, pudiendo dar actividades de exploración, su objetivo
es que el docente pueda usar después experiencias para concretar
conceptos, así la exploración dotará a los estudiantes para que puedan
relacionar la observación de variables y que cuestionen los eventos, el
docente será un facilitador. La fase siguiente es la explicación, la se basa
en la exploración, preguntando y recibiendo las explicaciones de los
estudiantes, introduciendo así explicaciones técnicas de manera formal. La
explicación debe ordenar las experiencias de exploración. Se inicia
explicando y aclarando comprometiendo la exploración. Se presentan
procesos que dan habilidades claras y directas la siguiente fase deben de
reestructurar para habilitar sus conceptos, generalmente se usan
explicaciones orales. Esta es una fase de construcción cognitiva , al final
los estudiantes muestran la habilidad de explicar explorando experiencias
científicas. La fase de elaboración los estudiantes explican conectándose
en tareas que involucran la extensión de la aclaración de conceptos, así
planean aclarando y comprendiendo. La exploración dota de términos
relativos a la tarea de aprendizaje, los estudiantes discuten información,
buscando nuevas actividades siendo posible buscar otras estrategia, de
esta forma se interactúa con los estudiantes aplicando psicología de
Vygotsky, en procesos de discusión y aprendizaje cooperativo los
estudiantes expresan sus pensamientos, esta fase da la oportunidad de
involucrar a los estudiantes en nuevas situaciones que sean similares.
Finalmente se evalúa el aprendizaje. El docente retroalimenta sus logros
revisando las secuencias de enseñanza. En esta fase se administran test
para determinar sus grados de comprensión. Los estudiantes tiene
entonces la oportunidad de ver sus habilidades.
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SLISKO JOSIP (Slisko, 2011). “Desarrollo de habilidades del pensamiento
científico: ¿Qué se podría lograr en los cursos de Física?*”. Habla de las
capacidades de los estudiantes para resolver problemas conceptuales
cuantitativos razonando de diferentes formas. Mediante experimentos
sencillos, serán capaces de describirlos y predecir resultados, así el
pensamiento científico será el más adecuado, por ejemplo, en los modelos
predictivos.
LILLIAN McDERMOTT, y sus colaboradores (McDermott, 2011).
“Concepciones de los alumnos y resolución de problemas en mecánica”.
Ha realizado una gran variedad de investigaciones sobre la enseñanza de la
Física, casi todos los docentes de Física saben de sus trabajos. Enfatiza
sobre el desarrollo de conceptos y razonamientos científicos. Su objetivo al
resolver problemas es analizar los procesos del pensamiento, su enseñanza
es Constructivista, y tiene en mira que todos los aprendices deben construir
sus conceptos partiendo de lo que ya saben. Del mismo autor (McDermott,
2001). “Tutoriales de introducción a la Física”. Su libro sirve de
complemento a las clases teóricas y a los libros de texto. Su objetivo no es
que los alumnos resuelvan problemas de fin de capítulo, en su lugar deben
construir las ideas Físicas fundamentales para desarrollar el razonamiento
científico. Menciona que muchos estudiantes no pueden aplicar formalismos
físicos a situaciones no memorizadas; para que los Aprendizajes sean
Significativos se requiere de más apoyo, dado que los alumnos deben darse
cuenta de lo que no han aprendido, pues deben lograr una comprensión
operativa de los conocimientos. Los tutoriales se estructuran para promover
el compromiso intelectual Activo. Cuestionarios y situaciones que se
presentan guiando al alumno para que razone y construya sus conceptos.
Existiendo pruebas diagnósticas y tareas que refuerzan también este
trabajo.
Finalmente se menciona un solo trabajo de:
SOKOLOFF, D. and THORNTON, R. (Sokoloff,1997). “Using Interactive
Lecture Demonstrations to Create and Active Learning Environment”. Ellos
muestran en su propuesta educativa la aplicación de una serie de pasos,
23
que hay que seguir en el aula, para lograr un Aprendizaje Activo de la
Física. También usan material electrónico (computadoras, cañón, pantallas,
sensores, . . . etc.), que son capaces de lograr una mejora en el PEA; para
esto organizan equipos proporcionándoles un pequeño test de predicción (4
ó 5 preguntas), dejando un tiempo para que los integrantes analicen sus
respuestas. Enseguida, se realiza el experimento, y en la computadora se
observan generalmente las gráficas involucradas del mismo, permitiendo
que los integrantes interaccionen con la computadora. Posterior a esto, se
proporciona otra vez el mismo test para que analicen y reflexionen
nuevamente, para realizar los cambios pertinentes. De esta forma, aplican
su técnica a diversos temas de la Física, logrando mejorar en el PEA.
En este trabajo se muestra una propuesta didáctica, en la que se probará que
existen diferencias significativas en el PEA, aplicando esta estrategia didáctica basada
en Aprendizaje Activo, comparada al logrado mediante el empleo de los Métodos
Tradicionales. La estrategia tiene su base en algunos de los trabajos anteriormente
mencionados.
24
Capítulo 1
En este capítulo se diseña una Propuesta Didáctica y se investiga sobre su
efectividad en la Enseñanza de la Física. Además esta, está inmersa en el PEA,
aterrizando en la comprensión de los conceptos involucrados en el tema de las Leyes
de Newton del Movimiento. Se usan técnicas en su mayoría no Tradicionales, (aunque
algunos aspectos no se desechan por completo).5
1.1 La propuesta didáctica
La Propuesta Didáctica se compone principalmente de tres fases:
Primera fase, ″Diagnóstico″: Se trata de la aplicación del Examen Diagnóstico a
una población de tres grupos, mediante el cual, una vez evaluado servirá para
identificar las Ideas Previas que los alumnos tienen sobre los conceptos involucrados
en las Leyes de Newton del Movimiento.
a) Segunda fase, de “Aplicación”: Tomando a un grupo como Experimental se
aplica la Propuesta Didáctica. Se continúa con una serie de preguntas previas a
cada fase experimental, y otras más posteriores a los experimentos (Riveros,
2004), realizando al final una serie de reflexiones tanto por equipos como con
todo el grupo, esto último, guiados por el docente. El objetivo de esta fase es
lograr que los alumnos reconstruyan sus ideas previas, para que en forma
paulatina y Activa, concluyan reestructurando sus pensamientos (García-
Carmona, 2002).
b) Tercera fase, ″Resultados y Conclusiones″: Se analizan en forma breve las
estadísticas de los resultados reflejados de la aplicación del Examen
Diagnóstico, tanto de la primera fase (Pretest), como en la segunda, (Postest)
5 Estos aspectos tradicionales son: mediante las listas, se maneja el orden y el control de las interacciones con y entre
los alumnos.
25
aplicado tanto al grupo Experimental como a los grupos de Control (Díaz, 2000).
Posteriormente, se continúa con algunas reflexiones y comparaciones de dichos
resultados.
De estas fases anteriores se puede citar lo siguiente:
1.1.1 Del diagnóstico
El Diagnóstico se lleva a cabo aplicando el examen de Pretest, con el que se
analiza el nivel conceptual de los alumnos, en el tema de las Leyes de Newton (Bravo,
1976), (Riveros, 2004), (Hestenes, 1992), (Rodríguez, 2008).
Este diagnóstico servirá de base a la Hipótesis de Investigación de este trabajo.
Dicho examen se aplica a tres grupos; uno usado como grupo Experimental y los otros
dos que son los grupos de Control. Posterior a la aplicación de la Propuesta Didáctica,
se aplica de nueva cuenta, este mismo examen y se pone en marcha para que sus
resultados se analicen en forma breve, aplicando algunos conceptos estadísticos, como
el factor de ganancia de Hake, también llamada “ganancia de aprendizaje normalizada
(Hoellwarth, C. and Moelter, M. 2011), y la distribución t de student.
1.1.2 De la aplicación
Con el grupo Experimental se trabaja la Propuesta Didáctica, la cual consta de
varias etapas, la primera es justamente la aplicación del Examen de Diagnóstico, el cual
se lleva a cabo tanto con el grupo Experimental como con los otros dos grupos de
Control, que nos servirán para comparar.
Se evalúa entonces el Examen de Diagnóstico, y los resultados se trabajan
estadísticamente con el objetivo de observar qué tanto conocen los alumnos sobre los
26
conceptos de las Leyes de Newton; así como sus actitudes, destrezas y razonamientos
lógicos que ellos traen inicialmente, tratándose entonces de observar sobre sus Ideas
Previas. La Propuesta Didáctica toma como Marco Teórico algunos aspectos sobre la
interacción social de los educandos, estudiada por Vygotsky (Díaz, 2002), (Carretero,
1993), y basada técnicamente en las estructuras trabajadas por Sokoloff y Thornton
(1997). Cabe mencionar que se realizan varias adaptaciones y modificaciones en
nuestro caso, de acuerdo a las diferentes particularidades de nuestros estudiantes y
centros educativos.
1.1.2 De los resultados y conclusiones
Los resultados de la Propuesta Didáctica se basan en la evaluación y Análisis
Estadístico de los tests utilizados, comparando así los conocimientos conceptuales de
los alumnos. Cabe mencionar que para los experimentos realizados de la Primera y la
Segunda Ley de Newton, se utilizaron, los siguientes materiales: Un bloque de hielo
seco de 7 Kg, una rampa de vidrio horizontal, algunos hilos elásticos, patinetas, varias
cuerdas y un pequeño péndulo indicador. Sin contar, que también necesitamos de la
constante participación de los educandos.
1.2 Descripción de la tesis
El capítulo 1 trata de la introducción y del marco teórico utilizado. En el capítulo
2 se mencionan algunas estrategias sobre la enseñanza de la Física, iniciando con una
breve descripción de lo que ocurre en el CECyT No. 13. Se muestra que para el
estudio del movimiento, es pertinente partir desde las condiciones iniciales. Se habla
también de las Ideas Previas de mayor incidencia para el concepto de fuerza, y se
describe la estructura del Examen Diagnóstico utilizado. Así como de sus objetivos por
pregunta. En el capítulo 3, se pone en práctica la propuesta didáctica, desde la
aplicación del Examen Diagnóstico en su parte inicial, y en sus fases experimentales.
27
También se menciona la nueva aplicación del mismo Examen Diagnóstico en la parte
final de la Estrategia Didáctica. En el capítulo 4 se trabaja con las evaluaciones
obtenidas de los tests aplicados, realizando algunas comparaciones estadísticas entre
los grupos Experimental y de Control (Myers, 1999). Dando así, conclusiones,
perspectivas y posibles alcances futuros que podrían lograrse para el PEA de la Física.
En la sección de anexos se tienen varios detalles, desde el montaje y manejo de
los materiales, tiempos y algunos cálculos, y ejemplos del material didáctico que se fue
usando.
1.3 Marco Teórico
Nuestro marco de referencia es el Aprendizaje Activo, el cual está compuesto por
el proceso que compenetra a los estudiantes a realizar cosas y a pensar en ellas,
tratando de generarles un mayor envolvimiento para que expresen y justifiquen sus
propias opiniones, dando además respuesta a las ideas de otros compañeros (Hilar,
2008). Diversos estudios arrojan resultados positivos cuando se trabajan con los
Aprendizaje Activo. Según Benegas (2004), “cada alumno debe construir el
conocimiento a partir de sus experiencias previas y las propuestas en la instrucción”.
Exponentes del Constructivismo afirman que “los seres humanos son producto
de sus capacidades para adquirir conocimientos y de reflexionar sobre estos, entonces
se construirá el conocimiento, siempre en forma Activa” (Díaz, 2002), lo cual requiere
de una capacidad mental para comprender determinados fenómenos. Como el
Constructivismo se desarrolla interaccionando socialmente, tomaremos de éste,
algunas de sus bases. Carretero (1993), afirma que “el conocimiento no es una copia
fiel de la realidad, sino la propia construcción del ser humano, lo que va logrando con lo
que ya posee y construye relacionándolo con lo que le rodea”.
Ahora bien, tendríamos una mezcla de Aprendizajes para que el alumno adquiera
conocimientos, lo que se puede resumir en dos partes (Tovar, 2001):
28
1) La primera parte consta de los conocimientos previos o representación que
se tenga de la nueva información, y de la actividad o tarea a resolver.
2) La segunda parte se ubica en la actividad externa o interna que el aprendiz
realice al respecto.
Así para la adquisición del nuevo conocimiento se observa la existencia de los
procesos Activos, como ya puede observarse de esta relación.
Algunos autores han criticado al enfoque piagetiano, por su aparente desinterés
en el papel que desempeña la cultura hacia la influencia social en el aprendizaje y el
desarrollo humano. Por otra parte, según Díaz (2002), las ideas de Vygotsky, si toman
en cuenta a los ámbitos culturales, históricos e institucionales.
Uno de los principios básicos para adquirir conocimiento, es la importancia de la
actividad mental constructiva del que aprende. Por ejemplo, en realización con los
aprendizajes escolares, Coll (1990) le llama “la idea – fuerza más potente y también la
más ampliamente compartida”; el nuevo conocimiento siempre se construye partiendo
de experiencias previas. Entonces debe lograrse que el educando participe en
actividades planificadas que logren propiciar en éste, una actividad mental (Coll, 1988).
De esta forma, tendremos básicamente dos aspectos:
a) Los procesos psicológicos implicados en el aprendizaje.
b) La influencia educativa que promueve, guía y orienta dicho Aprendizaje.
Una situación ideal sería poder lograr que el alumno tuviese la capacidad de
realizar aprendizajes por sí mismo en una amplia gama de situaciones y circunstancias.
Es decir, el aprender a aprender (Coll, 1988). Respecto al Aprendizaje, implicaría el
cómo y el qué de la enseñanza.
Ahora bien, según Coll (1990) el nuevo conocimiento se forma en torno a tres ideas
básicas:
a) El alumno es el responsable de su último proceso de aprendizaje.
29
b) El alumno en su actividad mental, se aplica a contenidos que posee ya,
incrementando en un grado considerable de elaboración, al nuevo conocimiento.
c) El docente debe proponer los procesos secuenciados, ligados con el saber
colectivo cultural y socialmente organizados.
Cabe mencionar que actualmente, también es recomendable que el alumnado
trabaje sobre sus conocimientos de manera grupal (pequeños equipos de trabajo), y en
esta forma el docente tendrá que realizar la sensibilización dirigida hacia el aprendizaje
grupal, coordinando los procesos, y sugiriendo técnicas didácticas que promuevan la
concientización del grupo (Márquez, 2008), logrando la adquisición de algunas
habilidades de comunicación e integración.
Para el Aprendizaje Activo el alumno se basa fundamentalmente en lo que ya
posee, es decir, sus ideas previas. Desde luego que sería un error creer que con la
clase Tradicional, nadie aprende. Sin embargo, cuando el PEA es crítico y reflexivo, se
tienen mayores posibilidades de motivar a los alumnos a que aprendan críticamente, y
que tengan mejores perspectivas para analizar y reflexionar en diversas situaciones.
Vygotsky (2003), propone que el profesor seleccione situaciones que estén
ligeramente por encima del nivel de competencia actual. Originando otro proceso de
resolución, esto sería Enseñanza y Aprendizaje Activo, dado que deben hacer “algo”, y
no simplemente memorizar. Es decir, solo hay que participar y mediante discusiones
reflexivas sobre el proceso seguido, llegarían a conclusiones más generales. Las
respuestas deben obtenerlas de las mismas actividades, (Vygotsky, 2003), siendo el
objetivo lograr la comprensión y el razonamiento lógico.
Ahora bien, la educación que se imparte en casi todas las escuelas promueve el
crecimiento personal del alumno en el marco de la cultura del grupo al que pertenece.
Entonces, si deseamos que el alumno tenga actividad mental, el conocimiento escolar
podría analizarse desde dos vertientes:
a) Los procesos psicológicos implicados en el aprendizaje.
30
b) Los mecanismos de influencia educativa susceptible de promover guiar y orientar
dicho aprendizaje.
Por otra parte, en el Aprendizaje Activo se promueve un doble proceso, tanto la
socialización como la individualización, que permitan al educando una identidad
personal en el marco de un contexto social y cultural determinado.
En la propuesta de este trabajo, al iniciar cada fase experimental se pide a los
alumnos que contesten una serie de preguntas que van involucradas con los conceptos
a tratar, dando esto un panorama sobre las ideas previas de los educandos (Riveros,
2004). Lo anterior correspondería a una etapa de Predicción. Por ejemplo: al
preguntarles, previo a la demostración experimental:
¿Qué es fuerza?
Las diversas respuestas que se obtienen, dan un panorama de los conocimientos
previos sobre dicho concepto Físico. Díaz Barriga (2002), menciona que se logran
conocimientos cuando la información nueva, se relaciona con la previa, de forma no
arbitraria. Para que se de este proceso, debe existir una disposición favorable del
educando, así como actividad lógica en los contenidos o materiales propuestos.
A continuación se mencionan algunas de las aportaciones al concepto del
Conocimiento desde los puntos de vista de Vygotsky (Díaz, 2002):
Vygotsky (Aprendizaje: Mediado, Cooperativo, Social, Negociador).
