MANUAL DELSPROFESSORS

PROPIETATSACÚSTIQUESDELS MATERIALS

VERSIÓ ORIGINAL

MATERIALS SCIENCE PROJECT

SPECIFIC SUPPORT ACTIONS

FP6: SCIENCE AND SOCIETY: SCIENCEAND EDUCATION

PROJECT COORDINATOR CONSTANTINOS P. CONSTANTINOU,LEARNING IN SCIENCE GROUP,UNIVERSITY OF CYPRUS

PROJECT PARTNERS

ACKNOWLEDGMENTRESEARCH FUNDING FOR THEMATERIALS SCIENCE PROJECTWAS PROVIDED BY THE EUROPEANCOMMUNITY UNDER THE SIXTHFRAMEWORK SCIENCE AND

SOCIETY PROGRAMME (CONTRACT SAS6-CT-2006-042942).

THIS PUBLICATION REFLECTS ONLY THE VIEWS OFTHE AUTHORS AND THE EUROPEAN COMMUNITY ISNOT LIABLE FOR ANY USE THAT MAY BE MADE OFTHE INFORMATION CONTAINED HEREIN.

© DESIGN: n.eleana@cytanet.com.cy2010, NICOSIA - CYPRUS

UNIVERSITY-SCHOOLPARTNERSHIPS FOR THE DESIGN

AND IMPLEMENTATION OFRESEARCH-BASED ICT-ENHANCED

MODULES ON MATERIALPROPERTIES

PROPIETATSACÚSTIQUES DELSMATERIALS

Disseny i desenvolupament

Personal UniversitariRoser PintóDigna CousoMaría Isabel Hernández

Professors de secundàriaMontserrat ArmengolCelsa CortijoRaül MartosMiquel PadillaConsol RiosMarta SimónCarme SunyerMontserrat Tortosa

Altres contribucionsTransferència, implementació ifeedback

Personal UniversitariConstantinos P. ConstantinouMichalis LivitziisRodothea HadjiloucaArgyro ScholinakiMarios PapaevripidouNikos PapadourisGiannis Hadjidemetriou

Professors de secundàriaΙοannis KarmiotisMarios MichailGiannakis HadjicostisAntonis StylianouNitsa KindiniMyrto PouangareLeonidas Fakiolas

Expert externHans Niedderer

CONTINGUTS

A: GUIA DEL PROFESSORAT 09

1. Introducció a la seqüència didàctica 10

2. Informació fonamental sobre els conceptes científics tractats 11

2.1. So i soroll 11

2.2. Propagació del so 11

2.3. Energia del so 12

2.4. Interacció entre so i matèria 12

2.4.1. Transmissió del so 12

2.4.2. Absorció del so 12

2.4.3. Interacció en la interfície entre dos medis 13

2.5. Atenuació del so a través d'un medi sòlid 13

2.5.1. Atenuació del so per reflexió 13

2.5.2. Atenuació del so per absorció 13

2.6. Reflectors acústics 14

2.7. Absorbents acústics 14

3. Prerequisits necessaris quant a coneixements previs dels estudiants 14

4. Objectius de la seqüència 154.1. Conceptes científics 15

4.2. Habilitats metodològiques / Procediments / Competències 15

4.3. Estratègies de raonament 15

4.4. Actituds 17

5. Enfocament didàctic i context 17

6. TICs més destacades 20

7. Dificultats més comunes dels estudiants entorn als fenòmens sonors 21

8. Avaluació de lʼaprenentatge dels estudiants 22

B: DESCRIPCIÓ I ANÀLISI DE LES ACTIVITATS DELS ESTUDIANTS 24

0. Introducció a lʼAcústica 25

Unitat 1: Interacció ona sonora – material 271.1. Els problemes acústics dʼun bar musical 28

1.2. Com és que el so arriba a tots els racons de la pista de ball? 28

1.3. Com podem aconseguir no sentir tant el so a lʼexterior del bar musical? 29

Unitat 2: Propietats i estructura interna dels reflectors i dels absorbents acústics 31

2.1. Quines característiques ha de tenir un material per ser un reflector acústic?

I un absorbent acústic? 31

2.2. Com podem explicar que les propietats dʼun material influeixin en el seu

comportament acústic? 33

Unitat 3: Condicionament acústic i insonorització 34

3.1. Comparant materials. Quins utilitzaríem per insonoritzar? 34

C: TASQUES DʼAVALUACIÓ 37

ANNEX 1 63

A: GUIA DELPROFESSORAT

10

A: GUIA DEL PROFESSORAT

1. INTRODUCCIÓ A LASEQÜÈNCIA DIDÀCTICA

El projecte Materials Science (MS), “University-schoolpartnerships for the design and implementation ofresearch-based ICT-enhanced modules on MaterialProperties” finançat per la UE (Contract Number:SAS6-CT-2006-042942; 2007 - 09) té lʼobjectiu decrear un mecanisme per integrar els resultats derecerca en didàctica de les ciències en la pràcticaescolar amb estudiants dʼentre 10 i 16 anys en elcamp de les Propietats de Materials. En el marcd'aquest projecte, es va establir una col·laboracióentre experts professors de ciències de secundària iinvestigadors en didàctica de les ciències de laUniversitat Autònoma de Barcelona per tal dedissenyar i desenvolupar una seqüènciad'ensenyament/aprenentatge (TLS), que porta per títol"Propietats Acústiques de Materials".

La col·laboració entre professors i investigadors es vaproposar en part perquè es considera queimplementar una seqüència innovadora és una tascaaltament exigent pels professors. Però, principalmentperquè tal i com han mostrat alguns estudis sobrereformen curriculars (Pintó 2005), un paper passiu perpart dels professors en les fases de planificació idisseny pot tenir implicacions profundes en l'aplicació,sovint distorsionant la filosofia de la innovació d'unamanera crítica. En aquests casos, els professors nose senten implicats emocionalment amb la innovació(Andersson i Bach, 2005, Ogborn, 2002) i tampoc nohan tingut l'oportunitat d'aprofundir prou en elconeixement necessari. En aquest sentit, la seqüènciadidàctica dissenyada a Barcelona pel projecteMaterials Science va posar èmfasi en lʼestretacol·laboració entre universitat i escola com a elementnecessari pel desenvolupament de la seqüència. Elfet de tenir en compte el coneixement i lʼexperiènciadels dos grups de col·laboradors té lʼ'avantatge depermetre omplir el buit entre recerca i pràctica,millorant la qualitat de l'educació científica dels futursciutadans.

La filosofia de la seqüènciaLa Ciència de Materials és un camp que investiga larelació entre l'estructura dels materials i les sevespropietats, el seu comportament i la manera de

caracteritzar-los i processar-los (figura 1). Lʼobjectiuúltim és entendre els materials d'una manerafonamental per tal de ser capaços de dissenyar i crearmaterials nous amb les propietats desitjades.

Dins d'aquesta perspectiva, aquesta seqüènciadidàctica sobre propietats acústiques dels materialsestà centrada en lʼanàlisi de les relacions entrepropietats acústiques d'alguns materials i la sevaestructura fonamental per explicar el seucomportament acústic, és a dir, la manera en que escomporten els materials davant de so en quant alʼatenuació que produeixen. Per això, aquestaseqüència té una orientació cap al tema de la Ciènciade Materials.

La Ciència de Materials es pot considerar com a puntde convergència entre diferents disciplines com lafísica, la química, lʼenginyeria, lʼelectrònica, etc. Estemd'acord amb un expert científic en polímers delMassachusetts Institute of Technology, MichaelRubner, quan diu: "És moment de parar de veure laciència com només química, física o biologia.Necessitem reconèixer la Ciència dels Materials coma fonamental".

La Ciència de Materials facilita la relació entre teoria iobservacions i la caracterització d'objectes físics.Aquesta enfocament permet una combinació denaturalesa pràctica i teòrica del tema. L'aproximacióa l'estudi del so a través de lʼAcústica a lʼensenyamentsecundari proporciona una orientació innovadora quepodria donar una nova perspectiva a aquellsprofessors interessats en la matèria.

FIGURA 1. TETRAEDRE DE LA CIÈNCIA DEMATERIALS

11

Rellevància social de la seqüència didàctica A la societat espanyola i probablement a qualsevolaltre país, hi ha una gran sensibilitat per no molestara lʼaltra gent i per no contaminar. Per exemple, tothomintenta evitar estendre les seves infeccionscontagioses. La gent també s'ha tornat més sensibleal fet que el fum d'un cigarret és molt nociu per a lagent del voltant. En resum, en innumerables situacionsés evident que avui dia la gent és més conscient delseu ambient i evita fer mal als altres, tractant derespectar les decisions i necessitats individuals.

Tanmateix, al nostre país aquesta sensibilitat noexisteix en relació al soroll. És molt comú tenirdificultats per poder sentir als acompanyants quanun/a es troba en un restaurant; més encara endiscoteques i en altres llocs públics amb molta gent.En els autobusos, el metro o els trens, podem sentirles converses dels altres perquè algunes personesparlen molt fort amb els que tenen al costat o pelmòbil. A casa, és habitual sentir sons que provenende casa dels veïns. El problema pot empitjorar enzones on hi ha molt trànsit de vehicles en hores punta,quan s'utilitzen les botzines gairebé sense límits.

En resum, l'orella humana és freqüentment “atacada”per tota classe de sorolls i sons produïts al nostrevoltant, i sembla que no es prenen moltes mesures deprecaució per tal dʼevitar-los. Com que hi ha pocasensibilitat a aquest problema, hi ha poques lleis queregulin lʼexcés de soroll, excepte potser pels casosmés seriosos. Tampoc es prenen sovint solucionsrellevants per a la insonorització d'edifici. Els futursciutadans haurien de ser educats amb sensibilitat aaquest problema.