La cognición se capacita a través del lenguaje, entonces se solucionarán
problemas de conflictos generados por dilemas en situaciones cotidianas. Lo anterior se
puede lograr, apoyándose con la guía del docente, o dialogando con compañeros más
avanzados, produciéndose las situaciones apropiadas en la zona de desarrollo próximo
del que aprende. Se puede mencionar que en este trabajo, esta situación estaría ligada
a tener, en los equipos de trabajo al llamado alumno auxiliar. Éste, se encargará de
guiar y manejar a sus compañeros de equipo. Además él (ella), será capaz de hablar en
el mismo lenguaje que sus compañeros. Desde luego, que también está la guía del
31
docente. Lo anterior ayuda a que los aprendizajes nuevos sean alcanzados para la
mayoría de los integrantes (Tovar, 2001).
Los beneficios del conocimiento Activo son múltiples, entre los cuales se pueden
mencionar los siguientes:
1) Se logra un Aprendizaje Significativo, por ser construido directamente por los
propios alumnos.
2) Existe posibilidad de transferir o generalizar el Aprendizaje logrado a nuevas
situaciones Físicas.
3) Los alumnos serán capaces de producir conocimientos valiosos, lo cual
establecerá una mejoría en su autoestima y en su estructuración académica.
En la línea del Aprendizaje Activo han trabajado muchos autores y entre estos se
encuentran Thornton y Sokoloff (1997), realizando la propuesta didáctica que se
describe a continuación, en sus puntos más relevantes, y en la cual se apoyará, en
buena parte, nuestra propuesta didáctica. Estos autores desarrollan una propuesta
metodológica y sistemática mediante la cual han logrado buenos resultados. Realizan
propuestas para diversos temas de Física, y entre éstos los de Mecánica. Se pueden
mencionar temas como: el Movimiento Rectilíneo Uniforme y el Movimiento
Uniformemente Acelerado, así como la Caída Libre, el Tiro Vertical hacia arriba, las
Leyes de Newton del Movimiento,. . . etc.
1.3.1 Breve descripción de la propuesta de Sokoloff y Thornton
Sokoloff y Thornton(1997) parten de considerar que los métodos tradicionales
para enseñar Física han sido ineficaces, aunque se han planificado alternativas, tales
como: los “Talleres de Física” (talleres, 2007), la realización de algunos cambios
estructurales en las maneras de dar las instrucciones, manteniendo las estructuras
32
existentes en los programas de estudio. De estas se han logrado algunos avances, por
ejemplo el Taller que se llevó a cabo en el Centro para la Ciencia y la Enseñanza de la
Matemática (CSMT) en las Universidades de Tufts y Oregon. Así en Física, se tienen
actividades similares, por ejemplo se puede mencionar el trabajo sobre el laboratorio
apoyando los planes de estudio en tiempos reales, auxiliados con las
microcomputadoras MBL (laboratorio apoyado en microcomputadoras). De esta forma,
los resultados han sido alineados hacia la Ciencia y el Pensamiento. Así, con estas
herramientas y los planes de estudio, se han logrado cambios significativos en el
entorno del aprendizaje, basándose en el laboratorio. Esto ha ocurrido en varias
universidades, colegios y escuelas tales como el High School. Cabe mencionar que no
se ha modificado la estructura de conferencia / laboratorio, y la naturaleza de la
instrucción Tradicional.
Ahora bien, sabemos que la enseñanza Tradicional, tiene características tales
como: transformarse en “clase conferencia”, caracterizada por baja participación de los
estudiantes, tendientes siempre a un mecanismo operacional inhibiendo así la
creatividad. Diversos investigadores educativos acerca de la enseñanza Tradicional,
convergen en consecuencias negativas de la habilidad de razonamiento (Castiblanco,
2008), la ausencia en la conexión de conceptos con el mundo real, y la constante
creencia de que solo hablando se puede enseñar, estas son algunas situaciones
descubiertas por McDermott (1998).
Sería obvio que se requiere de un cambio ante la enseñanza Tradicional, siendo
una buena alternativa el usar técnicas del Aprendizaje Activo. Cuando los estudiantes
son guiados para construir sus nuevos conocimientos mediante observaciones del
mundo Físico, se estará usando Aprendizaje Activo. De esta forma, dicho Aprendizaje
tendrá un ciclo, en el que se tienen: la predicción, la observación, la discusión, y
finalmente se tiene la síntesis de los anteriores pasos. Esto es conocido con las siglas
PODS (Mora, 2008).
En la tabla 1.1, se comparan algunas características de entornos de Aprendizaje
Activo, creados con estos programas de estudios de laboratorio y los Tradicionales que
son pasivos. Muchas escuelas, tanto de secundaria como de bachillerato, para
desarrollar sus programas de Física, cuentan con pocas computadoras y no pueden
33
tener el soporte técnico personal para el trabajo de laboratorio, lo que plantea una
situación desfavorable. Pero actualmente, se han creado ambientes de trabajo para
Aprendizaje Activo, y de lo anteriormente practicado en las universidades de Oregon y
Tufts, han llegado al desarrollo de estrategias de Enseñanza-Aprendizaje que tienen
por nombre Demostraciones de Lecturas Interactivas (CDI).
AMBIENTE DE APRENDIZAJE PASIVO AMBIENTE DE APRENDIZAJE ACTIVO
Instructor (y libro de texto) son las autoridades y todas las fuentes del conocimiento.
Los estudiantes construyen su conocimiento, basados en las observaciones de realidades del mundo físico, tomando esto como autoridad.
Las creencias de los estudiantes rara vez son abiertamente puestas en tela de juicio.
Se usan ciclos de aprendizaje, en los que los estudiantes enfrentan al reto de comparar predicciones (en base a sus creencias) con las observaciones de experimentos reales.
Los estudiantes nunca pueden reconocer las diferencias entre sus creencias y lo que se dice en clase.
Los estudiantes cambian sus creencias, cuando se enfrentan a diferenciar entre sus observaciones y sus creencias.
El instructor juega el papel de autoridad. El trabajo en equipo frecuentemente no se da.
El papel del instructor es ser guía en el proceso de aprendizaje. Se tiende a la colaboración en el aprendizaje entre equipos.
Con frecuencia se presentan hechos físicos con pocas referencias.
Se observan resultados de experimentos reales en forma comprensible, frecuentemente en tiempo real, basados en herramientas de las microcomputadoras.
El trabajo de laboratorio, se utiliza para confirmar las teorías “aprendidas” en la clase.
El trabajo de laboratorio se utiliza para aprender conceptos básicos.
Tabla 1.1 Comparación de Aprendizajes “Pasivo” y “Activo”.
1.3.2 Procedimientos de la clase demostrativa Interactivas (CDI)
Por la década de los noventas, Sokoloff y Thornton (1997) motivados por el éxito
cuando trabajaron sobre una enseñanza conceptual en los cursos iniciales del
laboratorio de Física, exploran estrategias para usar dispositivos de captura de datos en
tiempo real, usando herramientas de Laboratorio Basado en Microcomputadoras (MBL),
estableciendo ambientes de Aprendizaje Activo en las lecturas de los cursos iniciales de
la Física.
34
Después de probar distintas estrategias, en la universidad de Oregon formalizan
una de ellas; y en 1997, diseñan un procedimiento para aplicar su estrategia, las
llamadas CDI, que se utilizan para motivar a los estudiantes en el PEA, y por lo tanto
convertir el ambiente de ser pasivo (como sucede en los métodos tradicionales), a ser
Activo (Coll, 1988), dado que los estudiantes se involucran de manera activa en las
demostraciones para comprender los diversos conceptos.
Para aplicar las CDI, Sokoloff y Thornton utilizan una metodología de aprendizaje
basada en una serie de pasos propuestos por ellos mismos. Estos pasos se muestran
en la tabla 1.2. Sokoloff y Thornton (1991), usaron estos ocho pasos en su secuencia
experimental, obteniendo resultados muy favorables para el PEA de la Física aplicando
el factor de Hake.
1. El instructor describe las demostraciones y lo hace en el salón, sin tomar mediciones.
2. Se pide a los estudiantes que se registren en forma personal en una hoja de predicciones. La cual se recoge, y se identifica por el nombre de cada estudiante. (Los estudiantes se aseguran de que esta hoja no se califique, aun cuando en algunos cursos a ellos se les recompensa con la asistencia y participación en estas sesiones de CDI).
3. Los estudiantes se agrupan en pequeños grupos de discusión con uno o dos de sus vecinos.
4. El instructor elige las predicciones comunes de toda la clase. 5. Los estudiantes registran sus resultados en una hoja final de predicción.
6. El instructor hace la demostración con medidas (por lo regular gráficas hechas por herramientas del laboratorio basadas en microcomputadoras) apoyándose en dispositivos existentes en su laboratorio (múltiples monitores, LCD, o proyector de computadora).
7. Algunos estudiantes describen los resultados y los discuten en el contexto de la demostración. Los estudiantes pueden llenar una hoja de resultados, idéntica a la de predicciones, la cual se puede llevar para futuros estudios.
8. Los estudiantes (o el instructor) discuten fenómenos Físicos análogos, con diferentes datos (es decir diferentes situaciones físicas basadas en los mismos conceptos).
Tabla 1.2 Los ocho pasos de Sokoloff y Thornton
35
Como puede observarse en esta tabla 1.2 el paso 1 se refiere a los objetivos
perseguidos por el instructor los cuales se explican en forma cualitativa, sin realizar la
parte experimental, el paso 2 trata de que los educandos escriban en una hoja sus
predicciones, para que exhiban sus ideas previas, esto se controla pues en las hojas se
registraron con sus nombres. El paso 3 prácticamente trata de la formación de
pequeños equipos de trabajo, con la firme convicción de reflexionar y concluir las tareas
a realizar. El paso 4 se refiere a las observaciones del docente sobre las ideas
previas, y pueden enriquecerse si se diseñan algunos acetatos explicativos, aunque
esto queda opcional, además no se menciona si las predicciones son correctas. Si las
predicciones son incorrectas, los estudiantes irán planteando de entre ellas las que
representen conceptos equivocados, esto interaccionando y reflexionando entre ellos.
El instructor puede grabarlas, diciendo a sus alumnos siguientes “los estudiantes en mi
clase anterior hicieron estas predicciones” (Sokoloff, 1997). El objetivo de este paso es
coadyuvar a validar todas las predicciones hechas por los estudiantes en la clase. En
el paso 5 los alumnos registran lo que ha sucedido, luego de hacer la fase experimental
sugerida. Respecto al paso 6, es claro que se refiere al hecho de que el docente
realice la fase experimental y así los pasos 7 y 8, serán tarea del instructor para que se
logren las respuestas deseadas. Sería recomendable que el docente tenga una agenda
definida para ofrecer la asesoría y guía así como la discusión hacia los puntos
importantes planteados por los CDI individuales, es decir, que se cuente con los
espacios y tiempos suficientes. Cabe mencionar que muchos investigadores han
usado procedimientos similares para motivar a sus alumnos, pero muy pocos han
usado las actuales CDI (usando las herramientas MBL), además hay quienes no han
usado experimentos físicos, sino los razonamientos algorítmicos interaccionando con
sus alumnos para la solución de los problemas sugeridos.
A continuación se muestran en la tabla 1.3, los pasos a los que se ajustó la
aplicación de esta investigación didáctica.
36
1. Organización del grupo en equipos de 4 integrantes, manejados por un alumno auxiliar rotativo.
2. Se les hacen algunas preguntas dirigidas, unas 5 ó 6.
3. Se les aplica por primera vez el examen de diagnóstico y este se evalúa.
4. Realización de los experimentos propuestos para cada una de las leyes de Newton.
5. Se les vuelve a preguntar en forma dirigida usando las mismas preguntas anteriores y otras más que tienen que ver con las fases experimentales.
6. Se les pide que discutan sobre los experimentos observados y sus respuestas anteriores (paso 2). Realizado esto por equipos.
7. En forma grupal y guiados por el docente, los estudiantes obtienen conclusiones de los experimentos y sus respectivas respuestas anteriores.
8. Nuevamente el profesor dando guía a sus estudiantes les pide que expresen en forma escrita, concluyendo sobre la sesión desarrollada de las Leyes trabajadas.
9. Se aplica y se evalúa de nueva cuenta el mismo examen diagnóstico.
Tabla 1.3 Los nueve pasos propuestos para esta investigación Didáctica.
En los nueve pasos propuestos tenemos la aplicación en forma implícita de los
PODS (Sokoloff, 2006), dado que en el paso 1, se trata de toda una organización, sin
embargo los dos pasos siguientes (el 2 y 3), claramente se hallan en la Predicción (P)
(Riveros, 2004). El paso 4 es la realización de los experimentos propuestos, tocando
aquí a la Observación (O). Ahora bien, el paso 5 está ligado a la Discusión (D), esto al
momento de insistir preguntando en forma dirigida a los alumnos, ya que estos deben
reflexionar discutiendo sobre lo que han realizado y contestado anteriormente (Acosta,
1997). Por último, la parte de Síntesis (S), se trata desde los cuatro últimos pasos (6, 7,
8, y 9) tratando de que sean secuenciados.
Cabe comentar que el docente en todo momento hace el papel de guía, para que
sus alumnos puedan concluir de una manera positiva.
37
1.4 Futuro de los CDI (crecimiento continuo)
Los CDI se diseñan e incrementan continuamente, lo más actual se encuentra
disponible mediante Internet. Otra manera de saber sobre los nuevos desarrollos en los
CDI (y otros materiales llamados la “Habitación de la Física”) es asistiendo a los talleres
que se ofrecen varias veces al año en las Convenciones Nacionales de la “Asociación
Americana de Profesores de Física” y en las instituciones que se encuentran bajo el
auspicio del patrocinio de la Fundación Nacional de la Ciencia (NSF) denominado
programa de Curso Corto Chautauqua (Sokoloff, 1997).
También se ofrecen cursos de verano extendidos y patrocinados por la NSF
para un uso efectivo del material de la Física. Para más información sobre estos
programas se recomienda buscar en internet (University of Oregon). También se invita
a los docentes interesados en diseñar sus propias secuencias CDI, pidiéndoles que
compartan sus experiencias y propuestas.
38
Capítulo 2
2.1 La enseñanza de la Física en el nivel Medio Superior Superior en el Instituto Politécnico Nacional
Actualmente y desde años atrás la enseñanza de la Física en el Nivel Medio
Superior se ha visto enfocada hacia la enseñanza de tipo Tradicional, en lugar de una
enseñanza basada en nuevas tendencias educativas. Aunque existen algunos
docentes que intentan innovar sobre sus métodos de enseñanza, utilizando algunas TIC
y nuevas técnicas. Estos representan a una minoría, además, de que en la mayoría de
los planteles (del nivel medio superior), los recursos materiales para la ejecución de las
TIC, y las nuevas técnicas, son escasos o no se encuentran en existencia por diversos
motivos. Cabe mencionar también que en el laboratorio de ciencias el material para
prácticas casi no existe, y en la mayoría de los casos no es posible la realización de las
fases experimentales (ni en las formas tradicionales). Otra situación que
frecuentemente se presenta, es la atención de un número de estudiantes cada vez más
reducido tanto en el tercero como en el cuarto semestre, iniciando dichos ciclos con un
cierto número de estudiantes, los cuales se reducen drásticamente a lo largo de las
primeras tres o cuatro semanas consecutivas al inicio, quedando en varias ocasiones
hasta el 50% o menos, del grupo inicial, ocurriendo esto después de la aplicación de los
ETS de ese correspondiente período de exámenes.
Generalmente los estudiantes que se encuentran en esta situación adeudan
varias asignaturas, entre otras las que son de nuestro interés, como las Físicas, así
como las Matemáticas, que como bien sabemos, estas últimas son básicas para las
asignaturas de las Ciencias Físicas, aunque también adeudan otras materias más
(como ya se ha mencionado). De esta manera se observa que el alumnado de este
Nivel, parece tener un bajo interés por la aprobación de sus asignaturas, y es altamente
probable que estén perdiendo algunos valores personales.
Es obvio que la problemática es debida a muchas causas, pero de seguir en
estas circunstancias estaremos trabajando de manera cíclica y errónea.
39
2.2 Algunas tecnologías en el PEA de la Física
Obviamente hacer mención de todas las tecnologías de que se disponen para
ser utilizadas en el PEA en la Física sería una labor interminable, sin embargo es
posible mencionar algunas, que los docentes interesados en mejorar su quehacer
didáctico, utilizan con mayor frecuencia.
Cuando los docentes se interesan por las ideas previas, generalmente aplican
algunas preguntas iniciales y dirigidas, realizando una especie de lluvia de ideas
controladas, siendo que de esta forma, las respuestas de sus estudiantes les darán la
pauta para proseguir con su estrategia didáctica (Riveros, 2004).
Es frecuente que los docentes consulten fuentes existentes en Internet lo cual da
un muy amplio panorama al respecto. De esta forma se hallarán muchas fuentes de las
que podrán, adaptar estrategias ya probadas por algunos investigadores en el PEA de
la Física, pareciendo lógico suponer que los que realizan labores tales como las
descritas en los párrafos anteriores, deberán adaptar desde los materiales a utilizar, así
como realizar la combinación de entre dos o tres estrategias encontradas.