Lʼeducació sobre la contaminació acústica requereixanar de la mà dʼuna comprensió profunda sobre comes propaga el so i com atenuar el so. “Propietatsacústiques dels materials” és una seqüènciad'ensenyament i aprenentatge que pretén contribuir al'educació acústica. Es centra en el tema del'atenuació del so amb materials apropiats, introduintel concepte d'absorció i de reflexió del so, en un nivellde profunditat adequat per estudiants dʼentre 14 i 16anys. La seqüència dʼactivitats sʼha contextualitzat enel problema de contaminació acústica causada per unbar musical i la necessitat dʼinsonoritzar-lo.

2. INFORMACIÓ FONAMENTALSOBRE ELS CONCEPTESCIENTÍFICS TRACTATS

La seqüència “Propietats Acústiques dels Materials”s'ha centrat en les propietats i lʼestructura interna delsmaterials que influeixen en el seu comportamentacústic. Per aquesta raó, el focus dʼaquesta seqüènciano és lʼestudi de la naturalesa i de la propagació del soi de les característiques de les ones sonores. Per això,la seqüència no aborda a fons aquests continguts peròels considera un requisit previ necessari. Partintd'aquest punt, aquesta seqüència tracta els fenòmensrelacionats amb la interacció de les ones sonores ambmaterials sòlids (reflexió, reverberació, atenuació,absorció), però també tracta les propietats (densitat,porositat i elasticitat) dels materials absorbentsacústics i reflectors acústics. La informació fonamentalsobre els conceptes científics tractats al llarg de laseqüència es descriu a continuació:

2.1. SO I SOROLLEl so es defineix com una pertorbació (variacions depressió) d'un medi elàstic (aire, o qualsevol altre gas,líquid o sòlid) que es propaga a través d'ones. El sopot ser caracteritzat per les propietats generals de lesones: freqüència, longitud d'ona, període, amplitud,velocitat i direcció (vector velocitat o vector d'ona).

En general, el soroll es considera un so amb un volumalt. No obstant, a Física el soroll es defineix com un soque té freqüències aleatòries combinades enquantitats aleatòries. Aquestes freqüències no sónharmònics d'una freqüència fonamental, és a dir, notenen una relació particular les unes amb les altres.El soroll no produeix un to particular o una sensació dequalitat.

2.2. PROPAGACIÓ DEL SOPodem representar el medi a través pel qual espropaga el so com format per moltes partícules enl'equilibri ordenades en una xarxa de tres dimensions.Entre aquestes partícules es donen forces dʼatracciói de repulsió. Aquest sistema es pot representar comuna sèrie de boles unides per molles elàstiques(model de boles i molles).

12

Quan una d'aquestes partícules comença a vibrar, lespartícules veïnes fan igual per raons elàstiques,encara que amb un cert retard. La propagació de lavibració inicial a través del medi segueix un movimentondulatori i, en el nostre cas, una ona sonora. Peraixò, per tal que les ones sonores es puguin propagares necessita un medi elàstic (sòlid, líquid o gas).

2.3. ENERGIA DEL SOPer fer vibrar un punt d'un medi, hem de proporcionarenergia al medi. La propagació d'ones sonores implicaun trasllat d'energia però no de matèria. És a dir, lespartícules d'un medi oscil·len al voltant de la sevaposició d'equilibri però no es propaguen.

El so produït per una font es propaga de maneraesfèrica. A mesura que les ones sonores sʼallunyende la font sonora, l'energia es distribueix al llarg d'una

àrea cada vegada més gran. Per això, l'energia quees transmet a través dʼunitat d'àrea per unitat detemps (intensitat) és cada vegada menor. Aquestadisminució d'energia per unitat d'àrea no té en comptel'absorció produïda al medi; és deguda essencialmenta la seva distribució geomètrica. Aquest efectes'expressa a través de la “llei de l'invers del quadrat dela distància”, que manifesta que la intensitat d'una onasonora que es propaga des d'una font sonora en totesdireccions disminueix segons el quadrat de ladistància a la font.

2.4. INTERACCIÓ ENTRE SO I MATÈRIAQuan les ones sonores que es propaguen a través d'unmedi arriben a un material, es poden reflectir, podentravessar el material o es poden dissipar dins del material.Per això, quan el so interacciona amb un material, en partes reflecteix, en part es transmet i en part s'absorbeix,respectivament. Diem doncs que l'energia del so incidentes distribueix en aquestes tres fraccions.

En general, part de so es reflecteix sempre que trobauna discontinuïtat o canvi en el medi a través del quales propaga. Experimentalment, es pot comprovar queel so reflectit té un major nivell d'intensitat en unadeterminada direcció, que forma un angle amb laperpendicular a la interfície igual com el format pel soincident.

2.4.1. TRANSMISSIÓ DEL SOL'aire és el medi més comú de transmissió de so alshumans. No obstant, quan sentim un so originat a lʼaltrabanda d'una paret, el so ens ha arribat a través de l'aire,però prèviament havia hagut de travessar un medi sòlid(la paret) abans d'arribar a les nostres oïdes.

FIGURA 3. IL·LUSTRACIÓ DE LA “LLEI DE LA INVERSADEL QUADRAT DE LA DISTÀNCIA”

FIGURA 4. REPRESENTACIÓ DE LA DISTRIBUCIÓ DELʼENERGIA DEL SO QUAN AQUEST ARRIBA A UN

MATERIAL

FIGURA 2. MODEL DE BOLES I MOLLES

13

2.4.2. ABSORCIÓ DEL SOLes ones sonores deixen de propagar-se quan la sevaenergia es dissipa completament dins del medi. Diem queel so s'ha absorbit o que lʼenergia associada al so s'hadissipat dins del medi. En el cas de la propagació del soa través de medis sòlids, la vibració de les partícules queformen els materials contribueix a lʼabsorció del so.L'energia del so permet aquesta vibració, i per aixòl'energia del so es dissipa dins de la xarxa.

La dissipació de l'energia del so pot succeir quan elso arriba a un material sòlid. En aquest cas, el so espot absorbir perquè part de la seva energia éstransferida a l'altre medi.

2.4.3. INTERACCIÓ EN LA INTERFÍCIE ENTREDOS MEDISQuan les ones sonores arriben a la interfície entre dosmedis (per ex., aire i un altre material), part del'energia associada al so es reflecteix i part d'aquestaenergia es transfereix al material. D'aquesta part delso que es transfereix al material, una part seràabsorbida dins del material i una part serà transmesaa través del material.

2.5. ATENUACIÓ DEL SO A TRAVÉS D'UN MEDISÒLIDL'atenuació del so pot ser deguda a l'absorció(dissipació de l'energia del so dins del material) i a lareflexió (a la interfície entre medis).

Segons el principi de conservació de l'energia, per talde transmetre la menor quantitat possible de so, lamajor part de l'energia del so hauria de ser reflectidao absorbida. Quan es transmet poc so a través dʼunmedi, diem que el so s'ha atenuat.

Per tant, quan intentem atenuar un cert soroll, podemutilitzar dos materials diferents: materials que reflecteixinel so o materials que lʼabsorbeixen (és a dir, reflectorsacústics o absorbents acústics, respectivament).

2.5.1. ATENUACIÓ DEL SO PER REFLEXIÓLa proporció d'energia d'una ona sonora incident quepenetra en un medi o que es reflecteix quan arriba auna interfície entre dos medis depèn de:a) L'angle d'incidència en la interfície entre els dos

medis. Hi haurà més o menys proporció d'energiareflectida depenent de com sigui la superfície deseparació entre els medis (llisa, irregular, rugosa).

b) Les propietats dels materials a través dels quals

es propaguen les ones sonores. Hi ha materialsque eviten més la propagació del so a través d'ellsque dʼaltres. La densitat i lʼelasticitat d'un materialafecten crucialment el seu comportament quant alʼatenuació del so. Com podem interpretar queaquestes propietats siguin tan rellevants per laproporció d'energia del so que es reflecteix o quepenetra en un altre medi?

• Quant a lʼelasticitat, els materials que són moltelàstics (major seqüència de compressibilitat)són menys de propensos a deformar-se,requereixen una major força. Per això,reflecteixen una major part de lʼenergia incident.Són, per tant, bons reflectors acústics però nosón bons absorbents.

• Quant a la densitat, com més massa (per unitatde volum) té el material, major força esnecessita fer per provocar una certa deformaciódel material. Per això, els materials més densosreflecteixen més les ones sonores, és a dir, sónbons reflectors acústics.

2.5.2. ATENUACIÓ DEL SO PER ABSORCIÓQuant a lʼabsorció del so, la quantitat d'energia del soque s'absorbeix dins d'un material depèn de lesvariables següents:a) Estructura del material (porositat1)b) Freqüència de les ones sonoresc) Gruix de l'objecte material

Una gran absorció implica que gran part del so penetridins del material (poca reflexió a la interfície). En aquestsentit, els absorbents acústics necessiten ser malsreflectors, i per això, han de ser poc elàstics i poc densos.

Com podem interpretar que aquestes propietats siguintan rellevants per a l'absorció d'energia del so dinsd'un medi?

L'elasticitat i la densitat estan relacionades nosolament amb la reflexió del so (com menys elasticitati densitat del material, menys reflexió del so), sinótambé amb la quantitat d'energia del so ques'absorbeix (dissipat) dins del material. Com méselàstic és el material, major és la força que es

1. La porositat és la proporció dʼespais buits en el volum totaldʼun material i normalment sʼexpressa com un percentatge,és a dir, es determina calculant el quocient entre el volum dʼe-spais buits i el volum total dʼuna mostra i multiplicant-lo percent.

14

necessita fer per deformar-lo. D'altra banda, si elmaterial és menys elàstic, la deformació que pateixaplicant la mateixa força és major. Part de l'energia del'ona sonora incident es dissipa a causa d'aquestesdeformacions, és a dir, gran part del so s'absorbeixdins del material. De la mateixa manera, com mésdens és el material, més gran és la força que esnecessita fer per fer vibrar les seves partícules. Peraixò, les partícules que formen els materials menysdensos poden vibrar més, i així, aquests materialsdissipen més energia.

a) Estructura del materialQuan les ones sonores es propaguen per un materialporós, la seva energia disminueix ràpidament. Aquestefecte és degut a la fricció de l'aire dins del material(en els porus, entre les fibres) amb les parets rígideso l'esquelet del material. A causa d'aquesta fricció, partde l'energia del so es transfereix a l'esquelet sòlid delmaterial, fent vibrar les seves partícules i, per tant,augmentant la seva temperatura (escalfament delmaterial). A més, quan el so travessa un materialporós, les ones sonores es forcen a canviar la sevadirecció freqüentment mentre es propaguen dins delmaterial, perquè hi ha molts canvis de medi ointerfícies aire-sòlid-aire.