Recordemos que existen: los paquetes para la computadora que realizan
simulaciones de diversos temas, los videos de corta duración, los libros y apuntes en
formato electrónico, más aparte los que los propios docentes diseñen para la
realización de su propia estrategia didáctica, contando desde luego, con los materiales
con que las instituciones educativas posean. Los docentes deben tener una actitud
reflexiva y autónoma, alineados siempre en cuestiones sobre su práctica docente.
Es inevitable que en la práctica, los docentes activos deben ser observadores idóneos
de lo que ocurre en clase, gracias a esto, serían investigadores del PEA de la Física.
De esta forma, el problema primordial para los docentes, será que el material con que
cuentan para enseñar Física, tendrá que ser didáctico; lo que podría aterrizarse en un
proceso llamado “Enseñanza - Investigación - Didáctica” (García-Carmona, 2010),
(Cañal, 1997).
En resumen, la Física debería de enseñarse bajo aquel PEA como una actividad
de permanente investigación educativa.
40
2.3 Condiciones iniciales en el estudio del movimiento
Como es sabido por la mayoría de los docentes en la asignatura de Física,
siempre se tienen malos prerrequisitos en cuanto a conocimientos, destrezas y
habilidades de los estudiantes que inician un nuevo curso. Por ejemplo, se ha visto que
un manejo inadecuado de las condiciones iniciales al abordar un tema, digamos el del
movimiento de los cuerpos, llevará a una cantidad de errores conceptuales en los
estudiantes (García-Carmona, 2002), tales como creer que siempre que un cuerpo se
mueve, es porque otro le aplicó una fuerza, o bien, si su aceleración es cero, entonces
no habrá movimiento.
Es frecuente que los docentes manejemos las Condiciones Iniciales (CI) desde el
punto de vista matemático, olvidándonos de los significados Físicos; y se ha mostrado
que sería recomendable, al menos en el nivel de secundaria, que se planteen las
situaciones Físicas, con un mínimo de aplicación Matemática. Se ha vuelto evidente, a
través de varias investigaciones, que la comprensión conceptual tiende a mejorar el
PEA. Debido a esto, a continuación se mencionan algunas situaciones Físicas, que
por su desatención hacia las CI, se empeñan en agudizar los problemas en el
aprendizaje de los conceptos de los diversos temas de la Física.
2.3.1 Movimiento del péndulo simple y cónico
Como la mayoría sabemos, se puede tener el movimiento con una masa
pendiente de una cuerda oscilando de izquierda a derecha, en el cual, siempre estarán
interaccionando dos fuerzas: el peso del cuerpo y la tensión de la cuerda. Sin embargo,
también sabemos que se puede describir una cónica circular, lo cual dependerá de las
condiciones iniciales del movimiento exhibido.
41
Figura 2.4.1-1 Movimiento oscilante de una masa.
2.3.2 Movimiento de traslación de la Tierra
El movimiento de traslación de la Tierra generalmente es pensado como aquel
en el que el Sol aplica una fuerza hacia su centro, llamada fuerza centrípeta. Pero la
mayoría dibuja esta fuerza en forma de segmento de línea tangente a la trayectoria de
traslación, en la misma dirección y sentido que la velocidad de la Tierra; pensando la
mayoría de estudiantes, que de lo contrario, la Tierra caería atraída por el Sol hacia su
centro (García, 2002).
Figura 2.4.2-1 Representa el movimiento de traslación de la Tierra.
42
2.4.3 La Primera Ley de Newton
Generalmente los textos describen que “un cuerpo permanece en estado de
reposo o de movimiento rectilíneo y uniforme, mientras no actúe sobre él ninguna
fuerza neta” (Tippens, 2001), (Wilson, 1996). Aquí se debería aclarar que el cuerpo
seguirá en reposo si antes de nuestra observación ya lo estaba, o que seguirá
moviéndose en forma rectilínea y uniforme, si así lo hacía antes de la observación. Es
decir, se debería hacer hincapié a las CI del problema, sin embargo, se podría afirmar
que la Primera Ley de Newton, entonces, no distingue a estos estados de movimiento.
2.3.4 Ideas previas del concepto de fuerza
Se sabe que las ideas previas sobreviven por largos períodos, y debido a esto,
es recomendable profundizar en los fundamentos del PEA. Entonces, al diseñar
nuevas estrategias de aprendizaje, debemos tomar en cuenta, las ideas previas y las
concepciones erróneas de los estudiantes, con la finalidad de modificarlas. Esto
representará siempre, una mejoría para el PEA.
Las ideas previas se relacionan con la interpretación de fenómenos naturales y
conceptos científicos. Dichas ideas se construyen, basándose en la necesidad de
interpretar los fenómenos, o bien, para solucionar problemas prácticos, los que pueden
brindar una buena explicación, descripción y predicción. Algunas características de las
ideas previas, son las siguientes (Mora, 2009):
a) Están presentes en todas las edades, géneros y culturas.
b) Se encuentran indiferenciadas en otros conceptos.
c) La mayoría se elaboran a partir de un razonamiento causal directo.
43
d) Pueden ser contradictorias cuando se aplican a contextos diferentes, son
persistentes y semejantes con ideas que se presentan en la historia de la
ciencia.
e) Infieren con la instrucción científica.
Tratándose de ideas previas y sobre el contexto del movimiento de los cuerpos,
los estudiantes siguen apostados, en la creencia común, de que cualquier movimiento
implica una fuerza y que ésta se consume y se almacena. Ahora bien, todo concepto
es una generalización y en cuanto se desarrolla la inteligencia se van modificando las
generalizaciones. Los conceptos se desarrollan por evolución de muchas funciones
intelectuales como la atención deliberada, la memoria lógica, la abstracción y la
habilidad para comparar y diferenciar Vygotsky (2003), menciona el término conciencia
reflexiva, refiriéndose a “tener conocimiento de la actividad de la mente”.
2.3.5 Algunos Instrumentos para Conocer las Ideas Previas
Cuando las técnicas de enseñanza se enfocan en cambiar o eliminar los
conceptos erróneos, son más eficaces. Algunas técnicas frecuentemente empleadas
para investigar sobre las ideas previas son las siguientes:
1 Entrevistas.
2 Cuestionarios.
3 Evaluación de reglas.
4 Grabación de audio.
5 Test.
44
En este trabajo de tesis, para conocer sobre las ideas previas de los estudiantes
se utilizará una combinación de preguntas cerradas a tres, cuatro y cinco incisos
tomadas de test puestos en práctica por algunos investigadores. En estos test se
evaluará el factor de Hake (Lara-Barragan, 2008), cuya expresión matemática, es la
siguiente:
Factor de Hake (ganancia posible en el aprendizaje):
Postest % Pretest %.
100% Pretest %h (2.1)
A esto se le llamará el examen diagnóstico. Para que las ideas previas cambien
se debe tener en cuenta que es un proceso complicado y contiene diferentes factores
tales como el contexto o el nivel de comprensión conceptual, relacionado con lo
funcional o lo causal (Herrera, 2009).
Cabe mencionar que no existe una única manera de diseñar estrategias de enseñanza,
siendo recomendable que se usen secuencias didácticas. Ahora bien, para que ocurra
el cambio conceptual, es recomendable que la nueva información cumpla al menos con
los siguientes puntos:
A. Ser entendible para el alumno.
B. Ser plausible (consistente), así como el poder resolver problemas, que con
las ideas previas no podían hacerse.
C. Debe generar conflicto firme con sus anteriores predicciones.
D. Debe ser útil para solucionar problemas de la vida diaria.
Se puede mencionar ahora que la construcción del conocimiento en Física, debe
ser parte de un sistema global de educación. Como bien sabemos, la Física se
desarrolla mediante algunas estrategias y recursos propios de la disciplina, pero
también se relaciona con otros saberes, como lo son, las Ciencias Naturales, las
Sociales, las Artes, la Moral; y desde luego, de forma primordial, tiene relación con las
45
Matemáticas. Entonces, dada esta globalización, se debe abordar una Física de
innovación e investigación, mencionando que al utilizar las herramientas que nos ofrece
la computadora, se abrirán rutas de gran importancia, como para discutir temas
relacionados con la currícula, y la formación de los docentes (Coll, 1988).
Se puede proponer ahora, una definición de estrategia didáctica, la cual, la
describimos como sigue: Se trata de todas aquellas formas de proceder del docente,
en las que trata de secuenciar sus enseñanzas, teniendo siempre como objetivo la
observación de los resultados que se vayan obteniendo, los que temáticamente están
contenidos en un contexto disciplinar, en este caso la Física (Vázquez, 1994).
A continuación se describe el examen diagnóstico, el cual se usó de Pretest, y
Postest en la aplicación de esta investigación educativa.
2.4 Examen diagnóstico
Instrucciones:
En el examen diagnóstico, que se les aplicó a los alumnos de Física, se dieron
las siguientes indicaciones:
No marque el examen que se le proporciona.
Elija la opción que piense que es la correcta.
Conteste solamente en su hoja de respuestas.
46
Preguntas:
1) Un camión grande choca frontalmente con un pequeño auto compacto, como se
muestra en las ilustraciones siguientes (Hestenes, 1992).
Figura 2.4-1. Colisión de dos vehículos. En esta figura se puede apreciar la colisión entre dos vehículos: un camión de carga y un automóvil particular, un momento antes del impacto, y al impactar, mostrando a las fuerzas involucradas en el fenómeno.
Durante la colisión:
A. El camión ejerce una fuerza sobre el coche de mayor magnitud que la magnitud
de la fuerza que ejerce el coche sobre el camión.
B. El coche ejerce una fuerza sobre el camión de mayor magnitud que la magnitud
de la fuerza que ejerce el camión sobre el coche.
C. Ni el coche ni el camión ejercen ninguna fuerza el uno sobre el otro, el coche
sufre un choque violento porque simplemente se encuentra en el camino del
camión.
D. El camión ejerce una fuerza sobre el coche, pero el coche no ejerce fuerza sobre
el camión.
E. El camión ejerce una fuerza sobre el coche de la misma magnitud que la
magnitud de la fuerza que el coche ejerce sobre el camión.
47
2) Una persona lanza una pelota directamente hacia arriba. Considere el
movimiento de la pelota únicamente después de haber dejado la mano de la
persona, pero antes de que pase por el nivel desde donde salió, y considere
despreciable la fuerza aplicada por el aire (Hestenes, 1992).
Figura 2.4-2. Movimiento vertical de un cuerpo. Una pelota se lanza Verticalmente hacia arriba.
Para estas condiciones, la(s) fuerza(s) que se aplica(n) sobre la pelota es (o son):
A. Una fuerza de gravedad hacia abajo, con una fuerza hacia arriba que decrece
continuamente.
B. Una fuerza hacia arriba que decrece continuamente desde el momento que deja
la mano del que lanza hasta que alcanza el punto su más alto, y en el camino
hacia abajo una fuerza de gravedad que decrece continuamente como el objeto
se aproxima más a la Tierra.
C. Una fuerza de gravedad casi constante hacia abajo con una fuerza hacia arriba
que decrece continuamente hasta que la pelota llega hasta su punto más alto, y
en el camino hacia abajo hay solamente una fuerza de gravedad hacia abajo.
D. Únicamente una fuerza de gravedad casi constante hacia abajo.
E. Ninguna de las anteriores. La pelota cae de regreso al piso debido a su
tendencia natural para descansar en la superficie de la Tierra.
3) En el esquema siguiente se muestra el movimiento de un disco de hockey que
resbala con rapidez constante v0 en línea recta del punto A al punto B, sobre una
superficie horizontal sin fricción. Se desprecia la fuerza ejercida por el aire. El
48
disco se mira desde arriba. Cuando el disco llega al punto "B" repentinamente
recibe un golpe en la dirección de la flecha negra. Si el disco hubiera estado en
reposo en el en el punto "b", entonces el golpe habría lanzado al disco en un
movimiento en el plano horizontal, con una rapidez vk en la dirección del golpe
(Hestenes, 1992).
Figura 2.4-3. Vista superior de un disco de hockey. Un disco de hockey se mueve desde A hasta B, en donde se le aplica una fuerza como lo indica la flecha.
Preguntas:
A lo largo de la trayectoria sin fricción que se muestra, la(s) fuerza(s)
principal(es) sobre el disco después de recibir el golpe, es (son):
A. La fuerza de gravedad hacia abajo.
B. La fuerza de gravedad hacia abajo y una fuerza horizontal en dirección del
movimiento.
C. La fuerza de gravedad hacia abajo, una fuerza hacia arriba aplicada por la
superficie y una fuerza horizontal en dirección del movimiento.
D. La fuerza de gravedad.
E. Ninguna (no hay fuerzas aplicadas sobre el disco).
4) Un camión grande se descompone en el camino y un auto pequeño lo empuja
hacia el pueblo, como se muestra en el esquema (Hestenes, 1992).
49
Figura 2.4-4. Un pequeño auto empuja a un gran camión.
Preguntas: Mientras el auto todavía empuja al camión, alcanza la velocidad máxima
permitida en la carretera:
A. La magnitud de la fuerza con la que el auto empuja al camión es igual a la
magnitud de la fuerza hacia atrás con la que el camión empuja al auto.
B. La magnitud de la fuerza con la que el auto empuja al camión es menor a la
magnitud de la fuerza hacia atrás con la que el camión empuja al auto.
C. La magnitud de la fuerza con la que el auto empuja al camión es mayor a la
magnitud de la fuerza hacia atrás con la que el camión empuja al auto.
D. Como el motor del auto está funcionando, hace que el auto empuje al camión, y
como el motor del camión no funciona, entonces no puede empujar al coche, el
camión es empujado hacia adelante simplemente porque está en el camino del
auto.
Figura 2.4-5. Una mujer meciéndose en un columpio.
50
5) El esquema de la figura 2.5-5. muestra a una chica balanceándose en un
columpio; empezando en un punto más alto que A. Considera las siguientes
fuerzas diferentes (Hestenes, 1992).
1. Una Hacia abajo debida a la gravedad.
2. Una fuerza aplicada por las cuerdas que apunta de A a O.
3. Una fuerza en la dirección del movimiento de la chica.
4. Una fuerza que apunta de O al punto A.
Preguntas.- ¿Cuál(es) fuerza(s) de las anteriores está(n) aplicadas sobre la chica
cuando está en la posición A?
A. Solamente 1
B. 1 y 2
C. 1 y 3
D. 1, 2 y 3
E. 1, 3 y 4
6) ¿Qué es la fuerza? (Riveros, 2004)
A. Es la que se le aplica a un cuerpo para moverlo.
B. Son empujones o jalones que se aplican entre los cuerpos.
C. Es una interacción entre cuerpos obteniéndose, movimiento y/o deformaciones.
D. Es la que representamos dibujando flechas.
51
7) Hay una pesada caja en reposo y Luis trata de moverla, empujándola tal como
se ve en el dibujo. Sin embargo, a pesar de todos sus esfuerzos, la caja no se
mueve (Bravo, 1990).
Figura 2.4-6. Un joven trata de empujar una pesada caja.
A. La caja no se mueve porque su inercia es mayor que la fuerza que le aplica
Luis.
B. Si la caja no tiene movimiento es porque la fricción entre ella y el piso es mayor
que la fuerza que le aplica Luis.
C. Al ser empujada la caja, el piso le aplica a ésta una fuerza horizontal. Si la caja
no se movió es porque esta fuerza es de igual tamaño que la fuerza aplicada por
Luis.
D. La caja no se mueve porque al aplicarle Luis una fuerza, la caja le aplica otra
fuerza igual pero contraria que la anula.
8) Sobre una mesa hay un libro. Silvia le da un empujón horizontal y el libro
comienza a deslizarse sobre la mesa, pero poco a poco va perdiendo velocidad y
termina por detenerse después de haber recorrido una corta distancia. Tres
compadres observan la escena del movimiento de un libro sobre una mesa y
este luego se detiene, y como ya se les agotaba el tema de conversación y les
quedaba bastante cerveza, se ponen a discutir para explicarse el movimiento del
libro y dicen (Bravo, 1990):
52
A. Paulino: Si el libro se detuvo es que sobre él debe haber actuado una fuerza.
Esta es la fricción, que siempre se opone a los movimientos, como si los odiara.
B. Chucho: ¡No don Paulino! Después del empujón inicial al libro, yo no vi a nadie
que lo sujetara, y aún veo bastante bien. Claro que tuvo que haber una causa.
Estoy de acuerdo con usted en que la causa es la fricción, pero la fricción no es
una fuerza, es solamente la causa por la que los objetos en movimiento se
detienen.
C. Agustín: No estoy de acuerdo con ninguno de los dos. Yo vi una película
educativa en la que se discute esto mismo, y lo que pasa es que la fuerza del
empujón se va como agotando, y cuando se termina, el libro se detiene.
9) Un ascensor se eleva por medio de un cable de acero sujeto por su parte
superior (despreciando la fricción), entonces el ascensor va subiendo con
rapidez constante (Rodríguez, 2008).
A. La fuerza del cable sobre el elevador es mayor que la fuerza gravitacional.
B. La magnitud de la fuerza del cable (hacia arriba) es igual al de la fuerza
gravitacional (hacia abajo).
C. El ascensor sube porque la longitud del cable se va acortando y no porque
aplique una fuerza sobre el ascensor.
D. La fuerza del cable sobre el ascensor es mayor que la fuerza hacia abajo debida
a la combinación de la gravedad y la presión del aire.
10) Tres personas distintas Adán, Bernabé y Caín leen en un libro el párrafo: “Las
leyes de la mecánica no son aplicables a los seres vivos. En efecto, según la
53
mecánica, para que un cuerpo que está en reposo comience a moverse, hay
que aplicarle una fuerza externa, es decir, alguien o algo debe empujarlo. Pero
esto no es cierto en el caso de los seres vivos. Por ejemplo, si se despierta un
gato puede empezar a moverse por sí mismo, sin que nadie lo empuje”. (Bravo,
1990).
A continuación se transcriben las opiniones de las tres personas después de leer
el párrafo anterior:
A. Adán: Concuerdo con el autor. Como sabemos, para que un auto se mueva, no
es necesario aplicarle una fuerza externa, ya que en el interior del motor se
efectúan procesos que le permiten moverse sin necesidad de fuerzas externas,
pues poseen su propia energía.
B. Bernabé: Lo que dice este libro es una tontería. Lo que ocurre es que la Tierra
empuja al gato. Si el gato quiere moverse, este empuja a la Tierra y ésta misma
lo empuja a él. El empujón de la Tierra es una fuerza externa.
C. Caín: Al gato nada lo empuja externamente, pero internamente sí. El puede
mover sus músculos, y estos, mueven sus patas, las cuales lo mueven a él.
2.4.1 Explicaciones:
Pregunta No. 1
Este reactivo trata de la comprensión de la Tercera Ley de Newton, la respuesta
correcta es la del inciso (E), el reactivo que se refiere al error más común es el del
inciso (A), siendo los demás reactivos los que representan el otro tipo de errores más
comunes (Hestenes, 1992).
Pregunta No. 2
Este reactivo, trata de identificar qué tipo de entendimiento se tiene sobre las
fuerzas aplicadas a un cuerpo, una vez que deja de aplicársele la fuerza impulsora. El
54
inciso (C) es el típico ejemplo de razonamiento Aristotélico producto del sentido común.
El inciso (E) es un clásico refrán popular que no da cuenta del uso del concepto Físico,
el inciso correcto es el (D), siendo que los demás incisos representan errores típicos
(Hestenes, 1992).
Pregunta No. 3
El inciso (D) es el correcto dado que no hay fricción entre las superficies de
contacto, sin embargo en el inciso (A) se ignora a la fuerza normal ejercida por la
superficie de contacto. En el inciso (B) se observa la creencia de que la fuerza se
encuentra en la dirección del movimiento, y obviamente en el inciso (E) se está
aplicando mal la primera ley de Newton (Hestenes, 1992).
Pregunta No. 4
El inciso correcto es el (A), los incisos (B) y (C) implican una mala comprensión
de la tercera y la segunda leyes de Newton. En cuanto al inciso (D) se trata de una
aseveración popular sin razón científica alguna (Hestenes, 1992).
Pregunta No. 5
La respuesta (A) muestra una mala distinción entre la interacción entre los
cuerpos. Los incisos (C) (D) y (E) involucran la creencia de que la fuerza siempre se
encuentra en la dirección del movimiento, entonces interaccionarían mal las fuerzas. El
inciso (B) es el correcto (Hestenes, 1992).
Pregunta No. 6
El inciso (A) explica la creencia de que para que un cuerpo se mueva siempre es
necesaria la aplicación de una fuerza. Los incisos (B) y (D) hablan de otras creencias
que se tienen sobre la aplicación de fuerzas. El inciso (C) es el correcto, dado que se
refiere a lo que las fuerzas pueden provocar (Riveros, 2004).
Pregunta No. 7
Esta pregunta pone a prueba la asimilación del concepto de inercia, el
reconocimiento de la fricción como una fuerza y la correcta aplicación de la primera y
55
tercera leyes de Newton. La respuesta (A) indica que se sigue creyendo que la inercia
es una fuerza a vencer. La respuesta (B) indica que se considera a la fricción como una
fuerza pero no se está respetando la segunda ley de Newton, pues si la fricción fuera
mayor que la fuerza aplicada, habría una fuerza resultante sobre la caja hacia la
izquierda y ésta atropellaría a Luis. La respuesta (C) es la correcta, ya que representa
la única condición de acuerdo con la primera ley de Newton, en la que la caja puede
permanecer inmóvil. La respuesta (D) representa una típica confusión en la aplicación
de la tercera ley de Newton, según la cuál la acción y la reacción actúan sobre el mismo
cuerpo (Bravo, 1990).
Pregunta No. 8
Esta pregunta tiene que ver con el concepto de fricción como una fuerza y con la
primera y la segunda leyes de Newton. La respuesta (A) es la correcta, pues de
acuerdo con la segunda ley, para que un objeto en movimiento se detenga, debe estar
actuando sobre él una fuerza neta, que en este caso es la fricción. La respuesta (B)
muestra la posición de adjudicarle a la fricción la capacidad de detener el movimiento,
pero no se le considera como una fuerza, sino que se piensa en las fuerzas sólo como
jalones o empujones; esto contradice la Segunda Ley, ya que en ella se considera
como fuerza todo lo que es capaz de cambiar el estado de movimiento de un cuerpo.
La respuesta (C) muestra una confusión entre los conceptos de fuerza y movimiento
(cantidad de movimiento) y viola la Primera Ley de Newton al considerar que el
movimiento se gasta por sí mismo (Bravo, 1990).
Pregunta No. 9
Este reactivo indica uno de los errores conceptuales más frecuentes, el inciso (A)
para los estudiantes que no han comprendido cabalmente la primera ley de Newton, es
difícil aceptar que un movimiento con rapidez constante implica una fuerza neta
aplicada igual acero. Su sentido común les indica que la fuerza debe ser mayor al
peso. La respuesta correcta es la (B), los otros dos incisos representan ideas previas
frecuentes en los estudiantes (Rodríguez, 2008).
56
Pregunta No.10
Esta pregunta se refiere a la segunda y la tercera leyes de Newton. Las
repuestas A y C ponen de manifiesto la creencia de que los seres vivos y los objetos
motorizados no necesitan fuerzas externas para empezar a desplazarse, lo cual
contradice la segunda ley de Newton. La respuesta B es la correcta, ya que en efecto,
para que un cuerpo cualquiera cambie su estado de reposo por el de movimiento debe
ser actuado por una fuerza externa que en este caso la proporciona el piso como una
reacción a la acción del gato al empujar aquél con sus patas. Es de esta manera,
actuando sobre un cuerpo externo para que la reacción los impulse a ellos, como logran
iniciar su movimiento (o cambiarlo) todos los objetos con “motor propio” (Bravo, 1990).
57
Capítulo 3
3.1 Aplicación de la propuesta didáctica
En la aplicación de las secuencias experimentales siguientes se ha llevado una
estructura que trata de apegarse, en la medida de lo posible, al ciclo PODS, (Sokoloff
D. , 2006), descrita a continuación:
Algunas preguntas previas.6
Realización del experimento propuesto.
Secuencias de preguntas a discutir (mencionadas en el cuerpo de la
tesis, como preguntas después del experimento).
Reflexiones, Observaciones, Síntesis, y Conclusiones (llevadas a
cabo, en las partes dedicadas a conclusiones,...).
Cabe mencionar que en cada uno de los puntos anteriores, el papel del profesor
es solamente el de guía de sus estudiantes, dejando que ellos mismos adquieran sus
nuevos conocimientos, construyéndolos de forma Activa.
Se les aplica la propuesta didáctica a tres grupos del CECyT No. 13 del turno
vespertino.7 Se inició con el instrumento propuesto como Examen de Diagnóstico,
considerándolo como un Pretest, el cual posteriormente se evalúa como un indicador de
cómo se encuentran los grupos antes de aplicar la propuesta. Después se eligió un
sólo grupo de entre estos para pilotear.
6Preguntas a criterio del docente, que son discutidas y analizadas por los respectivos equipos antes de realizado el
experimento. 7 El lugar para aplicar la estrategia se eligió motivado en las facilidades que representa esta cede, además de ser el
nivel hacia el cual se orienta la estrategia, el autor de la misma trabaja ahí lo cual facilita el acceso a los grupos y su
observación posterior. Se aplica esta propuesta en el CECyT No.13, debido a que ahí es donde labora el autor de
esta estrategia didáctica
58
Logrado lo anterior, se evalúa la Propuesta Didáctica haciendo referencia y
comparación con los otros grupos.
Es recomendable que en todo el proceso de aplicación se procure que los
alumnos interaccionen con cada una de las fases experimentales, tanto en los
preparativos como en su activa aplicación, así como después de su desarrollo. Esto
puede lograrse mediante preguntas constantes y dirigidas. Sus respuestas servirán de
guía hacia la discusión, y control del PEA. Para estas dinámicas se proponen dos
sesiones de 50 minutos, para cada una de las Leyes de Newton.8
Como última fase de la puesta en marcha de la estrategia con los estudiantes, se
vuelve a aplicar el instrumento inicial: el Examen de Diagnóstico, tanto al grupo
Experimental, como a los de control, considerado ahora este como Postest.
Esta última fase permitirá evaluar la propuesta, lo cual se realiza mediante un
Análisis Estadístico, mostrando en forma cualitativa los resultados obtenidos. En el
próximo capítulo se profundizará más en estos resultados, considerando también el
cálculo del Factor de Hake (Lara-Barragan, 2008), y la t de student (Devore, 2005).
3.1.1 Desarrollo
Primeramente se toma la muestra de tres grupos tomados al azar, se trata de
alumnos del CECyT No. 13 a los cuales se les aplica el examen diagnóstico, que
consta de 10 preguntas cerradas con 3, 4 ó 5 incisos. Dichos exámenes se evaluarán,
como ya se mencionó, y de estos tres grupos se tomará sólo uno al azar para la fase
siguiente de la Estrategia Didáctica diseñada, en su parte experimental.
Los porcentajes de conocimientos en el Examen de Diagnóstico en su primera
etapa Pretest se observan en la tabla 3.1.1:
8 Este factor de tiempo es actualmente de gran importancia para el CECyT (de 50 min, por clase).
59
Grupo Porcentaje
A ctrl 27.69%
B exp 30.37%
C ctrl 21.54%
Tabla 3.1.1-A. Porcentajes en conocimientos
para el Pretest.
Ahora se elige un grupo, al que llamaremos grupo Experimental (en este caso el
grupo B). Iniciando con una serie de preguntas cuyo objetivo es observar las ideas
previas de los educandos, aunque esto es muy variable. Se sugiere que dichas
preguntas sean a nivel abierto, es decir, que cada docente pregunte según su habilidad
para dirigir la discusión y según las circunstancias que él observe más provechosas
(Díaz, 2002). Ejemplos de este tipo de preguntas se muestran a continuación:
3.1.2 Preguntas previas al primer experimento (Primera Ley)
1) ¿Cómo nos damos cuenta cuándo sobre un cuerpo interacciona una fuerza?
2) ¿Qué es el estado de movimiento?
3) Para ti, ¿qué es una fuerza?
4) ¿Cómo sabes cuándo sobre un cuerpo actuó una fuerza?
Sugerencias para los docentes: Aunque es muy variable, podemos desglosar la
Primera Ley de Newton en sus partes conceptuales, es decir, a partir de su definición
se puede, tratar con situaciones en las que la suma vectorial de las fuerzas (la fuerza
neta aplicada) que interaccionan con un cuerpo sea cero, así como también presentar
situaciones en las que los estados de movimiento sean, el reposo y/o el movimiento
rectilíneo uniforme (MRU).
60
3.2 Experimentos propuestos para la Primera Ley de Newton
Primer experimento (Primera Ley)
El material se coloca como se observa en el esquema 3.2-1 (más detalles en
Anexo 5).
Figura 3.2-1. Movimiento del bloque aplicándole una fuerza con el hilo elástico.
Uno de los alumnos pone en movimiento al bloque mediante una fuerza muy
baja, aplicada a la cuerda elástica, la cual cesa de inmediato. Los demás deben
observar tanto el movimiento del bloque como lo que nos indican el péndulo colocado
en su parte superior. Se continúa realizando algunas preguntas, las cuales deberán ser
contestadas por los equipos de alumnos. El tipo de preguntas queda a criterio del
docente, en este caso algunas de estas fueron de las siguientes:
61
3.2.1 Preguntas después del experimento (Primera Ley)
1) ¿Cómo se mueve el bloque después de que ya cesó la fuerza aplicada?
2) ¿Cuál sería entonces el estado de movimiento del bloque?
3) Luego de que la fuerza cesó, ¿el bloque, cómo se mueve?
4) Si la fuerza cesó, ¿cuánto valdría entonces ésta, en el movimiento?
5) ¿Habría otra situación (u otro estado) en la que la fuerza aplicada al bloque fuera
cero?
6) Si al bloque no se le aplica fuerza en forma inicial, ¿cuál sería el estado de
movimiento del bloque?
Otras preguntas de interés, pueden ser:
¿Cuántas situaciones en las que la fuerza aplicada es cero tenemos? y también,
¿qué estados de movimiento en estos casos se observan?
3.2.2 Discusiones y síntesis de los estudiantes (Primera Ley)
Ahora los alumnos en sus equipos deben discutir y reflexionar sobre las
observaciones, que ellos mismos han hecho del experimento y de sus respuestas a las
preguntas anteriores. Posteriormente, el docente debe guiarlos para que razonen de
manera lógica sobre estas discusiones y conjuntamente llegarán a conclusiones más
generales, mostrando entonces sus acuerdos.
62
3.2.3 Algunas sugerencias para los docentes (Primera Ley de Newton)
El concepto de momento lineal en la primera Ley de Newton tal como se enseña
en nuestro bachillerato establece que: el movimiento rectilíneo uniforme de los cuerpos,
se presenta siempre y cuando la fuerza neta o resultante sea cero ( ) (Hewitt,
2004), además de que, para el estado de reposo, en el cual no tenemos movimiento de
traslación, la aceleración también vale cero ( ).
Entonces, dicha ley advierte que al no existir fuerza neta, la consecuencia será
que los cuerpos tengan tan solo alguno de esos dos estados de movimiento. Esto se
conoce como la Ley de la Inercia. Se trata de una consecuencia casi lógica del
experimento, dado que es necesario buscar ciertos puntos de referencia, lo que origina
a los sistemas de referencia inerciales. Siendo éstos sistemas de referencia, aquellos
desde los que se observa que los cuerpos bajo la interacción de fuerza neta cero, están
en reposo o se moverán a velocidad constante y en línea recta.
3.3 Experimentos propuestos (Segunda Ley de Newton)
El docente de manera parecida a la etapa anterior, debe iniciar con algunas
preguntas antes de las fases experimentales, recordando a sus alumnos que se
trabajara prácticamente con el mismo material anterior.
3.3.1 Preguntas previas al primer experimento (Segunda Ley)
1) ¿Cómo se podrían cambiar las condiciones de la fase experimental anterior?
(Riveros, 2004).
63
2) ¿Cómo se movería el bloque al aplicar una fuerza muy grande y de manera
constante?
3) Si la masa del bloque fuera pequeña ¿cómo sería la fuerza requerida constante
para moverlo? Y si, la masa fuera muy grande ¿cómo sería su aceleración bajo
esa misma fuerza (capaz de provocarle movimiento)?
4) Hablando de estados de movimiento. Si al bloque le aplicamos una fuerza neta y
constante, ¿cómo sería el estado de movimiento?, ¿sería igual a cualquiera de
los dos estados vistos anteriormente?
Sugerencias para los docentes: Si en un movimiento se tienen cambios de velocidad,
es porque en él tendríamos la manifestación de una aceleración, es decir, se puede
guiar a los alumnos, preguntando por ejemplo:¿Sería este, otro estado de movimiento
diferente a los anteriormente vistos?
Recordemos como docentes lo que implica la Segunda Ley de Newton, pues
casi en todos los textos esta ley se describe relacionando a la fuerza externa aplicada o
fuerza neta (que no sería nula), con la aceleración provocada y con la masa, esto se
hace generalmente usando las frases de: “directamente proporcionales” o bien usando
la frase de “proporcionalidad inversa” (Tippens, 2001).9
Entonces, primeramente, deberíamos hacer ver que esta fuerza neta provoca
esos cambios en la velocidad, que conocemos como aceleración. Además de dejar a
éste, como otro estado de movimiento (agregado a los dos anteriores). Se debe hacer
notar que hay que considerar que la masa es considera constante, y que por lo regular
la mayoría de los docentes se preocupan más por los manejos matemáticos y las
unidades, así como sus diversas aplicaciones.10
9 Aunque estos conceptos matemáticos, casi nunca son entendidos por los alumnos y simplemente los repiten, pero
también existen casos en que los mismos docentes tampoco los comprenden. 10
A esto lógicamente no habría que oponerse, pero lo ideal sería tratar de lograr primero el razonamiento lógico y
así poder comprender mejor el fenómeno.