Els materials porosos amb un esquelet rígid són mésabsorbents que materials porosos amb un esqueletflexible. Aquest efecte passa perquè hi ha mésmoviment relatiu i fricció entre aire i un material rígid,i per això, s'absorbeix més energia. La mida delsporus també afecta a la capacitat d'absorció d'un certmaterial (per ex., uns porus massa grans poden ferque el material atenuï molt poc el so).

b) Freqüència de les ones sonoresQuant a la freqüència de les ones sonores, s'hacomprovat empíricament que la capacitat d'absorciód'un material porós augmenta a mesura que lafreqüència de l'ona sonora augmenta. Quan la longitudd'ona és curta, i per tant, la freqüència del so és alta, lespartícules del medi vibren més vegades per segon i així,dissipen més energia en propagar-se per qualsevolmedi. Per aquesta raó, els sons dʼaltes freqüènciess'atenuen més fàcilment que els de baixes freqüències.

c) Gruix dels objectesQuant al gruix dels objectes, s'ha comprovatempíricament que lʼabsorció causada per la porositataugmenta com més gruixut és el material porós, fins

a un cert límit. Aquest efecte es podria explicar teninten compte que la proporció dʼenergia del so incidentque té longituds d'ona curtes (altes freqüències)s'absorbeix a través d'un cert gruix del material mentreque la resta de freqüències no poden ser absorbidesa través dʼaquest material. Per això, el gruix delmaterial no és el factor més important per aconseguirun coeficient d'absorció alt depenent de la freqüència.

2.6. REFLECTORS ACÚSTICSEls reflectors acústics eviten la propagació del so,reflectint gran part de l'energia associada a les onessonores. Aquests materials tenen les propietatssegüents:• Alta elasticitat• Alta densitat• Poca porositat

2.7. ABSORBENTS ACÚSTICSEls absorbents acústics redueixen la fracció de l'onasonora incident que es reflecteix en la interfície entredos medis. Per tant, permeten que una gran quantitatd'energia penetri al material. Aquests materialsatenuen l'energia de l'ona sonora dins dels porus o acausa de les deformacions provocades. Aquestsmaterials tenen les propietats següents:• Baixa elasticitat • Baixa densitat • Porositat

3. PREREQUISITS NECESSARISQUANT A CONEIXEMENTSPREVIS DELS ESTUDIANTS

La seqüència està dirigida a estudiants delʼensenyament secundari obligatori dʼentre 14 i 16anys. Per tant, aquesta seqüència està destinada aestudiants amb un ampli rang d'habilitats i ritmesd'aprenentatge. Alguns del continguts necessaris periniciar aquesta seqüència estan relacionats amb eltema del so, que constitueix el fonament de lesinteraccions físiques descrites (naturalesa del so,propagació del so, característiques del so, etc.). Unsaltres conceptes bàsics que són necessaris com aprerequisit per a aquesta seqüència estan relacionatsamb les propietats dels materials (densitat, elasticitat,porositat). El model de partícules de la matèria éstambé essencial per explicar la relació entre estructurainterna de materials i comportament acústic.

Per tant, la seqüència requereix que els estudiants

14

15

tinguin alguns coneixements previs:• Comprensió conceptual de la naturalesa del so:

com s'origina i com es propaga a través d'un medi.• Distinció de les característiques del so: freqüència,

velocitat de propagació, longitud d'ona, amplitud,energia, intensitat.

• Dominar el llenguatge algebraic no és un prerequisitper a aquesta seqüència, però els estudiants hauriend'estar familiaritzats amb la interpretació de gràfics.

4. OBJECTIUS DE LASEQÜÈNCIA

Al llarg de tota la seqüència, es pretén que elsestudiants entenguin alguns conceptes i construeixinmodels conceptuals per explicar i predir diferentsfenòmens, i fent això, millorin la seva comprensiósobre la ciència i el seu rol social.

La seqüència didàctica “Propietats acústiques delsmaterials” té les següents característiques:

4.1. CONCEPTES CIENTÍFICSLa seqüència dissenyada sobre “Propietatsacústiques dels materials” ha estat estructurada alllarg dʼun seguit d'activitats orientades a recolzar elprocés de modelització dels estudiants delcomportament dels absorbents i dels reflectorsacústics a través d'aquests tres models conceptuals:- un model d'atenuació del so en termes d'energia,

per predir i explicar com es distribueix l'energiaassociada al so quan aquest arriba a un materialsegons el seu comportament acústic.

- un model de reflectors acústics i dʼabsorbentsacústics en termes de les seves propietats físiques,per predir i explicar com sʼatenua el so (per reflexióo absorció) quan arriba a un material segons lesseves propietats físiques. Ens centrem en lespropietats de material més rellevants: densitat,elasticitat i porositat a nivell macroscòpic.

- un model de reflectors acústics i dʼabsorbentsacústics en termes de la seva estructura interna,per predir i interpretar com certes propietats dʼunmaterial influencien la seva capacitat d'atenuar elso, utilitzant la seva microestructura.

En definitiva, els anteriors models conceptuals espresenten gradualment: des d'explicar i justificar comes comporten els materials quant a lʼatenuació del so

fins a explicar i justificar aquest comportament acústicen termes de les seves propietats físiques (densitat,rigidesa, porositat) i de la seva estructura interna.

La seqüència s'ha estructurat en tres blocs principals.El primer bloc tracta els fenòmens associats a lainteracció entre so i matèria. Per tant, aquest blocintrodueix el primer model conceptual anteriormentdescrit. El segon bloc tracta les propietats i estructurainterna dels reflectors i absorbents acústics. Així,aquest segon bloc introdueix el segon i tercer modelsconceptuals. El tercer bloc pretén promoure l'ús oaplicació per part dels estudiants dels anteriorsmodels conceptuals en una situació de resolució dʼunproblema. Els conceptes científics que tracta cadabloc de la seqüència són:

1. Interacció so-material. Distribució de l'energia com amodel per explicar els efectes de les interaccions:a. Fenòmens relacionats amb la interacció so-

material: reflexió, absorció i transmissió.b. Energia del so incident, so reflectit, so transmès i

energia absorbida.c. Efectes del la interacció so-material: atenuació del

so.2. Absorbents i reflectors acústics:

a. Propietats físiques dels absorbents i reflectorsacústics.

b. Estructura interna dels absorbents i reflectorsacústics.

c. Mecanismes d'atenuació del so en materials.3. Problema: contaminació acústica. Solucions:

condicionament acústic i insonorització.

4.2. HABILITATS METODOLÒGIQUES /PROCEDIMENTS / COMPETÈNCIES

Al llarg de tota la seqüència es pretén promourediferents tipus de competències. Amb aquest propòsit,sʼhan dissenyat acuradament diferents tipusd'activitats i treball experimental per promoure eldesenvolupament de les competències següents:• Construir models conceptuals.

• Aplicar models conceptuals i coneixement apropiaten una certa situació per interpretar i per predirfenòmens.

• Dissenyar experiments amb propòsits específics.

• Utilitzar dades experimentals per interpretarevidències i arribar a conclusions.

• Reflexionar sobre les implicacions de certes

15

16

propostes científiques i tecnològiques o de certessolucions a diferents problemes.

4.3. ESTRATÈGIES DE RAONAMENTLa seqüència ha estat dissenyada tenint en compte unasèrie dʼestratègies d'ensenyament que ajudin a promourecertes habilitats de raonament científic. Aquestesestratègies d'ensenyament tenen a veure amb:

Començar a partir dʼetapes intermèdies ben orientats(enfocament analític). El diàleg socràtic sol ser un bonenfocament per promoure aquestes habilitats.

Plantejar problemes globals per animar als estudiantsa dissenyar procediments per trobar una solució(enfocament holístic).

Lʼenfocament d'ensenyament hauria de ser apropiatperquè suposés un repte intel·lectual que promoguésestratègies de raonament, especialment aquellesrelacionades amb la modelització, lʼestructuració iorganització d'idees i les habilitats dʼindagació (per ex.,inferir, dissenyar experiments, controlar variables, etc).

La modelització és entesa de diferents maneres:• Com la construcció o utilització de models com a

entitats (objectes físics o visuals / virtuals) queajuden als estudiants a construir algun concepte oteoria o a interpretar fenòmens.

• Com la construcció de models conceptuals,entesos com a representacions mentals ocognitives de processos o coses del món real queels estudiants construeixen a les seves ments perexplicar / interpretar fenòmens (Glynn i Duit 1995).La perspectiva aquí és que els models conceptualssón unitats coherents de coneixement estructuratutilitzades per organitzar informació en xarxescoherents i per representar patrons observables defenòmens naturals.

La modelització té el potencial de recolzar i promourela comprensió dels aprenents sobre els processos dela ciència a mesura que construeixen, comproven orevisen els seus propis models, de manera similar a ladels científics. Els resultats de recerca evidencien queels estudiants desenvolupen habilitats transferiblesquan són capaços de construir o fer ús de models perexplorar i predir fenòmens o quan poden construirmodels conceptuals, donant així un sentit coherent.Una tasca important per a un científic després d'haver

observat un fenomen o procés és trobar unaexplicació adequada del mateix, ja sigui construint unmodel o aplicant-ne un d'existent per justificar el quès'ha observat. Lesh i Doerr (2003) manifesten que elsmodels científics són sistemes conceptuals queconsten d'elements, relacions, operacions i regles quegovernen les interaccions i que s'expressen utilitzantalgun sistema de representació. Els professors solenintroduir models conceptuals per simplificar fenòmensnaturals i fer més comprensibles pels estudiants elsfenòmens. En general, els models conceptuals sóncientíficament vàlids, són coherents amb lacomprensió dels científics dels fenòmens. Quan elsestudiants aprenen la ciència escolar de manerasignifica, això implica que construeixin modelsconceptuals que consten de conceptes relacionats, encomptes de llistes de fets inconnexos.