64
Dada esta situación desfavorable, las Academias de Física deberían proponerse
trabajar sobre esta Ley, aplicando situaciones de razonamiento e iniciando con el
análisis Físico de la fórmula matemática:
. (3.1)
Hay que hacer notar, que tanto la fuerza neta aplicada (no nula), así como la
aceleración que se manifiesta, tienen un carácter vectorial.
Concluyendo, se puede decir que se trata de una fuerza ejercida sobre un cuerpo
que es capaz de acelerarlo, y lo que se observa es el cambio de velocidad logrado.
Además, la aceleración , va en proporción con la fuerza neta aplicada. Si se trata
de una fuerza neta muy grande, ésta provocará grandes tazas de cambio en la
velocidad del cuerpo bajo observación y lógicamente también, grandes aceleraciones.
Observando, que la dirección y sentido de la fuerza es la misma que la que “adopta” la
aceleración para ese mismo cuerpo.
65
Primer experimento (Segunda Ley)
De forma parecida a las situaciones anteriores, el material se coloca de la misma
manera sólo que ahora la fuerza que moverá al bloque debe ser constante y continua
durante todo su trayecto. Recordemos que algún alumno realiza este movimiento y el
resto del grupo observa.
Figura 3.3-1. Movimiento del bloque aplicándole una fuerza constante.
3.3.2 Preguntas después del experimento
1) ¿Cómo se mueve el bloque al aplicarle una fuerza en forma constante?
2) ¿Qué nos estaría indicando el péndulo?
3) Ahora compare el movimiento del bloque en la parte inicial y casi al final de la
rampa horizontal, ¿qué observa?, ¿cómo son los movimientos?
4) Respecto al estado de movimiento ¿sería rectilíneo y uniforme?
66
5) Si se aplicara una fuerza muy grande ¿cómo sería el cambio en la velocidad del
bloque?
3.3.3 Discusiones y síntesis de los estudiantes (Segunda Ley de Newton)
De nueva cuenta el docente debe guiar a sus educandos, para que ellos, noten
que aunque el bloque también se mueve en forma recta, la velocidad no es baja ni
constante, pues al comparar las partes inicial y final se observa la diferencia de manera
notoria (McDermott, 1998). El docente puede sugerir ahora, que en forma hipotética
discutan la situación de aplicar dos fuerzas en cada uno de los lados del bloque, de tal
modo que cada una, en forma individual, sea capaz de mover al bloque, pero siendo
una de ellas, mayor que la otra.
Figura 3.3-2 Vista superior de la aplicación de las fuerzas
¿Hacia dónde sería la dirección y el sentido tanto de la fuerza neta aplicada,
como de la aceleración manifestada?, ¿Cómo sería la dirección y sentido de la
aceleración?. Se pueden sugerir también las siguientes preguntas, para que en los
equipos respectivos las discutan y reflexionen:
1) ¿Podrían resumir las diferencias de este tipo de movimiento y el anterior?
2) ¿Qué se observa cuando se ha aplicado una fuerza neta no nula y externa a un
cuerpo?
67
3) ¿Qué se observa al aplicar una fuerza neta nula a un cuerpo?
4) Mencione las diferencias entre estas dos situaciones:
5) Realice ahora las conclusiones pertinentes con sus equipos.
Los alumnos notaron que la velocidad no es constante, también observan con
alguna facilidad la dirección y el sentido de la fuerza neta (o resultante), pero aún les
cuesta distinguir el sentido y dirección de la aceleración. En este caso se propone
ayudarles un poco más.
3.3.4 Sugerencias para los docentes (Segunda Ley de Newton) Al guiar a los alumnos, se debe hacer hincapié en la diferencia de la Primera y la
Segunda Ley, siendo que esta radica en que la fuerza neta aplicada, y su consecuente
estado de movimiento.
Sería importante que los alumnos observen que la velocidad (rapidez), no es
constante, es decir esta es variable lo que origina a la aceleración. También los
alumnos deben observar con claridad sobre la dirección y sentido tanto de la
aceleración como de la fuerza neta aplicada.
3.3.5 Preguntas previas al segundo experimento (Segunda Ley)
Supongamos que el bloque se mueve, hacia la derecha y tratamos de frenarlo
con el hilo elástico colocándolo el mismo en dirección contraria a su movimiento.
68
1) ¿Cómo se movería el bloque?
2) ¿Cuál sería el sentido de su aceleración?
3) Si aplicamos de forma simultánea dos fuerzas al bloque, en la misma dirección
pero en sentidos contrarios, siendo una mayor que la otra; ¿hacia dónde se
movería el bloque?
4) Entonces, de nueva cuenta: ¿Cuál sería el sentido de la aceleración en la
situación planteada anteriormente?
5) Ahora pensemos en las dos preguntas anteriores: ¿qué podemos decir de estas
situaciones?
Segundo experimento (Segunda Ley de Newton)
Ahora el bloque ya se encuentra en movimiento debido a la aplicación de una
fuerza externa no nula, la cual se aplica en forma corta y rápida. Ahora se coloca el hilo
elástico contrario a su movimiento, (tratando de detenerlo), y en el instante en que el
bloque logra velocidad constante, observando que el péndulo lo indica (se queda sobre
la vertical), se suelta del hilo elástico.
69
Figura 3.3.5-1. Frenado del movimiento del bloque aplicando una fuerza constante en contra de su trayectoria.
3.3.6 Preguntas después del experimento
1) Antes de soltar el hilo elástico. ¿Qué sentido tiene la aceleración?
2) Y en igual forma, ahora: ¿Cómo es la aceleración una vez que se suelta del hilo
elástico?, ¿cuánto valdría en este caso la fuerza neta?
3) Para antes de soltar el hilo elástico: ¿Cuál sería el estado de movimiento del
bloque? y luego de soltar el hilo: ¿Cuál es entonces su estado de movimiento?
70
3.3.7 Discusiones y síntesis de los estudiantes (Segunda Ley de Newton)
Ahora se recomienda que el docente guíe de tal forma para que los alumnos no
olviden que la aplicación de fuerzas sobre los cuerpos pueden hacer dos cosas: Una es
deformarlos temporal o definitivamente, la otra es provocarles esos estados de
movimiento, que observaron, es decir, cambios en su velocidad, aunque pueden
suceder ambas cosas.
3.3.8 Sugerencias para los docentes (Segunda Ley de Newton)
Entonces el docente puede guiar preguntando:
1) ¿Cuáles fueron los estados de movimiento de los cuerpos?
Ahora se impulsa a los alumnos a que traten de concluir en sus equipos
respectivos, intentando llegar a la descripción de una ley según sus observaciones.
El docente debe guiar a que reflexionen sobre sus conclusiones, aterrizando en
la forma matemática de la Segunda Ley de Newton, haciendo hincapié en las partes
conceptuales involucradas en dicha Ley,11 esto se debe ir realizando en una forma
interactiva. Además, de que la fuerza neta aplicada en este caso siempre interacciona
logrando cambios en su velocidad (rapidez) (Tarásov, 1988).
11
Esto se debe ir realizando en una forma interactiva. Tal vez intentando a través de las partes conceptuales, para
trabajar con una Construcción de la Física en forma Activa.
71
3.4 Conclusiones logradas por los estudiantes (Primera y Segunda, Leyes de Newton)
En la Primera Ley de Newton los alumnos comentaron en sus equipos de trabajo
que habían observado dos tipos de estados de movimientos, además para cambiar las
condiciones de la Primera Ley, descubrieron que debían aplicar una fuerza externa no
equilibrada, concluyendo que el nuevo estado de movimiento, era diferente a los de la
Primera Ley (algunos alumnos comentaban sobre la rapidez con la que se movía el
bloque, casi al final de la superficie). También realizaron inferencias, que apuntaban a
la aplicación de una fuerza grande, teniendo el bloque un desplazamiento rápido.
Compararon prediciendo la situación de aplicar una fuerza menor, pero suficiente para
que el bloque se desplace, en un movimiento más lento del bloque (Tippens, 2001).
Ahora bien, respecto a la dirección de la aceleración, los alumnos la visualizaron
al reflexionar, en la situación de aplicar dos fuerzas al bloque, en cada lado del mismo,
siendo una de ellas mayor. Es muy importante no olvidar que cuando sobre un cuerpo
actúa una fuerza neta, éste puede deformarse temporal o definitivamente, y también
puede provocarle tener el estado de movimiento acelerado. Los alumnos concluyeron
que: “Cuando sus estados de movimiento son el reposo o el movimiento rectilíneo
uniforme será porque la fuerza neta aplicada es nula”, (Tippens, 2001). Además entre
la fuerza aplicada y la aceleración lograda se tiene una proporción directa. Si la masa
fuera grande, la aceleración lograda sería pequeña y viceversa, por tanto, entre la masa
y la aceleración se tendría una proporción inversa, (siendo una grande, la otra debe ser
pequeña).
3.5 Actividades propuestas (Tercera Ley de Newton)
Para que los alumnos construyan en forma Activa esta ley, se han propuesto
cinco experimentos. El primero de ellos es una situación hipotética, en la que discutirán
72
tratando de reflexionar. Los cuatro subsiguientes requieren que algunos alumnos
interaccionen directamente en las fases experimentales.
3.5.1 Preguntas previas al primer experimento (Tercera Ley)
1) ¿Qué dice la Tercera ley de Newton?
2) ¿La fuerza se puede acumular? (Bravo, 1990)
3) ¿Sobre qué cuerpos se aplican las fuerzas de acción y de reacción?
4) Suponga que Pedro golpea a Juan, explique lo siguiente: ¿En dónde han
quedado las fuerzas de acción y reacción?
3.5.2 Experimento uno: Paradoja de la carreta
Existe una situación en la que una persona al estar sobre su carreta intenta que
su caballo avance. Pero sabe que debido a la Tercera Ley de Newton, la fuerza de
acción y de reacción, que se producen como consecuencia del arreo de las cuerdas
amarradas al freno del caballo, son de igual medida y de sentido contrario. Entonces la
persona piensa que por más que él caballo lo intente y jale del tirante, la carreta no
tendrá movimiento.
1) ¿Expliquen lo que está pasando?
Figura 3.5.2-1. La carreta movida por un caballo.
73
3.5.3 Experimento dos: Golpeo al costal
Veamos el caso en el que los boxeadores golpean un costal, con el que se
puede medir la fuerza de su golpe. Es posible construir un dispositivo sencillo, que
consta de un costal y una báscula de pie de baño, usadas para medir la fuerza que
experimenta el costal en el momento en que éste, es golpeado. La báscula se coloca al
interior del costal, de tal modo que se pueda leer la aguja que marca la fuerza que sea
aplicada en la interacción.
Ahora se pide a algunas “alumnas” que pasen a golpear al costal, usando
guantes de box, observando lo que sucede. Se puede preguntar:
Figura 3.5.3-1. Un costal es golpeado por una alumna, para medir la fuerza de su golpe.
3.5.4 Preguntas después del experimento
1) ¿Podemos decir que alguien que tome mucho vuelo para golpear el costal, lleva
en sí, mucha fuerza acumulada?
2) ¿Hasta qué momento podemos hablar de la manifestación de una fuerza?
3) ¿Cuál sería la acción y cuál la reacción?
74
4) Si pudiéramos colocar un medidor de fuerza en el antebrazo dela que va a
golpear. ¿El medidor detectaría la manifestación de alguna fuerza sobre su
antebrazo?
5) ¿Esa fuerza sería igual o diferente a la que se mediría en el costal?
6) ¿En dónde se está manifestando la acción y en donde la reacción?
7) ¿Cuáles serían las direcciones de estas fuerzas, y cuáles serían sus sentidos?
Se les pide, trabajar en sus equipos para obtener sus conclusiones.
Sugerencias para el docente: El docente deberá retroalimentar las conclusiones a que
llegaron sus alumnos, pues en esta fase experimental, se deberá tener casi la totalidad
conceptual de la Tercera Ley de Newton. Es recomendable discutir conceptos, tales
como:
a) Las fuerzas se manifiestan al interaccionar, por lo menos dos cuerpos.
b) La fuerza no se acumula. Nos damos cuenta que se manifestó, porque provoca
deformación (total o parcial), y/o cambió, en el estado de movimiento de los
cuerpos (Bravo, 1990).
c) La acción y la reacción interaccionan sobre cuerpos diferentes (Gutiérrez, 2001).
d) La acción y reacción miden lo mismo, es decir, tienen igual magnitud.
75
3.5.5 Experimento tres: Lanchas de masas diferentes
Ahora con dos lanchas en reposo, (teniendo una de ellas, el triple de masa que la
otra), se colocan una en frente de la otra, de tal forma que una cuerda mantiene
comprimido un resorte colocado entre ellas. El resorte se expande, al quemarse la
cuerda que lo mantenía comprimido. En este punto, se pide a los alumnos explicar
sobre las fuerzas de acción y reacción.
Figura 3.5.5-1. Dos barcos interactúan entre sí, mediante un resorte previamente comprimido.
3.5.6 Preguntas después del experimento (Tercera Ley de Newton)
1) ¿Qué dice la Tercera Ley de Newton?
2) En este caso: ¿Se estaría aplicando solamente la Tercera Ley de Newton?
3) Ahora, ¿Qué dice la Segunda Ley de Newton?
4) ¿Qué leyes de Newton se estarían manifestando en este evento?
5) Si en forma hipotética, tenemos un punto de referencia a la mitad del resorte de
impulso, visualizada sobre el agua. ¿Cómo serían las distancias recorridas por
cada lancha, luego de que transcurrieran unos 3 , por ejemplo, una vez que se
expande el resorte?
76
6) Debido a la Segunda Ley de Newton: ¿Cómo serían los cambios en los estados
de movimiento de las lanchas?
3.5.7 Sugerencias para el docente (Tercera Ley de Newton)
Los alumnos deben tener ya presente que las fuerzas de acción y reacción
miden lo mismo, además, debido a la Segunda Ley de Newton, dichas fuerzas se
cuantifican en forma matemática como sigue:
(3.1)
Ahora, se espera que los equipos de trabajo, lleguen en forma reflexiva a sus
conclusiones pertinentes. Se recomienda ahora que los educandos reflexionen e
intenten llegar a explicar que: la acción y la reacción deben medir lo mismo, y que al
calcular cada fuerza por separado, se debería multiplicar la masa por la aceleración
manifestada en cada cuerpo. Entonces, para este caso; es recomendable tener
presente, en forma cualitativa, que masa pequeña multiplicada por aceleración grande
nos da un producto igual a la masa grande multiplicada por aceleración baja (una
igualdad numérica, consecuencia de la Segunda Ley de Newton).
3.5.8 Experimento cuatro; Alumnas sobre patinetas
Dos alumnas de diferentes masas se encuentran sobre patinetas y en un terreno
horizontal, en el laboratorio o en el salón de clase. Entonces, se aplican en forma
simultánea un empujón (cada una de ellas), sobre sus respectivas manos. Como
resultado de esto, se mueven con sentidos contrarios y sobre la misma línea recta.
77
Figura 3.5.8-1. Las Alumnas Paola y Helen van a demostrar la Tercera Ley de Newton.
Figura 3.8.5-2. Aplicación de la Tercera Ley de Newton.
Ahora los equipos deberán responder las siguientes preguntas:
78
3.5.9 Preguntas después del experimento
1) En el evento, ¿qué ley o cuáles leyes de Newton están presentes?
2) ¿A qué se debe que una de las alumnas se desplace a mayor distancia que la
otra?
3) ¿Qué características conceptuales se pueden observar en este evento, acerca
de las leyes de Newton, que se cumplen en este caso?
4) ¿Podrían explicar qué pasa con las magnitudes de las fuerzas de acción y
reacción en este evento?
5) ¿Cuál es la dirección y el sentido de la acción y la reacción?
6) ¿En dónde han quedado la acción y la reacción en el evento?
7) ¿Cuánto deben medir las fuerzas de acción y reacción?
Observaciones del docente
Así como han contestado, parece ser que entienden que la acción y la reacción
se manifiestan en cuerpos diferentes, además, parece que también comprenden, que
éstas serían de igual medida o magnitud. También observan que la masa es un factor
muy importante durante el movimiento. Ahora en forma de equipos, los alumnos
deben darse un tiempo para reflexionar y tratar de obtener sus conclusiones.
3.5.10 Experimento cinco; Alumnas atadas por la cintura, y tapadas de oídos y ojos
Supongamos, que otras alumnas son vendadas de sus ojos, y tapadas de sus
oídos, además ligadas por la cintura mediante una cuerda. Dicha preparación se
79
realiza en forma individual, de tal modo que ellas no se percaten de lo que ha pasado.
La compañera Jazmín (1° a su izquierda), les aplica un breve y repentino jalón hacia la
izquierda. Después del experimento a las estudiantes se les retiran los tapones de sus
oídos, cuidando que aún no vean que se encuentran ligadas de la cintura por la cuerda.
Ahora se realizan preguntas hacia el Grupo, y hacia cada una de ellas.
Figura 3.5.10-1. Tres alumnas van a demostrar otro efecto de la Tercera Ley de Newton.
80
Figura 3.5.10-2. Alumnas después de la aplicación de la fuerza de impulso.
Pregunta después del experimento
En este caso se pregunta al grupo, y en forma individual a cada una de las
estudiantes, a las que se les quitan los tapones de sus oídos una a una, de tal modo
que la otra alumna no percibe que está amarrada a su compañera.