Per exemple, els estudiants necessiten construir unmodel de so per conceptualitzar la seva propagació.Depenent del nivell dels estudiants, el model depropagació de so serà més o menys sofisticat. És adir, el model conceptual que els estudiants haurien /podrien construir serà més o menys refinat i proper alsmodels científics més avançats sobre un certfenomen.

A la seqüència, la propagació del so a través d'unsòlid, per exemple, es concep com una pertorbació del'estructura interna que resulta d'una pertorbacióexterna que es propaga a causa de les “molleselàstiques” entre les partícules. Utilitzant aquestaclasse de representació mental, els estudiants podeninterpretar tots els fenòmens al voltant de lapropagació del so a través d'un sòlid (veure apartat 2"Informació fonamental").

Les dues perspectives de modelització no sóncontradictòries sinó que es refereixen a aspectesdiferents del procés de donar sentit i comprendre laciència. A la primera perspectiva, la comprensió de laciència es percep “com un conjunt complex d'habilitatsde modelització, és a dir, habilitats cognitives per fer iutilitzar models”. A la segona, comprendre la ciènciaimplica construir models conceptuals. L'últimaperspectiva es correspon amb un procés deraonament dels estudiants que pot promoure laconstrucció de models cada vegada més propers alsmodels científics que: (a) representin aspectes d'unfenomen, que puguin ser refinats o falsats; (b)proporcionin una interpretació mecànica dels

17

fonaments de (certs aspectes del) fenomen; (c) siguinútils per formular prediccions que es puguin serprovades experimentalment (Constantinou 2007).

4.4. ACTITUDSNo podem concebre lʼensenyament de les ciènciescom merament un procés de construcció deconeixements científics (conceptes, idees i teories) oprocediments científics. Entenem que un delspropòsits de lʼeducació científica també ha de ser el depromoure (a) actituds científiques i (b) actitudspositives cap a la ciència.

(a) Com a actituds científiques, entenem lesdisposicions típiques del treball científic,essencials per adquirir certes habilitatsdʼindagació. La seqüència pretén promoureespecialment quatre actituds:- Curiositat, qüestionament i motivació per

aprendre a utilitzar estratègies dʼindagació.- Creativitat, originalitat, motivació per buscar

solucions individuals a diferents problemes osituacions.

- Pensament crític, per poder analitzar lespròpies idees i les dels altres.

- Perseverança, regularitat, per continuar fentles activitats més enllà d'un entusiasme inicial.

(b) Una actitud positiva vers la ciència implica unamanera particular de veure el treball dels científicsi també la construcció i evolució del coneixementcientífic que animi als estudiants a “continuar”. Enaquesta seqüència, la selecció de continguts, lesactivitats proposades i les estratègiesd'ensenyament planejades estan pensades perpromoure que l'aprenentatge de les ciènciesesdevingui una activitat motivadora i estimulant.El context d'aquesta seqüència mostra lʼimportantpaper de la ciència en la resolució de problemesquotidians. D'aquesta manera, un dels propòsitsés també fer que els estudiants sʼinteressin en lacomplexa aventura de la ciència.

En aquesta secció, podríem considerar altres actitudsmés generals o personals (interès per col·laborar ambels companys de classe, apreciació de la qualitat deltreball, voluntat dʼuna major autonomia personal, etc.)o relacionades amb el treball que es desenvoluparà ala classe o al laboratori (consciència de la importànciad'organitzar la informació, utilització dʼordinadors iequipaments experimentals amb precisió, etc.).

5. ENFOCAMENT DIDÀCTIC ICONTEXT

És evident que lʼenfocament didàctic donat a unaseqüència didàctica està relacionat amb la visió queels seus dissenyadors tenen en relació al queconsideren estratègies dʼensenyament i aprenentatgeapropiades. En el cas de la seqüència sobre Acústicadissenyada, es va decidir establir una estretacol·laboració entre professors i investigadors per talde dissenyar i desenvolupar la seqüència. El fetdʼestablir un grup de col·laboració pretenia fer quecadascun dels participants co-construís i compartís elsfonaments (contingut i enfocament didàctic) de laseqüència, per tal de promoure un “sentimentdʼapropiació” de la mateixa per part dels professors(Ogborn, 2002). Encara que aquest objectiu implicainvolucrar professors i investigadors en un llarg procésde treball conjunt, els resultats són prometedors.

El disseny de la seqüència ha tingut en comptealgunes qüestions en relació a lʼenfocament didàctic:

Contextualització en situacions quotidianesLa seqüència exposa un problema que pot resultarproper per molts estudiants des d'una situació inicial:una discoteca que hauria d'evitar la músicaextremadament alta que arriba al veïnat. El soroll espropaga tant a través de l'aire com a través delsmaterials de que estan fets les parets i el sostre. Comarriba el so a casa dels veïns? Es pot aturar o reduirutilitzant taps per les oïdes? Hi ha unes altressolucions?

Enfocament interdisciplinari El contingut innovador de la seqüència al voltant deles “Propietats acústiques dels materials” estàrelacionat amb el tema de la Ciència de Materials.Aquesta aproximació innovadora al tema del so,partint de les propietats acústiques dels materials, hafacilitat una combinació de naturalesa pràctica i teòricade la seqüència. Aquesta aproximació a lʼestudi del soi de lʼAcústica ha proporcionat una orientacióinnovadora que ha representat un repte pelsprofessors però alhora sʼhan involucrat amb laseqüència.

El so és una àrea clàssica de la Física present en lamajoria dels programes de ciències. Vincular el soamb la problemàtica de la contaminació acústica éstambé comú en molts programes amb un enfocament

18

de CTS o de ciències en context. El nostre propòsitera donar una altra dimensió a la seqüència: unenfocament tecnològic per introduir idees de Ciènciade Materials al pla d'estudis actual. Dins delcurrículum espanyol, la implementació dʼunaseqüència didàctica sobre Ciència de Materialsimplica un vincle entre la Física i la Química, ja quehauríem de tenir en compte algunes idees sobreestructura de la matèria (tema analitzat principalmentdes del punt de vista de la Química en lʼactualcurrículum espanyol) per tal dʼexplicar la propagació ilʼatenuació del so (tema analitzat principalment desdel punt de vista de la Física).

Enfocament tecnològicLes activitats de la seqüència tenen un enfocamenttecnològic. Un dels objectius principals de l'educacióés promoure una alfabetització tant científica comtecnològica. En aquest sentit, l'educació acústica ésun tema pertinent i interessant ja que tracta de fer queels estudiants entenguin per què i com es pot atenuarel so utilitzant diferents materials, la majoria d'ellsaltament tecnològics.

Innovacions incorporadesTractar dʼensenyar un tema relacionat amb la Ciènciade Materials a la secundària, juntament amb posar enpràctica algunes innovacions didàctiques, requereixmolt esforç per part dels professors que participen.Les innovacions clau que s'han incorporat són:• Conceptualitzar el so en interacció amb els

materials i els medis a través dels quals espropaga. A lʼapartat 2, sʼhan descrit els models iconceptes científics que sʼespera que elsestudiants construeixin al llarg de la seqüència. Noobstant, es va necessitar fer una “transposiciódidàctica” adequada al nivell dels estudiants. La“reconstrucció educativa” dels continguts per serensenyats va ser el resultat de discussions i acordsentre tots els membres que col·laboraven dins delgrup de disseny de la seqüència. A més, també vaser necessària una anàlisi extensa de recursosbibliogràfics diferents (de ciència de materials,acústica, enginyeria, arquitectura, etc.).

• Comprendre la modelització com un procés útilper ajudar als estudiants a construir el propiconeixement científic i a transferir-lo a moltessituacions. A lʼapartat 4.3, ja sʼha desenvolupat elnostre punt de vista sobre la modelització.

• Compartir la visió d'un enfocament didàcticdʼindagació i de les habilitats dʼindagació,

considerant que és una manera útil d'ensenyamentper promoure actituds positives vers elconeixement científic i habilitats científiques. Pertal que la indagació resulti eficaç com aenfocament didàctic, els professors necessitenestar familiaritzats amb la metodologia dʼindagació.Com que la majoria dels professors no se hantingut lʼoportunitat d'aprendre ciències a través dela indagació o de portar a terme recerquescientífiques per ells mateixos al llarg de la sevavida acadèmica, els vam proporcionar algunesidees i consells sobre la indagació:

http://books.nap.edu/html/inquiry_addendum/ch2.html

Compartim la perspectiva proposada pelsdissenyadors de la Guia per Ensenyar i Aprendre,continguda als National Science Education Standardson Scientific Inquiry, especialment quan emfatitzen laindagació com a perspectiva per promoure la curiositati el suport a la construcció de models. Aquests autorsproposen als professors que:• Facin bones preguntes.• Dissenyin investigacions.• Utilitzin acuradament les explicacions dels

estudiants.• Posin lʼèmfasi en les “grans idees” de la física, no

dʼuna manera poc sistemàtica, saltant d'un tema alsegüent, donant als estudiants una visió àmplia dela física.

• Organitzin activitats de grup estructurades peranimar als membres de l'equip a parlar, discutir iproposar prediccions basades en observacionsinicials i explicacions basades en evidències.

• Comencin les lliçons amb activitats en context perajudar als estudiants a discutir idees conceptuals.

• Adoptin sovint comportaments com escoltar, aclarirles frases dels estudiants i formular preguntesobertes.o “Explicaʼm alguna cosa més sobre Y”o “Quina és l'evidència que recolza aquesta

conclusió?”o “Com vas decidir canviar la teva explicació per

sobre dʼaquella altra de la qual estavesconvençut fa uns dies?”

• Animin als estudiants a plantejar preguntes que elshi sorgeixin en comptes de formular sempre ells lespreguntes.

• Facin possible augmentar la quantitat de tempsque parlen els estudiants.

19

Com es menciona a la web anterior, l'essència de laindagació no resideix en cap experiment de laboratorimolt elaborat on sʼutilitzi intensivament un certequipament. Per contra, la seva essència resideix enles interaccions que ocorren múltiples vegades enqualsevol període de classe entre els estudiants i elsmaterials, els estudiants i el professor i entreestudiants mateixos.

En vista de la metodologia utilitzada en dissenyar laseqüència, i no pretenent imposar res, la posició delsinvestigadors va ser la de vetllar per a què lescaracterístiques de la seqüència fossin coherents,compartides i integrades al llarg de la seqüència, coma resultat d'un treball col·laboratiu. Aprendre és unprocés llarg i la incorporació d'innovacions per part deprofessors experimentats requereix dʼargumentssòlids i temps per convèncer-se dels avantatges dʼuncanvi o innovació.

Durant el projecte de recerca STTIS, es va evidenciarclarament que els professors transformen lesintencions, objectius i procediments de qualsevol activitat que està lluny de les maneres de procedirhabituals, comunament acceptades o incorporades.No obstant, quan els professors són conscients del'interès per un nou enfocament, són més propensosa canviar la manera habitual de fer. Tenint presentaquesta perspectiva, el refinament o modificació decadascuna de les activitats dissenyades hauriad'acceptar-se entre tots els companys, encara que peraixò es necessiti més temps.

Tot i així, el contingut del document que descriu laseqüència i les sessions dedicades a teoritzar /reflexionar sobre el procés d'implementació de laseqüència no decidiran lʼenfocament didàctic real quetindrà lloc a lʼaula. És necessari decidir si laimplementació encaixarà fàcilment amb els patrons

FIGURA 5. CICLE DʼAPRENENTATGE PEL TREBALL DE LABORATORI AMB TICS

20

acceptats o si es preveuen dificultats en la pràcticaescolar.

Lʼenfocament d'algunes activitatsAlgunes de les activitats proposades per alsestudiants consisteixen en treball de laboratori on esproposa un cicle d'aprenentatge. Els estudiantstreballen en grups de 3-4 persones.

Mostra d'activitats ja incloses en el mòdul• Preguntes per a què els alumnes discuteixin a

classe sobre els comportaments de diferentsmaterials quant a l'atenuació del so, utilitzant unmodel de partícules. La discussió i aplicació delmodel hauria de conduir a la idea del paper quetenen certes propietats dels materials enl'atenuació del so.

• Exercicis per sintetitzar diferents conceptes irelacions i per organitzar idees.

• Indagació sobre els materials absorbents acústics.Observació de l'estructura interna de diferentsmostres de materials absorbents acústics. Inferir apartir de les observacions, utilitzant o refinant elmodel de propagació del so i el model d'absorciódel so en materials segons la seva estructura,porositat, densitat, etc.

• Utilització dʼun instrument (sonòmetre) per mesurarnivells d'intensitat sonora (en decibels).

• Comprovació experimental de l'atenuació del so,utilitzant diferents absorbents acústics i unsonòmetre. Indagació sobre el paper de diferentspropietats dels materials: densitat, porositat,rigidesa, etc. són rellevants per la seva capacitatd'atenuar el so.

• Predicció i justificació del comportament acústic dediferents materials a partir de lʼobservació imanipulació dels mateixos. Disseny d'unexperiment per comprovar les pròpies prediccions.

• Comunicar verbalment resultats experimentals oobservacions.

6. TICS MÉS DESTACADES

Algunes TICs s'han seleccionat per afavorirl'aprenentatge al llarg de la seqüència i per recolzar elprocés de construcció dels models conceptuals delsestudiants entorn a lʼatenuació del so. A continuacióes descriuen breument les característiques que fanaquestes tecnologies adequades pels nostrespropòsits:

Les simulacions seleccionades donen suport ambrepresentacions visuals del model d'ona sonora i delsmecanismes de propagació del so a través dediferents medis. Sʼha considerat especialmentimportant el fet de seleccionar simulacions adequadesque hagin estat dissenyades basant-se en resultatsde recerca. Per exemple, la simulació anomenadaSimulaSON(http://icar.univ-lyon2.fr/membres/jvince/simulaSON/telecharge.html)va ser desenvolupada per investigadors de laUniversitat de Lió, i va ser analitzada com a recurs útilper ensenyar sobre la naturalesa i la propagació del soa estudiants de secundària.

La tecnologia MBL sʼha considerat també una einaadequada per aquesta seqüència ja que facilita lapresa de dades en temps real, permetent dedicar méstemps a lʼanàlisi de gràfiques del nivell d'intensitatsonora. Lʼequipament escollit ens permet mesurarlʼatenuació del so que podem aconseguir utilitzantdiferents materials. Es pretén que els estudiantssʼimpliquin en tasques dʼindagació on analitzin elcomportament acústic de diferents materials (ambpropietats conegudes) davant de diferents sons(d'intensitats diferents). No obstant, és possible queen alguns casos el sonòmetre s'utilitzi amb elsmateixos fins sense necessitat dʼestar connectat al'ordinador.

En totes les activitats que utilitzen TICs, els estudiantshaurien de ser els actors principals durant les activitatsdʼindagació i tenir un paper molt actiu.

21

7. DIFICULTATS MÉS COMUNESDELS ESTUDIANTS ENTORNALS FENÒMENS SONORS

Identificar les concepcions prèvies que dificulten alsestudiants desenvolupar una comprensió adequadadels fenòmens sonors mereix una atenció primordialen el camp de la didàctica de les ciències. Diversosestudis han analitzat les representacions iconcepcions prèvies més comunes sobre el so, abanso després dʼuna instrucció formal.

Linder (1992) va examinar algunes de les dificultatsper entendre el so que tenien els llicenciats en físicaque participaven en un curs de formació deprofessors. Aquest estudi va revelar que algunes deles concepcions sobre el so que sostenien elsalumnes eren:- El so és una entitat que és transportada per

molècules individuals, que es mouen al llarg dʼunmedi.

- El so és una entitat que és transferida dʼunamolècula a una altra a través dʼun medi.

- El so és una substància limitada que viatja amb uncert ímpetu, i normalment es representa en formadʼun corrent dʼaire.

- El so és una substància en forma dʼun patró queviatja.

- El so està relacionat amb el concepte dʼona com apart dʼun sistema de modelització de físicamatemàtica (i en aquest context, no és distingit dela llum ja que les equacions dʼona són idèntiques).

Un estudi posterior del mateix autor (1993) va analitzarles explicacions dels mateixos estudiants amblʼobjectiu de categoritzar les diferents maneres quetenien de parlar i de pensar sobre el tema del so.Linder va destacar tres conceptualitzacions diferentsdels factors que afecten a la velocitat de propagaciódel so:- En la primera dʼelles, les molècules eren

presentades com una obstrucció a la propagaciódel so a través del medi.

- En la segona, la distància entre molècules, odistància que una molècula havia de viatjar abansdʼinteraccionar amb una molècula veïna, reflectia elpaper de la densitat com a factor que afecta lavelocitat de propagació del so.

- En la tercera, sʼidentificaven correctament els

factors que afecten a la velocitat del so (elasticitati densitat). No obstant, els estudiants van donar-los un sentit no físic en termes de lacompressibilitat, que va ser conceptualitzada coma sinònim del concepte físic dʼelasticitat i queguardava una relació de proporcionalitat inversaamb la densitat.

Un estudi portat a terme per Saura i De Pro (1999) vaidentificar les idees tant conceptuals comprocedimentals sobre el so dels estudiants dʼun cursde formació professional. Aquests autors vanassenyalar que els estudiants sostenen una concepcióesbiaixada de les ones i requereixen clarificar lesseves magnituds característiques (freqüència,amplitud i longitud dʼona). A més, els autors vanapreciar un gran desconeixement per part delsestudiants sobre el buit i la composició de la matèria,i concepcions errònies sobre lʼenergia, les qualspodien condicionar el seu aprenentatge dʼaltresconceptes relacionats. Finalment, van observar queels alumnes utilitzaven un model corpuscular en elsseus raonaments sobre el so.

Hrepic et al. (2002) van investigar els models mentalsdels estudiants sobre la propagació del so en classesdʼintroducció a la física a la universitat. A més delmodel dʼones científicament acceptat, es va identificarun model alternatiu dominant que van anomenarmodel “entitat”. En aquest model el so és consideratuna entitat diferent del medi, que es propaga a travésdʼell i té les següents propietats: - El so és independent i no necessita medi per

propagar-se.

- El so és material, una substància.

- El so passa a través dʼespais buits entre lespartícules del medi (filtrant-se).

- El so es propaga en forma de partícules, que sóndiferents de les partícules del medi.

Aquests autors van arribar a la conclusió de que lesrespostes dels estudiants depenien tant dels seusmodels mentals com del context de la pregunta a laqual responien.

Mazens i Lautrey (2003) van estudiar el grau decoherència de lʼorganització del coneixement i lanaturalesa del canvi conceptual sobre el concepte delso en nens de diferents nivells de Primària. Es vaintentar determinar si els nens aplicaven propietats

22

dʼobjecte al so o si consideraven el so com un procésvibratori. També van estudiar si els nens atribuïen al sodeterminades propietats dʼobjectes físics, com lasubstancialitat, el pes i la permanència. Els nens méspetits consideraven el so com un objecte en majorproporció que els nens més grans. Els nens atribuïenal so la propietat de la substancialitat mésfreqüentment que el pes o la permanència. Basant-seen les dades de substancialitat, els autors vanidentificar quatre models mentals:- El so no pot passar a través dʼaltres objectes a

menys que aquests tinguin forats.- El so pot passar a través de sòlids si és més

dur/fort que aquests.- El so és immaterial.- El so és un procés vibratori.