1) ¿Cuántas fuerzas se han manifestado en este evento?
Observaciones del docente
Como se ha venido trabajando se les pidió que: en sus equipos de trabajo
obtengan sus conclusiones; las cuales se reflexionaron grupalmente, para llegar a
conclusiones generales.
81
Los alumnos concluyeron que al manifestarse las fuerzas, en primer lugar, no se
originan de la nada, son el resultado de la interacción o acción mutua de por lo menos
dos cuerpos o sistemas, a este respecto se les advirtió que no debían olvidar que en la
naturaleza se tienen fenómenos que manifiestan fuerzas, tales como: los sismos, los
ciclones, los imanes, la gravitación entre la Tierra y la Luna o la que hemos visto por
televisión seguramente como los tsunamis,… etc. Entonces las fuerzas no siempre se
tratan de jalones o empujones que podamos ver, o aplicar directamente, es decir, las
fuerzas no son exclusivas de los seres vivos (Alvarenga, 2010). Ahora bien, los
alumnos también notaron que en la aplicación de las fuerzas, es necesario además,
identificar sobre qué cuerpo actúa cada fuerza, como en la fase experimental
(experimento cinco).
Cabe ahora mencionar que los alumnos que trabajaron con esta propuesta
didáctica, en su mayoría, distinguen que en la Tercera Ley de Newton que trata de las
fuerzas de acción y reacción, estas se encuentran cada una en diferentes cuerpos (o
sistemas de cuerpos).
3.6 Conclusiones generales (Tercera Ley de Newton)
En la gran mayoría de los libros de texto, se habla de la Tercera Ley de Newton
de una forma poco clara. Tal pareciera, que se trata de una simple memorización, sin
razonamiento alguno, como si fuera una receta (Gutiérrez, 2001). Sin embargo, es de
gran importancia que se aclaren las partes conceptuales de esta Ley. Es decir,
destacar sobre la igualdad de magnitudes que se manifiestan, entre las fuerzas de
acción y reacción, sobre al menos dos cuerpos que interaccionan. En nuestra
propuesta los alumnos se dieron cuenta de esto, con el experimento dos (golpeando al
costal). Además, se debe destacar que estas fuerzas se encuentran en cuerpos
diferentes,12 aclarando de esta forma, que en la gran mayoría de los casos, las masas
12
Lo que involucraría en forma directa que las masas que participan cada una de ellas, durante el fenómeno,
experimentando aceleraciones diferentes
82
que interaccionan son diferentes, y por lo tanto, se observarían distintas aceleraciones
en las masas. Los alumnos claramente se percataron de esta situación en el
experimento cuatro (alumnas sobre patinetas). Cabe mencionar que, al tratar sobre la
dirección de estas fuerzas (situación implícita en todos los experimentos propuestos),
es posible retomar ese preconcepto sobre los vectores, dado que se observa que
muchos alumnos confunden la dirección con el sentido.
Otra situación de gran importancia es insistir, tal como se ha observado en esta
propuesta en la presentación de las partes conceptuales de estas leyes de una forma
secuenciada. Esta es una parte medular de esta investigación en torno a esta
propuesta educativa (García-Carmona, Investigación en didáctica de la Física:
Tendencias Actuales e Incidencia en la Formación del Profesorado., 2002). Ahora bien,
una vez que se aplicó la propuesta al grupo B, los resultados que se obtuvieron fueron
de una mejoría del 10.37%. Sobre estos resultados y las estadísticas respectivas, se
tratará con más detenimiento en el siguiente capítulo.
Por último, en esta propuesta didáctica, se pide que los alumnos concluyan
tratando de realizar el dictado de las Leyes de Newton del Movimiento, según lo visto.
En esta parte se interacciono de una forma muy positiva, existía un ambiente de
gran confianza, pero los alumnos que intentaban realizar los dictados notaban que esta
actividad no es fácil. Hubo quienes comentaban que ahora podían tener más o menos
claro lo que deseaban decir, pero que al momento de concretar querían dictar mucho
de lo que habían experimentado y que les faltaba bastante orden y secuencia al tratar
de expresarse en forma oral.
En el siguiente capítulo se valúa la propuesta didáctica, presentando los
resultados bajo un breve tratado estadístico. Se muestran tabulaciones por grupos y
por preguntas individuales, sus respectivos diagramas de barras, los porcentajes de
conocimientos tanto en Pretest, como en Postest, también, se calculan los factores de
Hake y se muestran las distribuciones de la t de student, con los cálculos respectivos
para aceptar o rechazar una hipótesis propuesta, que en lo subsecuente la
nombraremos como Hipótesis nula.
83
Capítulo 4
4.1 Explicaciones y diagramas de barras
En este capítulo se ven y analizan, los resultados de la propuesta didáctica,
desde la primera etapa. En ésta etapa llevamos a cabo la aplicación del examen de
diagnóstico usado como Pretest y aplicado a tres grupos, del CECYT No. 13: 4IV1,
4IV2, y 4IV4, (que de ahora en adelante designaremos como grupos A, B y C
respectivamente, para facilitar el análisis de los resultados).
A continuación se describen los pasos seguidos para llevar a cabo esta
investigación. Los grupos A y C, llevaron su instrucción respectiva en la forma
Tradicional. Simultáneamente al grupo B se le aplicaron las fases experimentales
propuestas. Los grupos A y C son por tanto grupos de Control, y el B es el grupo
Experimental
Por último se aplica el mismo examen de diagnóstico a todos los grupos (esta
parte está considerada como la fase del Postets de ésta investigación).
Los resultados obtenidos en ambos test (Pretest y Postest) se muestran en
diagramas de barras, en las siguientes hojas. Los resultados se exhiben tanto por
alumno, como por grupo respectivamente. También cuestionamos la Hipótesis de
investigación planteada, usando para esto, dos pruebas estadísticas. La primera
prueba se conoce en la literatura como el factor de Hake (Lara, 2008). La segunda
prueba es la distribución estadística de la t de student.
4.1.1 Tabulaciones del Pretest y Postest
En seguida se muestran los diagramas de barras del Pretest y el Postest, por
alumno (presentados en colores rojo y verde respectivamente). En la tabla 4.1, se
muestran el números de alumnos de cada grupo investigado.
84
Grupo No. de Alumnos
A 26
B 27
C 13
Tabla 4.1 Número de alumnos por grupo.
Así, los resultados de las calificaciones de los exámenes de Pretest y Postest,
para los grupos: A, B y C, se muestran en las tabulaciones que a continuación se
exhiben.
Grupo A (de Control):
Alumno Pretest Postest Alumno Pretest Postest
A1 2 4 A14 2 3
A2 3 5 A15 3 6
A3 2 4 A16 2 5
A4 2 4 A17 3 4
A5 2 3 A18 4 5
A6 3 3 A19 2 4
A7 2 4 A20 5 4
A8 4 6 A21 3 5
A9 3 3 A22 2 5
A10 2 4 A23 4 4
A11 3 5 A24 3 5
A12 3 4 A25 2 3
A13 4 5 A26 2 5
Tabla 4.2 Calificaciones del grupo A.
Sus diagramas de barras se muestran a continuación:
85
Fig. 4.1 Diagrama de barras grupo A Pretest.
Fig. 4.2 Diagrama de barras grupo A Postest.
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
1 5 9 13 17 21 25
Grupo A
Pretest A
0
1
2
3
4
5
6
1 5 9 13 17 21 25
Grupo A
Postest A
86
Grupo B (Experimental):
Alumno Pretest Postest Alumno Pretest Postest
A1 3 7 A15 4 6
A2 2 6 A16 5 7
A3 4 7 A17 2 5
A4 4 7 A18 3 6
A5 5 5 A19 2 7
A6 2 5 A20 3 8
A7 3 6 A21 3 5
A8 3 7 A22 4 7
A9 3 8 A23 3 7
A10 3 6 A24 4 7
A11 2 5 A25 4 8
A12 4 8 A26 1 7
A13 2 6 A27 2 6
A14 2 6
Tabla 4.3 Calificaciones del grupo B.
Sus respectivos diagramas de barras también se muestran a continuación:
87
Fig. 4.3 Diagrama de barras grupo B Pretest.
Fig. 4.4 Diagrama de barras grupo B Postest.
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
1 5 9 13 17 21 25
Grupo B
Pretest B
0
1
2
3
4
5
6
7
8
1 5 9 13 17 21 25
Grupo B
Postest B
88
Grupo C (de Control):
Alumno Pretest Postest
A1 2 3
A2 2 4
A3 2 3
A4 3 6
A5 2 3
A6 2 5
A7 2 3
A8 2 4
A9 2 2
A10 2 4
A11 2 5
A12 2 3
A13 3 5
Tabla 4.4 Calificaciones del grupo C.
Y ahora sus diagramas de barras:
89
Fig. 4.5 Diagrama de barras grupo C Pretest.
Fig. 4.6 Diagrama de barras grupo C Postest.
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
1 5 9 13
Grupo C
Pretest C
0
1
2
3
4
5
6
1 5 9 13
Grupo C
Postest C
90
Algunas observaciones
En los diagramas de barras anteriores se tienen:
a) En las tabulaciones del grupo A (de Control), se tienen las calificaciones del
Pretest, mostradas en la tabla 4.5
No. de exámenes Calificación
11 DOS
10 TRES
4 CUATRO
1 CINCO
Tabla 4.5 Pretest grupo A.
El promedio general de este grupo fue de: 2.80; siendo la calificación más alta de
CINCO, y lograda solo por un alumno.
De manera análoga en las tabulaciones, para el examen de Postest se observan las
calificaciones mostradas en la tabla 4.6
No de exámenes Calificación
5 TRES
10 CUATRO
9 CINCO
2 SEIS
Tabla 4.6 Postest grupo A.
El promedio general ahora fue de: 4.31; existiendo dos exámenes con calificación de
SEIS (apenas aprobatoria).
b) En las tabulaciones del grupo B (Experimental), se tienen los siguientes
resultados en el examen de Pretest, mostrados en la tabla 4.7
91
No. de exámenes Calificación
1 UNO
8 DOS
9 TRES
7 CUATRO
2 CINCO
Tabla 4.7 Pretest grupo B.
Logrando un promedio de: 3.04; siendo la calificación más alta de CINCO (ahora
lograda solo por dos alumnos).
Para el examen de Postest, de este grupo se observaron las calificaciones, mostradas
en la tabla 4.8
No de exámenes Calificación
5 CINCO
8 SEIS
10 SIETE
4 OCHO
Tabla 4.8 Postest grupo B.
Logrando un promedio de: 6.48; (observando que varios exámenes son
aprobatorios).
c) La calificaciones del Pretest para el grupo C, se muestra en la tabla 4.9
No. de exámenes Calificación
11 DOS
2 TRES
Tabla 4.9 Pretest grupo C.
Logrando un promedio de: 2.15; (Para este grupo en Pretest no se tienen exámenes ni
siquiera cerca del CINCO, a pesar de tratarse de un grupo con pocos alumnos).
92
Para el examen de Postest, se observan los siguientes resultados (tabla 4.10).
No de exámenes Calificación
1 DOS
5 TRES
3 CUATRO
3 CINCO
1 SEIS
Tabla 4.10 Postest grupo C.
Logrando un promedio de: 3.85; (observando ahora que se tiene un solo examen con
SEIS).
Los promedios logrados por los tres grupos A, B, y C en Pretest y Postest así como
sus respectivas diferencias se muestran a continuación en la tabla 4.11
Grupos Promedios en
Pretest
Promedios en Postest
Diferencia
Postest - Pretest
A 2.80 4.31 1.51
B 3.04 6.48 3.44
C 2.15 3.85 1.70
Tabla 4.11 Porcentajes globales para los grupos A, B, C.
A los resultados grupales se les evaluó mediante el factor de Hake (Lara-Barragan,
2008), su expresión matemática, ya exhibida en el Capítulo 2, fórmula (2.1), dio los
resultados que se muestran en la tabla 4.12
Factor de Hake (ganancia posible):
Postest % Pretest %.
100% Pretest %h
(2.1)
Tabla 4.12 Factor de Hake, grupos A, B, y C.
Grupos Factor de Hake
A 0.209
B 0.494
C 0.217
93
Se puede observar que las calificaciones de los grupos A y C (ambos de
Control), en los exámenes presentados de Pretest y Postest son bajas. Sin embargo
estos grupos han mostrado un leve progreso, pero comparando con el grupo B
(Experimental) dichos situaciones son bastante diferentes.
4.2 Algunos cálculos estadísticos
En los tres grupos (ya mencionados en párrafos anteriores) de los datos del
Pretest y Postest se calcularon los siguientes parámetros estadísticos en muestras
relacionadas: la media, la desviación típica, y el error típico de la media, la correlación.
En pruebas: la media, la desviación típica, el error típico de la media, los límites inferior
y superior al 95% del intervalo de confianza, la t de student y los grados de libertad. Se
obtuvieron también los comparativos para la t de student entre los Postest para los
grupos B – A, y B – C
Para realizar los cálculos mencionados se usaron los programas estadísticos,
SPSS13 y R14. Teniendo entonces, respectivamente los siguientes resultados.
13
IBM SPSS Statistics o “Statistical Package for Social Sciences” es un programa estadístico informático
desarrollado por IBM que es muy utilizado para hacer la estadística, en los trabajos de investigación social, y por las
empresas de investigación de mercado. 14
“R” es un lenguaje y ambiente de cómputo gratuito, descendiente del lenguaje de programación estadística “S”
desarrollado por AT&T. El nombre “S” denota “stadistics” en inglés y fue inspirado por otro lenguaje de
programación de la AT&T cuyo nombre consiste en una sola letra: el lenguaje “C”. El sitio de internet para “r” es
http://www.r-project.org.
94
Grupo A de Control (usando el programa SPSS):
Fig. 4.7 Prueba t de student Pretest vs. Postest del grupo A.
95
Los resultados t de student del grupo A, aplicando el programa R, se muestran
en la figura 4.8
Fig. 4.8 Las gráficas de la prueba t de student Pretest vs. Postest del grupo A.
96
Grupo B Experimental (usando el programa SPSS):
Fig. 4.9 Prueba t de student Pretest vs. Postest del grupo B.
97
Los resultados t de student del grupo B, aplicando el programa R, se muestran
en la gráfica 4.10
Fig. 4.10 Las gráfica de la prueba t de student Pretest vs. Postest del grupo B.
98
Grupo C de Control (usando el programa SPSS):
Fig. 4.11 Prueba t de student Pretest vs. Postest del grupo C.
99
Los resultados t de student del grupo C, aplicando el programa R, se muestran
en la gráfica 4.12
Fig. 4.12 Las gráfica de la prueba t de student Pretest vs. Postest del grupo C.
100
Cabe recordar que los grupos A y C recibieron su instrucción Tradicional.
En estos dos grupos se observa un bajo progreso en sus calificaciones de Postest
(García, Rodríguez, 1997). Pero en el grupo B (Experimental), se obtuvieron mejores
resultados que en los grupos A y C. Mostrando con esto que si hay una diferencia entre
la enseñanza Tradicional y el Aprendizaje Activo.
En la tabla 4.12, se observa que el mayor factor de Hake obtenido en esta
investigación fue de 0.494. Este factor lo obtuvo el grupo B (quien ha recibido su
instrucción bajo la aplicación de la propuesta didáctica).
En seguida en las figuras 4.13 y 4.14, se muestra la prueba t de student,
comparando los Postest de los grupos B – A, y de igual forma B – C.
Los resultados t de student B – A, aplicando el programa R, se muestran en la
gráfica 4.13
Fig. 4.13 La gráfica de la prueba t de student Postest vs. Postest de los Grupos B- A.
101
Los resultados t de student B – C, aplicando el programa R, se muestran en la
gráfica 4.14
Fig. 4.14 La gráfica de la prueba t de student Postest vs. Postest de los Grupos B- C.
Planteamiento
Se formuló la Hipótesis Nula : De que no existe diferencia en promedio entre
los aprendizajes logrados por la Enseñanza Tradicional y el Aprendizaje Activo, usando
un nivel de significancia a dos colas, de 0.05 (García, Rodríguez, 1997), (Howard,
2008).
La Hipótesis Nula tiene un valor crítico de /2[9]
2.262t
. Este valor es
obtenido en tablas estadísticas (ver anexo 6 de este trabajo), para 9 grados de libertad
(que corresponden a las diez preguntas del examen de diagnóstico). Si esta prueba se
rechaza, debe aceptarse la hipótesis alternativa , es decir, si existe una diferencia
102
significativa en los aprendizajes obtenidos con la Enseñanza Tradicional y con el
Aprendizaje Activo.
Para este caso la Hipótesis Nula parece que podría rechazarse para los tres
grupos, pues en los tres grupos se observó en las gráficas de la prueba t de student,
(trabajadas en R), que se salen de las zonas sugeridas para dicha hipótesis. Sin
embargo el factor de Hake muestra que los grupos de Control están por debajo de los
niveles de eficacia en sus aprendizajes. Por otra parte en las figuras 4.13 y 4.14, se
observa también que al comparar los resultados entre los Postest, al combinar a los
grupos de Control con el Experimental, muestran que debe rechazarse a la hipótesis
Nula , para el grupo B.