Aquests autors conclouen que el canvi conceptual delconeixement sobre el so no succeeix a través dʼunatransferència sobtada del concepte dʼuna categoriaontològica de matèria a una categoria ontològica deprocés, sinó que més aviat és un procés lent i gradualde revisió de creences.

Wittmann et al. (2003) van descriure el raonamentdʼuns estudiants de física a la universitat en termes deconjunts de recursos o eines de pensament que ensajuden a caracteritzar els objectes i esdeveniments.Els autors van concloure que els estudiants sovintutilitzaven conjunts de recursos diferents dels queserien desitjats. El problema es trobava en que moltsdʼells sʼaproximaven a la física dʼones utilitzant unraonament problemàtic i poc productiu, ja que escentraven en les propietats de les ones com si fossinobjectes en comptes de relacionar-les ambesdeveniments. Per aquest motiu, la majoriadʼestudiants tenien grans dificultats en distingir entre lapropagació de lʼona sonora i el moviment del medi através del qual viatja.

Eshach i Schwartz (2006) van portar a terme unarecerca utilitzant “lʼesquema de substància” de Reineret al. (2000, citat per Eshach & Schwartz 2006) per talrevelar noves percepcions sobre les dificultats delsestudiants per comprendre el concepte del so.Lʼesquema de substància recull totes aquellespropietats que són comunes a les substànciesmaterials i descriu les propietats que una personapodria aplicar a un nou concepte. Aquest estudi teniacom a objectiu identificar les concepcions prèviessobre el so dels estudiants de secundària i examinar

si eren consistents o no amb lʼesquema de substància.Consistentment amb lʼesquema de substància, elsparticipants van assignar al so la capacitat dʼempènyero de ser empès, la propietat dʼarrossegar quan es mouen contacte amb alguna superfície, la possibilitatdʼestar contingut dins dʼalguna lloc o la capacitat demoure coses o ser mogut. No obstant, lesconcepcions dels estudiants sobre el so no semblavenajustar-se a lʼesquema de Reiner et al. en tots elsaspectes. Tot i que els estudiants reconeixien lainteracció del so amb altres materials, la majoria delsestudiants creia que, en aquesta interacció, el somantenia la seva “identitat”, és a dir, el so eraconsiderat com un material separat de la substànciaamb la qual interaccionava. A més, el terme “onessonores” molt sovint sʼinterpretava literalment, mésque conceptualment, com si el terme ona indiquésla forma del “camí de la veu”.

Els resultats dʼaquest estudi també indiquen que laconceptualització dels estudiants sobre el so mancade consistència interna. Els autors conclouen que elsestudiants tendeixen a centrar-se en un fenomenespecífic i busquen una explicació que podria serraonable i convincent per explicar aquell problemaespecífic però no es solen preocupar de si les sevesexplicacions són coherents en altres contextos.

En resum, aquestes recerques han mostrat que elconeixement inicial que els estudiants de qualsevolnivell educatiu porten a la classe de ciències tendeixa ser materialista o “basat en substàncies”, degut aque reflecteix la comprensió dels estudiants novellssobre el comportament dels objectes materials i altrestipus de substàncies que han conegut al llarg de laseva vida. Això implica que els estudiants tendeixen aatribuir propietats o comportaments de substànciesmaterials fins i tot a conceptes físics abstractes.

8. AVALUACIÓ DELʼAPRENENTATGE DELSESTUDIANTS

Considerem lʼavaluació com a part integradora delcicle dʼensenyament i aprenentatge ja queproporciona informació tant pels professors com pelsestudiants sobre els progressos de lʼensenyament iaprenentatge. És plenament reconegut que lanaturalesa de lʼavaluació afecta significativament laciència que sʼensenya i, per tant, la ciència que

23

sʼaprèn. De fet, quan parlem dʼavaluació ens estemreferint alhora dels processos formatiu i sumatiu,assumint que tenen diferents propòsits i resultats.

a) Lʼavaluació formativa serveix com a eina dediagnosi per proporcionar feedback als estudiantsque els ajudi a progressar en el seu aprenentatge.Pot tenir lloc en qualsevol moment del procésdʼaprenentatge i els professors la poden utilitzarper planificar experiències dʼaprenentatgeespecífiques i per identificar les necessitats delsestudiants. Black i Wiliam (1998a) emfatitzen larellevància dʼaquesta avaluació i també delʼautoavaluació dels estudiants ja que permetenevidenciar el progrés dels estudiants. Remarquenque “els estudiants sʼhaurien de familiaritzar ambla pràctica de lʼautoavaluació, de manera quepuguin entendre els propòsits principals del seuaprenentatge i així identifiquin el què necessitenaconseguir”. Un cop sʼhan assumit els objectiusque el professor ha decidit, els estudiants podenaprendre a autoregular-se, la qual cosa esconsidera una eina important per a millorarresultats dʼaprenentatge. A més, una activitatdʼavaluació contínua pot promoure una anàlisimés profunda dels objectius de la seqüència i deles adaptacions o revisions necessàries.

b) Lʼavaluació sumativa típicament té lloc al finaldʼuna activitat dʼaprenentatge per determinar elseu impacte en lʼaprenentatge dels estudiants.Els resultats dʼaquesta avaluació han de poder-se resumir i comparar amb altres evidències demanera que es puguin jutjar objectivament.

InstrumentsEs van adoptar una varietat d'estratègies idʼinstruments per avaluar l'aprenentatge delsestudiants.

Per a lʼavaluació sumativa dels estudiants com aresultat de la implementació de la seqüència“Propietats Acústiques de Materials” es vandesenvolupar alguns instruments:• Primer, vam desenvolupar una llista de resultats

dʼaprenentatge esperats, que es formulaven per talque poguessin ser avaluables. Els resultatsdʼaprenentatge esperats es van formular amb unverb d'acció dins dʼuna frase que expressacapacitat per realitzar lʼacció. Per exemple, “Elsestudiants haurien de ser capaços d'analitzar...” o“Els estudiants haurien de ser capaços de

comparar...”. Aquests objectius terminals faranpossible que els professors jutgin els resultatsdʼaprenentatge assolits pels estudiants, i informinals estudiants del seu progrés i també puguin serutilitzats pels estudiants per controlar el seu propiaprenentatge.

• També es van desenvolupar mètodes o criteris perdeterminar fins a quin punt els estudiants havienassolit un determinat objectiu d'aprenentatge.Aquests mètodes ens van permetre recollirinformació sobre: coneixement i comprensió delsconceptes científics, habilitats procedimentals ihabilitats de raonament.

En tots els casos, suposem que un concepte científicsʼha après quan es pot transferir de manera apropiadaa diferents contextos.

Els dossiers dels estudiants i les observacions declasse han estat els instruments seleccionatsfonamentalment per a lʼavaluació formativa. Elsdossiers proporcionen als estudiants un ampli rangdʼactivitats (per expressar les idees prèvies en unapregunta dʼopció múltiple, oberta o de veritable/fals,demanant als estudiants que justifiquessin les sevesseleccions o respostes). Aquestes activitats tambépermeten als professors explorar les concepcionsprèvies dels estudiants o les seves reflexions al finaldʼun determinat capítol. La seqüència també inclouactivitats per a l'autoavaluació o avaluació entreiguals.

Les observacions també requereixen de bonesdirectrius i criteris clars per tal de permetre alsprofessors fer judicis sobre les discussions i lesexplicacions dels estudiants, i proporcionar unaresposta apropiada. Les discussions obertes amb laclasse sencera no seran qüestió de la nostraavaluació tot i que els professors probablement lesutilitzaran per analitzar el progrés dels seusestudiants.

La motivació dels estudiants també es va mesuraramb qüestionaris abans i després de la implementacióde la seqüència. A més, es va seleccionar una mostrarepresentativa d'estudiants per fer-los entrevistessemiestructurades al final de la seqüència.

B: DESCRIPCIÓ IANÀLISI DE LESACTIVITATS DELSESTUDIANTS

26

B: DESCRIPCIÓ I ANÀLISI DE LES ACTIVITATSDELS ESTUDIANTS

El mòdul “Propietats Acústiques dels Materials” s'haestructurat en tres parts principals, cadascuna ambles seves pròpies preguntes guia:

Unitat 1. Interacció so - material (5 h)• Problemes acústics d'una discoteca: Què li passa

al so dins i fora d'un bar musical? (Capítol 1.1)• Com és que el so arriba a qualsevol racó de la

pista de ball? (Capítol 1.2)• Com podem aconseguir evitar sentir massa so a

fora de la discoteca? (Capítol 1.3)

Unitat 2. Propietats i estructura interna de reflectors iabsorbents acústics (5 h)• Quines característiques té un bon reflector acústic?

I un bon absorbent acústic? (Capítol 2.1)• Com podem explicar que les propietats d'un

material afectin el seu comportament acústic?(Capítol 2.2)

Unitat 3. Condicionament acústic i insonorització (2 h)• Comparem materials. Quin podríem utilitzar per

insonoritzar? (Capítol 3.1)

Gestió dʼaula aconsellableLa seqüència sencera està centrada en el paperactiu dels estudiants i està planificada per promoureque els estudiants treballin en grup, excepte en el casdʼaquelles activitats que requereixen una reflexióindividual sobre el propi aprenentatge o les quesuggereixen una posada en comú amb tota la classe.El rol del professor consisteix en guiar als estudiants,explicitant els propòsits de cada tasca o reformulant iadaptant preguntes clau per ajudar-los a trobar el seupropi camí d'aprenentatge. Aquest paper delprofessor com a facilitador és necessari perpromoure un desenvolupament gradual delʼautonomia dels estudiants quan es qüestionen,pensen, planifiquen, reflexionen, interaccionen, parleni gradualment desenvolupen marcs conceptuals através de la participació activa en tasques, amb osense un component experimental.

Els objectius d'aprenentatge i la seqüència conceptualper a cada bloc es descriuen detalladament acontinuació. També es mostra la seqüència d'activitatsd'ensenyament i aprenentatge dissenyada perpromoure aquests resultats d'aprenentatge esperats.

0. INTRODUCCIÓ A LʼACÚSTICA

La seqüència s'introdueix a partir del capítol 0, queintrodueix el problema de la contaminació acústica iremarca el paper de la ciència i de la tecnologia enresoldre aquesta classe de problemàtica. Aquestcapítol també pretén conscienciar als estudiants de laimportància d'utilitzar un llenguatge científic acuratque ens permeti comunicar-nos de manera eficaç. Peraquesta raó, aquest capítol revisa la terminologiaassociada al so i resumeix els conceptes bàsicsrelacionats amb la naturalesa i la propagació del soque es requereixen com a requisits previs de laseqüència.

Discussió dels experiments i exercicisA lʼinici d'aquest capítol, seria aconsellable que elsprofessors animessin als estudiants per a quècomencessin a discutir per què el tema de les“Propietats acústiques dels materials” genera interèsd'estudi i per despertar el seu propi interès i sensaciód'utilitat del contingut tractat al llarg del mòdul.

0.1. Els estudiants haurien de treballar en parelles idesprés podrien posar en comú els seus resultats ambla resta de la classe. El propòsit principal d'aquestaactivitat és fer que els alumnes se nʼadonin de ladificultat de descriure sons dʼuna manera acurada quepermeti a altres persones reproduir exactament elssons descrits. En conseqüència, l'activitat preténconscienciar als estudiants de la necessitat dedisposar dʼun llenguatge més acurat, que permetidescriure els sons en termes de certes magnituds.0.2. En aquest exercici, els estudiants han d'explorarles relacions entre el llenguatge científic i el quotidiàque té a veure amb lʼAcústica.

Després d'aquests dos exercicis, hi ha un text queresumeix i emfatitza els conceptes clau que sónnecessaris com a prerequisits de la seqüència. Serianecessari que els estudiants revisessin aquestsconceptes bàsics relacionats amb el so ja que lesidees relacionades amb la naturalesa i amb lapropagació del so són tractades al llarg de tota laseqüència. No obstant, si no s'ha ensenyat prèviamentals estudiants sobre què és el so i aquesta seqüènciarepresenta la seva primera aproximació al tema delso, aquest text hauria d'anar acompanyat dʼalgunes

27

activitats extres o recursos per analitzar cadascun delsconceptes bàsics de què es parla a aquest primercapítol. Per exemple, hi ha algunes simulacionsinteractives (http://icar.univ-lyon2.fr/membres/jvince/simula-SON.zip,http://phet.colorado.edu/new/simulations/sims.php?sim=Sound) que podrien ser molt útils per a aquestpropòsit. Altres recursos físics i experiments que sʼu-tilitzen sovint i que resulten significatius per afavorirlʼaprenentatge dels estudiants sobre el so són: - Una molla (o slinky) per parlar sobre la propagació

de les ones.

- Un experiment que consisteix en col·locar una fontsonora dins d'un recipient tancat on es puguiaconseguir fer el buit de manera que els estudiantspuguin analitzar la relació entre la propagació delso i la presència d'un medi.

- És també útil portar a la classe diapasons ambdiferents freqüències per analitzar la relació entrela freqüència (i la longitud d'ona) i “la rapidesa dela vibració”.

- Els professors també podrien portar a classe elssonòmetres per tal que els estudiants s'acostumina utilitzar instruments per mesurar certesmagnituds relacionades amb el so (nivelld'intensitat sonora en aquest cas).

EquipamentNo es requereix cap equipament o recurs especial.Dependrà de les necessitats de cada grup de classe.

UNITAT 1: INTERACCIÓ ONASONORA – MATERIAL

Seqüència de contingutsFenòmens relacionats amb la interacció entre onessonores i materials que afecten a la propagació delso: reflexió, reflexió difusa, reverberació.

Fenòmens relacionats amb la interacció entre onessonores i materials que afecten a lʼatenuació del so:reflexió, absorció, atenuació.

Model dʼatenuació del so en termes de la distribuciód'energia associada al so: energia del so incident,energia del so reflectit, energia del so transmès,energia absorbida.

Principi de conservació de l'energia aplicat al fenomende l'atenuació del so.

Materials atenuadors del so depenent del seucomportament acústic: reflectors acústics, absorbentsacústics, aïllants acústics.

Resultats dʼaprenentatge esperatsAl final del bloc 1, els estudiants haurien de sercapaços de...1. Reconèixer la importància d'utilitzar un vocabulari

científic apropiat per descriure sons.

2. Utilitzar terminologia científica per parlar de sonsi fenòmens sonors.

3. Relacionar les pròpies experiències relacionadesamb el so i la contaminació acústica amb elconeixement científic.

4. Llegir i interpretar imatges relacionades amb lareflexió del so.

5. Explicar certes situacions en termes del fenomende la reflexió del so.

6. Dibuixar la direcció de l'ona sonora reflectida,coneixent l'angle dʼincidència de lʼona sonora iutilitzant la llei dels angles.

7. Explicar certes situacions en termes de lareverberació del so.

8. Interpretar la reflexió del so en superfíciesirregulars en termes de la reflexió difusa.

9. Distingir clarament entre el fenomen de lareverberació i lʼeco.

28

10. Interpretar lʼatenuació del so en materials entermes de la distribució d'energia.

11. Aplicar el principi de conservació de lʼenergia enexpressar que l'energia d'un so incident en unespai tancat es distribueix entre l'energia del soreflectit, l'energia del so transmès i l'energiaabsorbida dins d'un material.

12. Expressar i aplicar en diferents contextos eldiagrama que descriu que un so incident en unmaterial és en part reflectit, en part absorbit i enpart transmès a través d'un material.

13. Relacionar el nivell d'intensitat sonora mesuratamb la quantitat d'energia associada a l'onasonora.

14. Associar la disminució de nivell d'intensitat sonoraa través d'una paret o qualsevol altre obstacleamb lʼatenuació del so.

15. Distingir el significat d'absorbent acústic delsignificat de reflector acústic segons el seucomportament acústic.

16. Dissenyar i conduir un experiment per mesurarl'atenuació de so provocada per un material.

17. Relacionar el nivell d'intensitat sonora mesurat enun cert punt de l'espai amb la distància desd'aquell punt a la font sonora.

18. Controlar les variables d'un experiment.

19. Mesurar el nivell d'intensitat sonora utilitzant unsonòmetre.

20. Relacionar el nivell d'intensitat del so que espercep amb els valors respectius observats en ungràfic de nivell d'intensitat sonora en funció deltemps.

21. Predir l'evolució d'un fenomen i comparar lapredicció amb el resultat obtingut i amb el modelconceptual.

22. Interpretar el significat dels gràfics del nivelld'intensitat sonora en funció del temps.

23. Calcular el nivell d'intensitat sonora atenuat comla resta entre el so incident i el so transmès através d'un material.

1.1. ELS PROBLEMES ACÚSTICS DʼUN BARMUSICALAquest capítol representa una introducció al contextde la seqüència, que tracta els problemes dʼun barmusical que no està ben insonoritzat.

Discussió dels experiments i exercicisÉs important que els alumnes tinguin temps suficientper llegir i parlar dels problemes relacionats amb elcontext de la discoteca ja que aquest és lʼescenari enel qual es plantejaran la majoria de problemes ipreguntes al llarg de tota la seqüència.

1.1.1. Aquesta activitat proposa l'observació d'unadiscoteca (per mitjà de fotografies) per animarals alumnes a parlar-ne i a identificar lesnecessitats acústiques de cada àrea d'unacerta discoteca.

1.1.2. Aquesta activitat es pot utilitzar com unaavaluació prèvia ja que les preguntes hanestat dissenyades per explorar les ideesprèvies dels estudiants sobre algunsfenòmens sonors (reflexió, difracció iatenuació) a través de preguntescontextualitzades en lʼescenari del barmusical.

EquipamentNo es requereix cap equipament o recurs especial. Noobstant, a lʼactivitat 1.1.1 es podrien projectar lesimatges de la discoteca a una pantalla per tal defacilitar lʼobservació de les diferents àrees de ladiscoteca ja que les imatges que apareixen alsdossiers dels alumnes no són massa clares.

1.2. COM ÉS QUE EL SO ARRIBA A TOTS ELSRACONS DE LA PISTA DE BALL? Aquest capítol està dirigit a lʼestudi de la reflexió del soi dʼaltres fenòmens associats (com la reverberació i lareflexió difusa) i de diferents aplicacions tecnològiques(com els sistemes de so envolupant).

Discussió dels experiments i exercicis1.2.1. Aquesta activitat té el propòsit de promoure

l'exploració d'idees prèvies sobre la reflexiódel so. Se'ls pregunta als estudiants les sevesidees sobre la reflexió del so en superfíciesllises o irregulars, i sobre la direcció depropagació de les ones sonores reflectides.

1.2.2. En aquesta activitat, els estudiants han decomparar la reflexió del so amb altresfenòmens on la reflexió intervé (com en el casde la llum o els rebots mecànics després dʼunacol·lisió). El propòsit és el dʼanalitzar elsaspectes comuns entre aquestes situacionsquant a la direcció de propagació de les oneso objectes reflectits.

29

1.2.3. En aquesta activitat es proporciona una sèriede dades experimentals sobre la reflexió delso en diferents direccions i sʼespera que elsalumnes arribin a una conclusió sobre la lleidels angles quan el so es reflecteix en unasuperfície.

1.2.4. Es demana als alumnes que resumeixin lesseves conclusions sobre la reflexió del so: quèés la reflexió i quin angle formen les onessonores reflectides amb la superfície enrelació amb les ones sonores incidents.

1.2.5. Es demana als alumnes que apliquin el seuconeixement sobre la reflexió del so i lesdireccions de propagació del so reflectit enuna situació pràctica: l'ús de difusors acústicsen diferents espais destinats a diferents usos.