En seguida, se menciona brevemente sobre la opinión de algunos docentes a
dos preguntas de importancia.
4.3 Dos preguntas didácticas de importancia
Se realizó una pequeña encuesta a varios docentes activos que imparten las
asignaturas de Física en el CECyT No. 13, preguntándoles “¿Con qué cumplirían los
alumnos, que a su juicio, deben saber de Física a este nivel?”
Las respuestas más comunes a esta pregunta son tendientes a los siguientes
dos incisos:
Los estudiantes deben poder:
a) Resolver problemas.
b) Realizar bien sus prácticas.
Ante estas respuestas, puede mencionarse que: saber Física no nada más es el
poder solucionar problemas y desarrollar bien sus prácticas, sino que es algo mucho
103
mayor (Riveros, 2004). Dado que, en la actualidad, de entre otros temas, se habla de
actitudes, conocimientos, habilidades, destrezas, razonamientos lógicos y
competencias. Parece que la parte principal radicaría en la forma en cómo se
transmiten los conocimientos. Si estos, durante su instrucción son Activos, entonces
los aprendizajes mejorarían, logrando también que nuestros educandos cambien,
pasando de ser pasivos y receptivos a ser Activos.
Ahora, la otra pregunta: ¿Qué es hacer Física?
Las respuestas más comunes ante esta pregunta, fueron caóticas y en general
retomaban una buena parte de sus respuestas a la pregunta anterior, pero demás
agregaban que los alumnos debían poder despejar las incógnitas en sus fórmulas, así
como saber convertir las unidades respectivas.
Recordemos como Físicos, que una de las tantas respuestas a esta pregunta
podría ser:
La Física consta de la observación de fenómenos, el planteo de hipótesis y sobre
éstas, el razonamiento lógico para manejar sus parámetros, tratando de controlarlos, y
principalmente, el poder predecir de estos fenómenos; además permitirnos la
interpolación y extrapolación, lo que nos proporcionaría un panorama mayor sobre el
fenómeno observado. Por otra parte, a los Físicos dedicados a la docencia, por lo
menos debe inquietarles y atraer la idea de la investigación, así el actualizarse e
informarse sobre estrategias, propuestas, y técnicas didácticas que han ido dando
buenos resultados, en otros países, por ejemplo en USA, España, Cuba, Brasil,
etcétera, con la finalidad de tratar de aplicarlas, a su quehacer docente, desde luego
que adaptándolas a su entorno, intentando el mejorar en el proceso que conocemos
como el PEA (Coll, 1988).
104
4.4 Conclusiones
Nuestro trabajo trata de una investigación, sobre la eficacia de una propuesta
didáctica para inferir sobre los aprendizajes conceptuales que se logren en la aplicación
de ésta. Se tomaron tres grupos, dos de Control y solo uno de ellos como nuestro
grupo Experimental (B), en este se organizaron equipos de trabajo (4 alumnos), y se
presentó la propuesta como se indica enseguida:
El trabajo se estructuró en cuatro capítulos y una sección de anexos. Al inicio se
mencionó sobre las tres fases que componen a esta Estrategia Didáctica, teniendo así:
a) Diagnóstico
b) Aplicación
c) Comprobación
La fase de Diagnóstico llevada a cabo con los tres grupos del cuarto semestre
del CECyT No. 13 “Ricardo Flores Magón”, consta de la aplicación y evaluación de un
examen de diagnóstico (de 10 preguntas de opción múltiple), esto dio la oportunidad de
darnos cuenta de las ideas previas que los alumnos tienen a cerca del tema a tratar.
La Aplicación, que se llevó a cabo solo con el grupo B (Experimental). Tomando
en esta fase las secuencias experimentales y las subsecuentes preguntas a deliberar
por los equipos de trabajo, para que los alumnos vayan concluyendo, y reestructurando
sobre sus ideas previas.
La última fase es la Comprobación, basada en la aplicación del mismo examen
de diagnóstico anterior, tanto al grupo Experimental, como a los grupos de Control, los
que recibieron su instrucción de forma Tradicional. Esta fase se evaluó y se trabajó
aplicando algunos resultados propios de la estadística.
En cuanto al Marco Teórico de la propuesta, toma algunos principios de Vygotsky
(Díaz, 2002), tales como la interacción de los educandos con su entorno social, así
como la zona del desarrollo próximo, conteniendo estructuras similares a las
desarrolladas por Sokoloff y Thornton (1997), quedando implícito el ciclo PODS.
1) P (Predicción): Se Observó en sus ideas previas, al aplicarles las preguntas
iniciales a las fases de la propuesta.
105
2) O (Observación): Cuando el docente se da cuenta de sus carencias y
creencias, basado en el punto anterior.
3) D (Discusión): Situación en la que los educandos interaccionaron con las
propuestas experimentales, revisando y reflexionando entonces, sobre sus
ideas anteriores.
4) S (Síntesis): Llevados a cabo los puntos anteriores y guiados con el alumno
auxiliar, concluyeron reflexionando sobre sus ideas, y observaciones que
modificaron sus conocimientos (Mora, 2008).
Se siguió con algunas descripciones de la forma en que se enseña Física en el
Nivel Medio Superior por la mayoría de los docentes, quienes escasamente utilizan las
TIC, y en general, nuevas formas de enseñar, siendo en su mayoría alineados hacia la
Enseñanza Tradicional. A este respecto, se espera que con ésta y otras propuestas,
que buscan la tendencia hacia Aprendizajes Activos, esos docentes paulatinamente se
vayan incorporando a nuevas formas de trabajo. Se recomienda también que los
profesores preocupados por su labor docente, tengan una mentalidad reflexiva y
autónoma criticando positivamente sus clases cotidianas y que sean capaces de,
diseñar sus propias Estrategias Didácticas basados en sus percepciones. También se
menciona sobre lo positivo que sería que el PEA, debiera estar ligado a la acción de la
permanente Investigación Educativa.
Se continúa mencionando sobre una estrategia para el PEA, la cual se basa en
las condiciones iniciales, pues al tomar en cuenta estas situaciones se observó que el
PEA tiene tendencias positivas, (García, 2002). Posteriormente se menciona sobre el
factor de Hake el cual sirve para evaluar materiales didácticos cuantificando la técnica
utilizada para el PEA (Lara-Barragan, 2008).
En seguida se mostró el examen de diagnóstico (usado como Pretest y Postest),
compuesto de diez preguntas tomadas de varios trabajos educativos, de gentes tales
como: Hestenes (1992), Héctor Riveros (2004), Silvia Bravo (1990), Martin Rodríguez
(2008), mencionando breves explicaciones a los incisos sugeridos.
Se continuó propiamente con la fase experimental de la propuesta didáctica, la
cual se compone, de la formación de equipos de trabajo (4 alumnos), designando al
106
alumno auxiliar rotativo y se realizan algunas preguntas secuenciadas y dirigidas, con la
intensión de conocer algunas de las ideas previas de nuestros educandos, logrando
que en los equipos se reflexione y se discuta (Sokoloff, 1997).
Después tomando algunas de las conclusiones grupales sobre esas ideas que
inicialmente presentaron los educandos, se procedió a explicaciones previas de los
experimentos. Fue de gran importancia advertir que algunos alumnos, interaccionarían
directamente en los experimentos a realizar (situación que logró un ambiente
agradable), lo que favoreció al interés. Este cambio de actitud se reflejó en forma
positiva hacia los conocimientos por adquirir.
Cabe mencionar que las características y tareas a realizar por el alumno auxiliar
rotativo, ayudaron al PEA, dado que hablan el mismo lenguaje, siendo de mayor
facilidad el entendimiento y comprensión entre ellos. Se les pidió que después de las
demostraciones experimentales, de nueva cuenta, reflexionaran en sus equipos de
trabajo; logrando que sus conocimientos nuevos les fueran de mayor interés.
Finalmente se realizaron algunas conclusiones grupales pidiendo que algunos
estudiantes intentaran propiamente dictar las conclusiones llevadas a cabo en sus
equipos, siendo ayudados por el instructor. De esta forma se observaron en general
algunos resultados positivos.
Posteriormente se investigó, analizando los resultados de esta Estrategia
Didáctica, mostrando las tabulaciones que exhibieron, las calificaciones obtenidas por
los alumnos en las fases de Pretest y Postest (Frederick, 2002). Cabe mencionar que
los tres grupos en forma simultánea llevaron su instrucción sobre el tema de las Leyes
de Newton del Movimiento, siendo que los grupos de Control lo realizaron con la
Enseñanza Tradicional, y el Experimental con la aplicación de esta propuesta.
Posteriormente se realizó el Análisis Estadístico aplicando los programas SPSS y
R, así como la ganancia en aprovechamiento, encontrando el factor de Hake de
manera grupal, usando para esto los promedios de los grupos tanto en Pretest como en
Postest. Aplicando también la prueba de la distribución estadística de la t de student,
para dos colas y con un 5% de significancia (Howard, 2008), (Devore, 2005), llegando a
las evaluaciones que se muestran a continuación en las tablas 4.15. Obteniendo así:
107
Grupo t de student de tablas
t de student experimental
A
7.625
B
15.071
C
6.441
B – A
8.51
B – C
7.15
gl = n – 1 = 9 α / 2 = 0.025
Tabla 4.15 Resultados Estadísticos t de student.
Se formuló la Hipótesis Nula : (no existe diferencia en promedio entre los
aprendizajes logrados por la Enseñanza Tradicional y el Aprendizaje Activo), resultaría
que para los tres grupos analizados sería posible rechazar esta y quedarnos con la
hipótesis alternativa . Sin embargo se observa que el grupo Experimental (B),
muestra que la aplicación de la Propuesta mejora los aprendizajes conceptuales en las
Leyes de Newton del Movimiento, comparando con lo que sucede en los grupos de
Control. Cabe mencionar que el signo menos, en general no importa, dado que se trata
de una distribución simétrica y se pueden tomar los valores positivos. Además esta
distribución de probabilidad, t de student, se usa para estimar sobre la media de la
población que se distribuye normalmente (Myers, 1999). Analizando los datos que
resultaron al obtener el factor de Hake, tabla 4.12
Tabla 4.12 Factor de Hake, grupos A, B, y C.
Se puede concluir también que en el grupo Experimental (B), se obtuvo el factor
Grupos Factor de Hake
A 0.209
B 0.494
C 0.217
108
de Hake más alto, que los de los grupos de Control, incluso es mayor que el doble del
grupo C (el mayor de factor de Hake, de los grupos de Control).
Entonces por las conclusiones anteriores, la investigación sobre la propuesta didáctica
aplicada, logra mejorar los conocimientos conceptuales involucrados en las Leyes de
Newton del Movimiento, superando así el Aprendizaje Activo a la enseñanza
tradicional.
Finalmente se espera se desarrollen otros temas más, de la asignatura de la
Física, estructurándolos desde sus partes conceptuales, aplicando la investigación
sobre Propuestas Didácticas basadas en el Aprendizaje Activo, haciendo énfasis en la
eficacia sobre el PEA (Díaz, 2002).
109
Referencias
Acosta, C. (1997). LA PREGUNTA SOCRÁTICA COMO FACILITADORA DEL DESARROLLO
DEL PENSAMIENTO. Psicología desde el Caribe. Universidad del Norte. No. 1. , 7-20.
Antonio, G. C. (2009). Investigación en didáctica de la Física: Tendencias Actuales e Incidencia en la Formación del Profesorado. Latin American Journal of Physics Education, Vol. 3, No. 2 May 2009. Alvarenga, B. (2010). Física General. México D.F.: Oxford. Álvarez, A. R. (s.f.). (2006).La Tutoría como Investigación Educativa. Un acercamiento a los Paradigmas Teóricos. Recuperado el 06 de Diciembre de 2009, de www.escom.ipn.mx/contenidos/.../archovos/2eit109acre.doc.
Bakeman, R. a. (2009). Understanding Statistics in the Behavioral Sciences. .México D.F.: Lea.
Baluarte, C. C. (2007). Hacia un enfoque crítico en el proceso de aprendizaje - enseñanza de Física. Universidad católica de Santa María, Arequipa, Perú .
Benega, J. F. (2004 ). Aprendizaje Activo de la Cinemática lineal y su representación gráfica en la escuela secundaria. Enseñanza de las Ciencias, 22 (3) , 463-472.
Benegas, J. (s.f.). (2007).Tutoriales para Física Introductoria. Recuperado el 20 de Diciembre de 2009, de http://www.journal.lapen.org.mx/sep07/Benegas Final.pdf.
Bernanza, G. C. (2006). Una Propuesta Didáctica para el Aprendizaje de la Física. Revista Iberoamericana de Educación - Experiencias e innovaciones, No. 3715 .
Braun, E. (2007). Física I para bachillerato. México: Trillas.
Bravo, S. (1990). ¿Usted También es Aristotélico? México D.F.: UNAM (Instituto de Geofísica).
Calero, A. (s.f.). Recuperado el 20 de Diciembre de 2009, de (2007). http://www.youtube.com/watch?v=EJD9QL10vXw&NR=1&feature=fvwp#watch-main-area.
Canedo, X. (2007). Enseñanza de la Física mediante el uso de juguetes. Reviste Boliviana de Física, Vol. 13, No. 13, ISSN 1562 - 3823. , 166 - 167. Cañal, P. L. (1997). Investigar en la escuela. Elementos para una enseñanza alternativa. Sevilla:: Díada.
110
Carretero, M. (1993). Constructivismo y Educación. Zaragoza:: Edelvives.
Castiblanco, O. V. (2008). La experiencia del laboratorio en la enseñanza de la Física.Mexico DF.: Educación en Ingeniería, pp 68-70.
Chance Hoellwarthand Matthew J. Moelter. (2011). The implications of a robust curriculum in
introductory mechanics. Department of Physics, California Polytechnic State University, San
Luis Obispo, California 93407: American Journal of Physics, Vol 79, No. 5 May 2011.
Clep, y. C. (14 de 04 de 2011). El nuevo modelo educativo del IPN. Recuperado el 14 de 04 de 2011, de http://clep-cedep.org/node/30.
Coca, A. (2010). (2009). Análisis del rezago en Investigación Educativa en el Nivel Medio Superior del IPN. México D.F.: Publicaciones del IPN.
Colado, J. M. (2005). Mecánica y Fluidos 1, Experimentos Impactantes . México: Trillas .
Coll, C. (1990). Aprendizaje escolar y construcción del conocimiento. Barcelona:: Paidos Educador.
Coll, C. (1988). Psicología y Curriculum. Barcelona: Laila.
Devore, J. (2005). Probabilidad y Estadística para Ingeniería y Ciencias. México D.F: Thomson.
Díaz, A. y. (2000). Estadística Aplicada, Administración y la Economía. México: McGraw-Hill.
Díaz, B. A. (2002). Estrategias Docentes para un Aprendizaje Significativo. . México DF: McGraw - Hill.
Díaz, F. y. (2004). Estrategias docentes para un Aprendizaje Significativo. Méx. D. F.: McGraw-Hill (Segunda Edición) .
Ergin, I. (2012). Constructivist approach based 5E and asability instructional physics. Turkey. :
Lat. Am. J. Phys. Educ. Vol 6, No. 1, 1-7.
Fishman, G. G. (15 de Febrero de 2007). Cambio Curricular en el Bachillerato Tecnológico Mexicano: El caso de la Disciplina de Ciencias, Tecnología, Sociedad y Valores. Recuperado el 25 de Noviembre de 2009, de http://epaa.asu.edu/epaa/v15n4.pdf.
111
Frederick, J. G. (2002). Essentials of Statistics for the Behavioral Sciences.Wadsworth:: Thomson Learning.
García -Carmona, A. (2005). Detección de errores e incongruencias en problemas de Física: su utilidad didáctica. Alambique: Didáctica de las Ciencias Experimentales, 45. , 77-89.
García, C., & A. (2002). Consideraciones didácticas sobre el uso de las condiciones iniciales en el estudio del movimiento. . Revista Española de Física.
García, R. F. (1997). Estadística Matemática. Cuba: IPN y Ministerio de Edu. Sup. García-Carmona, A. (2002). Consideraciones didácticas sobre el uso de las condiciones iniciales en el estudio del movimiento. Revista Española de Física .
García-Carmona, A. (2005). Detección de errores e incongruencias en problemas de Física: si utilidad didáctica. Alambique: Didàctica de las Ciencias Experimentales, 45 , pp, 77-89.
García-Carmona, A. (2002). Investigación en didáctica de la Física: Tendencias Actuales e Incidencia en la Formación del Profesorado.Méx. D. F.: Latin American Journal of Physics Education, Vol 3, No. 2 May 2009.
Gutiérrez, A. C. (2001). Aprende Física Jugando. México D.F.: IPN.
Hestenes, D. W. (1992). Force Concept Inventory. The Physics Teacher: , 141 - 158.
Hewitt, P. (2004). Física Conceptual. México D.F.: Pearson.
Hiler, W. Paul, R. (2008). Ideas prácticas para promover el aprendizaje active y cooperativo; 27
maneras prácticas para mejorar la instrucción. Recuperado el 14 de Abril 2012
http://www.criticalthinking.org/resources/PDF/SP-Active_and_coop_learning.pdf
Howard, B. C. (2008). Estadística Paso a Paso. México D.F.: Trillas.
Huerta, R. (2006). Deserción escolar en el nivel medio superior. Recuperado el 14 de Abril 2012
http://www.ciecas.ipn.mx/00_wsrecur/03_tempo/0_21aniv_08/211008/actividad/2_Huerta_Cuerv
o.pdf
Lara-Barragan, A. (2008). Acerca de la Enseñanza - Aprendizaje de los conceptos de Fuerza y Trabajo. Lat. Am. Phys. Educ. Vol 2, No. 3 (Sept) , 253-258.
112
Márquez, E. (s.f.). (2008). Diseño de Estrategias Didácticas que favorecen el Aprendizaje Autónomo en la Enseñanza de la Física. . Recuperado el 15 de Diciembre de 2009, de www.monografías.com/Educación. McDermott, L. C. (15 de Septiembre de 1984). Recuperado el 05 de Diciembre de 2003, de http://icar.univ-yon2.fr/equipe2/coast/ressources/ICPE/espagnol/PartC/ ICPEc1concepciones.htm.
McDermott, L. C. (2011). Recuperado el 03 de 05 de 2011, de Concepciones de los alumnos y resolución de problemas en mecánica.: http://icar.univ-lyon2.fr/gric3/ressources/ICPE/espagnol/PartC/Cl_chap_pl-ll.pdf
McDermott, L. L. (1998). Acerca de la Enseñanza - Aprendizaje de los Conceptos de Fuerza y Trabajo. Lat. Am. Phys. Educ. Vol 2 No. 3 (Sept).
McDermott, L. (1998). Tutorials in introductory Physiccs. .Washington, USA:: Prentice - Hall.
McDermott, L. y. (2001). Tutoriales de introducción a la Física. México D.F.: McGraw-Hill.
Mora, C. (2008). Cambiando paradigmas en la enseñanza de las Ciencias: Consideraciones del aprendizaje activo e la Física. Areté, V. 1 - N. 1 .
Mora, C. y. (2009). Una revisión sobre ideas previas del concepto de fuerza. Lat.Am. J. Phys. Educ. Vol 3, No. 1 .
Myers, R. H. (1999). Probabilidad t Estadística . Naucalpan de Juárez, Edo. México:: Prentice - Hall.
Nuñez, M. (2003). El peso de las cosas. México D.F.: UNAM.
Riveros, H. J. (2004). Cómo mejorar mi clase de Física. Méx. D.F. : Trillas.
Rodríguez, M. M. (2008). Superación de errores Conceptuales de estudiantes de ingeniería Química Industrial cuando estudian la asignatura de Física. Ciencia y Tecnología Ed (IMIQ), Vol 23, No. 1.
Slisko, J. R. (2005). XII Taller Internacional sobre Enseñanza de la Física. Eureka: , 55 - 60 .
Sokoloff, D.Thornton, (1997). Using Interactive Lecture Demostrations to Creats and Active Learning Environment, the Pysics Teacher. Estados Unidos:: John Wiley & Sons, Inc.
113
Sokoloff, D. (2006). ALOP manual. Paris: UNESCO.
Tarásov, L. T. (1988). Preguntas y Problemas de Física. Moscú (Rusia): Mir.
Tippens, P. E. (2001). Física Conceptos y Aplicaciones. México DF:: McGraw - Hill.
Tovar, S. A. (2001). El Constructivismo en el Proceso Enseñanza - Aprendizaje. México DF:: IPN.
Vázquez, A. A. (1994). El paradigma en las concepciones alternativas y la formación de los
profesores de ciencias, México D.F.: Enseñanza de las Ciencias.
Vygotsky, L. S. (2003). La imaginación en el arte de la infancia. España: Akal.
Wilson, J. D. (2003). Física. México D.F.: Pearson.
114
Anexos
Anexo 1 Sobre el Marco Teórico
Inicialmente se ha tomado como marco teórico las formas diseñadas en tres
libros principalmente. El primero de estos libros ha sido escrito por los autores
soviéticos L. Tarásov, A. Tarásova exhibidas en su libro “Preguntas y Problemas de
Física”, siendo esta una referencia un tanto antigua, pero muy positiva, utilizando el
razonamiento mediante el estilo Socrático. El otro libro, fue escrito por los autores
estadounidenses Sokoloff D. R. y Thornton R. K. llamado “Interactive Lecture
Demonstrations” (siendo esta referencia más contemporánea) en la que se plantea
fuertemente el Aprendizaje Activo.
El otro libro es del Dr. Héctor Riveros titulado, “Cómo mejorar mi clase de Física”. En el
contenido de este libro se exhiben formas de Aprendizaje Activo, además de fases
experimentales y preguntas tendientes a las formas socráticas.
Los autores toman base en algunas ideas sobre el Constructivismo de Vygotsky. Estos
lineamientos en el trabajo de tesis toman las bases similares, sobre todo, realizando
algunas combinaciones, dado que dialogando en formas de preguntas secuenciadas y
dirigidas, es posible hacer entrar en razonamientos lógicos a los alumnos que
deseamos aprendan sobre algunos conceptos (Riveros, 2004). Si a esto se le agregan
experimentos sencillos en los que se retroalimentan nuestras secuencias de preguntas,
serán más claros los conceptos Físicos deseados.
Cabe mencionar que Vygotsky sugiere que la construcción de aprendizajes logra
que estos sean significativos, lo cual implica que sea apliquen a la vida inmediata y de
esta forma se conecta con su medio social. En este trabajo, lo referente al medio
social, es de gran importancia pues nuestros alumnos son personas que viven en una
sociedad y si se logra que los aprendizajes sean significativos será que entonces los
alumnos irán aplicándolos a su vida inmediata, de esa forma pueden lograr la
construcción de sus nuevos aprendizajes de manera Activa.
115
Anexo 2 Examen de Diagnóstico
Este examen en su mayoría es tomado del trabajo de Hestenes (1992) y del libro
“¿Usted también es Aristotélico?”; de Dra. Silvia Bravo (1990), así como de otros
investigadores como el Dr. Riveros (2004), Rodríguez (2008). En este examen, la
forma sugerida de contestar es la de marcar al inciso correcto como mejor les parezca.
En los incisos sugeridos como respuestas a cada pregunta, nos da un panorama
práctico sobre las ideas previas de los alumnos, dado que cada uno de los incisos están
inmersos dentro estas formas que tienen nuestros estudiantes de pensar.
Los Grupos A (4IV1), B (4IV2) y C (4IV4) están compuestos de 26, 27, y 13
alumnos respectivamente.
116
Anexo 3 Sobre los Materiales Usados
Los materiales utilizados en los experimentos para la primera y segunda ley de
Newton son por lo regular el bloque de hielo seco, la rampa de vidrio horizontal, el
péndulo indicador y los hilos elásticos. Es importante mencionar que la rampa de
vidrio, se debe nivelar para que quede lo mejor posible de forma horizontal, para esto
en la parte inferior, entre la superficie de la mesa y la rampa de vidrio usamos varias
monedas y un nivel para construcción de esos de una burbuja de aire entre un líquido.
Con esto nivelamos la superficie de vidrio, además debido a la humedad del
ambiente el bloque de hielo seco
Figura 22. Para nivelar la rampa de vidrio
Se pegaba un poco a la superficie de vidrio, para evitar esto usamos aire frío de
una pistola secadora de cabello, una espátula y algunas franelas, así como algunos
periódicos y un par de guantes de carnaza.
El bloque de hielo seco se recomienda que sea de unos 7 kg, además resulta
que el hielo seco pasa del estado sólido al gaseoso sin pasar por líquido, entonces
entre las superficies de contacto, hielo seco y rampa de vidrio se forma una capa de
gas, la cual disminuye a la fuerza de fricción hasta casi anularla. En cuanto al péndulo
que usamos como indicador al inicio de las experiencias mostraba varias dificultades
pues para que se estableciera como se deseaba se lograba apenas casi en la parte
final de la rampa de vidrio y en variadas ocasiones no se notaba, teniendo que
intervenir explicando lo que debería de suceder luego de haber tratado de repetir las
117
experiencias respectivas. Con la Tercera Ley hubo menos dificultades y mucha
colaboración de los alumnos, pues ellos mismos eran parte principal del material
estaban como admirados pero muy participativos (usamos también cuerdas y
patinetas).
Se Puede recomendar que el hielo seco se consigue por las calles del metro
Cuitláhuac y además éste no es caro, también para manejarlo deben usar unos guantes
de carnaza, como ya se mencionó, y bastante papel periódico para envolverlo.
Costal de golpeo
Este costal se diseño usando una báscula de pie de baño con la finalidad de
poder detectar las interacciones al momento de golpear dicho costal:
Figura 23. Aplicación de una fuerza sobre un
costal. Se muestra un sencillo medidor en el
interior del costal.
Generalmente se pidió ayuda a las alumnas pues toman las cosas con más
seriedad y disciplina.
118
Anexo 4 Población de Alumnos
Los grupos con los que se trabajó son del CECyT 13 y como ya se ha
mencionado se trataba de:
Grupo No. de Alumnos
A 26
B 27
C 13
Tabla 4.1 Número de alumnos por grupo
Por el número de alumnos se dificultan un poco las aplicaciones de cualquiera de
las estrategias llevadas a cabo; dado que el control de grupo se dificulta con el tamaño
del mismo. Además, los materiales proporcionados tanto por el laboratorio como por los
departamentos Audio-Visuales respectivos son escasos o simplemente no existen. Esto
sólo logra, que una gran cantidad de docentes se limiten en aplicar sus labores a una
mera exhibición de clase, lo cual es tendiente a la educación Tradicional. Además no
olvidemos que también, un gran número de docentes se resisten al cambio, la mayoría
no se actualiza. Esto, da muy poca esperanza a futuro de que cambien sus hábitos de
enseñanza, por lo que se espera que sigan impartiendo sus clases de una forma
Tradicional.
Comentarios relacionados
El llevar a cabo este tipo de fases experimentales en las que todos se desarrollan
como elementos activos, a los alumnos les ha agradado, incluso los factores de tiempo
no les han importado, pues aunque la aplicación de la propuesta se lleva
119
aproximadamente de cinco a seis clases, al finalizar los alumnos deseaban que
siguiéramos con los temas subsecuentes, pero en igual forma. Ahora bien, este tipo
de estrategias para poder ponerlas en práctica se llevan bastante tiempo, sobre todo
para que un solo docente las intente. Debe investigar e ir adaptando, al igual que ir
probando poco a poco en sus diferentes grupos, esto representa una pequeña ventaja,
pues podemos pensar, que cada Grupo de sus clases es un pequeño laboratorio, en el
que uno puede ensayar sobre diferentes estrategias. Sin embargo, también debemos
reconocer que cuando uno tiene ya sus propias maneras de trabajar es difícil que sea
uno tan variante. Para lograr avanzar en los diversos temas sería necesario de la
participación de varios docentes, por esto, se debería trabajar por academias y de igual
forma por temas específicos, en cada uno de los diferentes CECyTs. Logrando el ir
desarrollando sobre los temas programados en las asignaturas vigentes (en los
CECyTs) del IPN. Esto nos permitiría publicar, tal vez algo que se llamara: “Algunos
Secretos de la Física” (serían pequeños temas publicados por docentes activos del
Instituto Politécnico Nacional).
120
Anexo 5 La Estadística
El Examen de Diagnóstico se aplicó a tres grupos tomando a uno de ellos como
Experimental y los otros dos de Control. Se obtuvieron primero las medias grupales en
dónde por primera vez se marca la diferencia en el Postest, estos resultados se
observan en la tabla 4.11
Grupos Promedios en
Pretest
Promedios en Postest
Diferencia
Postest - Pretest
A 2.80 4.31 1.51
B 3.04 6.48 3.44
C 2.15 3.85 1.70
Tabla 4.11 Porcentajes globales para los grupos A, B, C
En seguida se calculó el factor de Hake mostrado ahora en la tabla 4.12
Tabla 4.12 Factor de Hake, grupos A, B, y C
Ahora bien, como puede observarse el mayor Factor de Hake, se obtiene en el
grupo B, el cual es nuestro Grupo Experimental.
Finalmente se aplicó a los tres grupos la t de student mediante el programa R,
tratando de probar la aceptación o rechazo de la Hipótesis Nula 0H , la cual consistió
en el planteamiento siguiente:
Grupos Factor de Hake
A 0.209
B 0.494
C 0.217
121
Planteamiento de la Hipótesis Nula
0 :H No existirá diferencia alguna en el aprovechamiento de los estudiantes del
grupo experimental con respecto al obtenido con los grupos de control.
Usamos un nivel de significancia α de 5% (García & Rodríguez, 1997), (Howard,
2008), probando para dos colas: logrando las siguientes gráficas de la distribución t de
student, para los tres grupos.
Fig. 4.8 Las gráficas de la prueba t de student Pretest vs. Postest del grupo A
Quedando rechazada así la Hipótesis Nula 0H . En cuanto al grupo Experimental,
en su gráfica de la distribución t de student, se observa que también es posible
rechazar la Hipótesis Nula y por ende, se debe aceptar la Hipótesis Alternativa 1H , la
cual sería la negación de la Hipótesis Nula. A continuación se muestra la gráfica de la
prueba estadística t de student, para el grupo B, el Experimental.
Fig. 4.10 Las gráfica de la prueba t de student Pretest vs. Postest del grupo B
122
Para el grupo C de Control se obtuvo una gráfica t de student mostrada a
continuación
Fig. 4.12 Las gráfica de la prueba t de student Pretest vs. Postest del grupo C
De forma similar a los grupos A y B, éste grupo C también puede rechazar la
misma Hipótesis Nula 0H , y debe ser aceptada la alternativa.
Entonces los datos estadísticos nos muestran que existen dos pruebas en las
que el grupo Experimental tiene mejores resultados que los grupos de Control,
tratándose de las medias (tabla 4.11), y el factor de Hake (tabla 4.12).
123
Anexo 6 Tabla estadística de la
función de densidad t de student
TABLA DE LA DISTRIBUCION t DE STUDENT
La tabla nos provee de las áreas 1 y los valores 1 [ ]glc t , donde, [ ] 1 ,P T c y
donde T tiene distribución t de student con gl grados de libertad.
1
gl 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 0.975 0.99 0.995
1 1.000 1.376 1.963 3.078 6.314 12.706 31.821 63.657
2 0.816 1.061 1.386 1.886 2.920 4.303 6.965 9.925
3 0.765 0.978 1.250 1.638 2.353 3.182 4.541 5.841
4 0.741 0.941 1.190 1.533 2.132 2.776 3.747 4.604
5 0.727 0.920 1.156 1.476 2.015 2.571 3.365 4.032
6 0.718 0.906 1.134 1.440 1.943 2.447 3.143 3.707
7 0.711 0.896 1.119 1.415 1.895 2.365 2.998 3.499
8 0.706 0.889 1.108 1.397 1.860 2.306 2.896 3.355
9 0.703 0.883 1.100 1.383 1.833 2.262 2.821 3.250
10 0.700 0.879 1.093 1.372 1.812 2.228 2.764 3.169
11 0.697 0.876 1.088 1.363 1.796 2.201 2.718 3.106
12 0.695 0.873 1.083 1.356 1.782 2.179 2.681 3.055
13 0.694 0.870 1.079 1.350 1.771 2.160 2.650 3.012
14 0.692 0.868 1.076 1.345 1.761 2.145 2.624 2.977
15 0.691 0.866 1.074 1.341 1.753 2.131 2.602 2.947
16 0.690 0.865 1.071 1.337 1.746 2.120 2.583 2.921
17 0.689 0.863 1.069 1.333 1.740 2.110 2.567 2.898
124
18 0.688 0.862 1.067 1.330 1.734 2.101 2.552 2.878
19 0.688 0.861 1.066 1.328 1.729 2.093 2.539 2.861
20 0.687 0.860 1.064 1.325 1.725 2.086 2.528 2.845
21 0.686 0.859 1.063 1.323 1.721 2.080 2.518 2.831
22 0.686 0.858 1.061 1.321 1.717 2.074 2.508 2.819
23 0.685 0.858 1.060 1.319 1.714 2.069 2.500 2.807
24 0.685 0.857 1.059 1.318 1.711 2.064 2.492 2.797
25 0.684 0.856 1.058 1.316 1.708 2.060 2.485 2.787
26 0.684 0.856 1.058 1.315 1.706 2.056 2.479 2.779
27 0.684 0.855 1.057 1.314 1.703 2.052 2.473 2.771
28 0.683 0.855 1.056 1.313 1.701 2.048 2.467 2.763
29 0.683 0.854 1.055 1.311 1.699 2.045 2.462 2.756
30 0.683 0.854 1.055 1.310 1.697 2.042 2.457 2.750
40 0.681 0.851 1.050 1.303 1.684 2.021 2.423 2.704
60 0.679 0.848 1.046 1.296 1.671 2.000 2.390 2.660
120 0.677 0.845 1.041 1.289 1.658 1.980 2.358 2.617
0.674 0.842 1.036 1.282 1.645 1.960 2.326 2.576