1.2.6. Aquesta activitat serveix per explorar les ideesprèvies dels estudiants sobre la reverberaciódel so.

1.2.7. Es proporcionen dues gràfiques que mostrenel temps de reverberació en una sala abans idesprés de ser condicionada acústicament.Els alumnes han d'interpretar el significatd'aquestes gràfiques en termes dels efectes(més o menys duració de sons) que un oientpercebria a causa de la reverberació a la sala.

1.2.8. En aquesta activitat es proporcionen algunesdades del temps de reverberació en un teatrei han d'interpretar aquestes dades per taldʼarribar a una conclusió fonamentada.

Una de les tasques més importants dels professorsconsisteix en promoure que els estudiants contrastinles explicacions que elaboren amb el punt de vistacientífic. Per això, és aconsellable que els professorsanimin als seus alumnes a reflexionar i discutir quèens diu la ciència sobre el fenomen de la reflexió (enaquest cas) en relació a les seves idees prèvies.

Dʼaltra banda, els alumnes haurien d'adonar-se deque les prediccions no necessiten ser corregides peròsí requereixen ser discutides i justificades. Elsprofessors haurien de reforçar aquesta visió com unamanera de promoure que els alumnes reflexionen méssobre les seves pròpies explicacions parlant amb elscompanys i establint debats.

EquipamentNo es requereix cap equipament o recurs especial. Noobstant, a lʼactivitat 1.2.5 es podrien projectar les

imatges a una pantalla per tal de facilitar lʼobservacióde les mateixes per part dels alumnes.

Alguns professors han considerat útil utilitzar unacubeta dʼones per generar ones i permetre alsalumnes experimentar la reflexió de les ones enlʼaigua quan aquestes arriben a un obstacle. Tambées pot utilitzar amb el mateix propòsit a simulaciódissenyada en el marc del projecte PhET(http://phet.colorado.edu/new/simulations/sims.php?sim=Sound).

1.3. COM PODEM ACONSEGUIR NO SENTIRTANT EL SO A LʼEXTERIOR DEL BAR MUSICAL?Aquest capítol està enfocat a lʼestudi de l'atenuaciódel so a través d'un objecte material en termes del'energia associada al so. Un cop sʼhagi analitzat elfenomen de lʼatenuació del so, sʼintrodueix ladiferència entre aïllants acústics, absorbents ireflectors en termes del seu comportament acústic.

Discussió dels experiments i exercicis1.3.1. Es formulen algunes preguntes per explorar

les idees prèvies dels estudiants sobrelʼatenuació del so.

1.3.2. Aquesta activitat és la primera en la que elsestudiants han d'utilitzar un sistema decaptació de dades i un sonòmetre per mesurarles variacions del nivell d'intensitat sonora. Ésconvenient que els estudiants tractindʼentendre i es familiaritzin amb elsinstruments, connexions i muntatgeexperimental ja que hauran dʼutilitzarlʼinstrument en altres activitats experimentalsal llarg de la seqüència. Per tal que elsalumnes siguin capaços dʼinterpretar i predirels gràfics (del nivell d'intensitat de so enfunció del temps) és important ajudar-los aidentificar els aspectes més destacables dʼungràfic com el que sʼespera obtenir en aquestexperiment (diferències en el nivell d'intensitatsonora de diversos sons) i a evitar analitzarels aspectes irrellevants (forma del gràfic).

1.3.3. Aquest experiment consisteix en l'anàlisi de larelació empírica entre el nivell d'intensitatsonora i la distància entre la font sonora i elsonòmetre. El gràfic que mostra la relacióentre el nivell d'intensitat sonora i la distànciades de la font sonora es pot obtenir allunyant-se des de la font fins a una certa distància (2maproximadament). Més enllà, el nivell

30

d'intensitat sonora roman gairebé constantdins d'un espai tancat. La velocitat deseparació del sonòmetre des de la font potafectar bastant la forma del gràfic obtingut. Esrecomana allunyar-se de la font sonora ambel sonòmetre a la mà a un ritme constant.

1.3.4. Els estudiants han dʼaplicar les seves idees sobrelʼatenuació per calcular lʼatenuació del so a partirdʼunes dades que es proporcionen. Si elsestudiants tenen una concepció apropiada sobrel'atenuació, calcularan lʼatenuació del so com laresta entre el so incident i el so transmès a travésd'un material.

1.3.5. Els estudiants han d'explicar els fenòmensque associen a lʼatenuació del so.

1.3.6. A partir dʼuna representació visual delcomportament acústic de dos materialsdiferents en termes de com distribueixenl'energia associada al so quan aquest arribaals materials, els estudiants han dʼinterpretarquin material es comporta com a reflectoracústic i quin com a absorbent acústic.

1.3.7. Es demana als alumnes que dissenyin unexperiment per determinar si un materialatenua el so molt o poc. És aconsellable queels estudiants discuteixin els seus dissenysexperimentals amb el seu professor i posin encomú a la classe les seves propostes perquèsovint, els estudiants es posen dʼacordràpidament dins del propi grup de companyssobre quin experiment realitzaran però sensehaver justificat els seus motius. Per això, enalguns casos es necessiten algunespreguntes clau que els facin reflexionar. Hi haalgunes qüestions relacionades amb elsexperiments que s'haurien de discutir abansde realitzar-los. Per exemple:

- Els professors haurien de remarcar laimportància de mantenir constants algunesvariables (com la distància entre la fontsonora i el sonòmetre).

- La font sonora que es triï per a lʼexperimenthauria de produir un nivell d'intensitat sonoraconstant.

1.3.8. Els estudiants han de fer l'experimentdissenyat. En les implementacions prèvies dela seqüència, alguns estudiants van decidirmesurar lʼatenuació del so tancant una portaque separava l'aula del passadís i comparantel nivell dʼintensitat sonora amb la porta

tancada respecte de quan la porta era oberta.Altres alumnes van decidir utilitzar una caixa oun recipient tancat com a model petit dʼunasala i mesurar el nivell d'intensitat sonora quanla caixa era oberta i tancada.

1.3.9. L'últim exercici d'aquest bloc A consisteix en unaactivitat dʼautoavaluació seguida dʼunaavaluació entre companys. Els estudiants hande respondre una pregunta general formuladaper a que puguin reflexionar i intentinrelacionar tots els conceptes estudiats al llargd'aquesta primera part de la seqüència. Amés, els estudiants hauran de contribuir aajudar als seus company de classe amb lesseves respostes. Seria molt beneficiós per alsestudiants que els professors tambérevisessin les respostes elaborades pelsestudiants per tal dʼassessorar-los sobre lesseves concepcions durant el procésdʼaprenentatge i intentar enriquir les sevesconnexions conceptuals.

EquipamentSegons la proposta dels dissenyadors, les activitats1.3.2 i 1.3.3 requereixen dʼun sonòmetre connectat aun ordinador on sʼhagi instal·lat prèviament unprogramari adequat per recollir i analitzar dades. En elcontext de disseny, es va utilitzar la tecnologia MBL(interfície + sensor). En aquestes activitats, es vadecidir utilitzar el sensor (sonòmetre) connectat a unordinador per tal de facilitar la visualització d'un gràficque il·lustrés totes les variacions del nivell d'intensitatsonora corresponents als sons percebuts. Per contra,el sonòmetre per sí mateix només mostra els valorspuntuals del nivell d'intensitat sonora a cada instantde temps però no emmagatzema dades.

A l'activitat 1.3.8, també es necessita un sonòmetreper mesurar el nivell d'intensitat sonora però aquestavegada el sensor es podria utilitzar sense estarconnectat a l'ordinador perquè els estudiantsnecessiten seleccionar un únic valor. A més, depenentde l'experiment que hagin dissenyat, el fet quel'instrument no estigui connectat per cables al'ordinador dóna més llibertat als alumnes per moureʼsper la classe o per altres recintes per realitzar el seuexperiment. A aquesta activitat, els estudiants tambénecessitarien una font sonora que emeti un so denivell d'intensitat constant (telèfon mòbil quereprodueixi un so llarg i constant o un brunzidor).

31

UNITAT 2: PROPIETATS IESTRUCTURA INTERNA DELSREFLECTORS I DELSABSORBENTS ACÚSTICS

Seqüència de contingutsModel dʼabsorbent acústic en termes de les sevespropietats físiques (poc rígid, poc dens, porós).

Model de reflector acústic en termes de les sevespropietats físiques (rígid, dens, no porós).

Model dʼabsorbent i de reflector acústic en termes dela seva estructura interna.

Model per explicar els mecanismes dʼatenuació del so(per reflexió i per absorció) dels absorbents i reflectorsacústics en termes de les seves propietats físiques(rigidesa, densitat i porositat) i la seva estructurainterna.

Resultats dʼaprenentatge esperatsAl final del bloc 2, els estudiants haurien de sercapaços de...24. Preparar un muntatge experimental per mesurar

i recollir dades del nivell d'intensitat sonora.

25. Comparar valors numèrics obtinguts empíricamenta partir dels quals treure conclusions.

26. Distingir el significat dʼabsorbent acústic delsignificat de reflector acústic en funció del nivelld'intensitat sonora que es mesura dins d'unacaixa recoberta dʼaquests materials.

27. Comparar les seves concepcions prèvies entorna les propietats acústiques dels materials ambmodels conceptuals més elaborats i distingir lesdiferències.

28. Dissenyar un experiment per determinar si unmaterial és un reflector o un absorbent acústic,controlant les variables dependents.

29. Utilitzar les propietats d'un material per predir sies comportarà com un material absorbent oreflector acústic.

30. Explicar el fet que un material sigui reflector oabsorbent acústic amb la combinació de certespropietats: valor numèric de la seva densitat, graude rigidesa percebut a través de la manipulaciódirecta, porositat observada amb una lupa binocular.

31. Utilitzar un model conceptual de microestructuraper representar un material dens.

32. Utilitzar un model conceptual que permetirelacionar la densitat d'un material amb el seucomportament acústic.

33. Utilitzar un model conceptual de microestructuraper representar un material rígid.

34. Utilitzar un model conceptual que permetirelacionar la rigidesa d'un material amb el seucomportament acústic.

35. Representar un material porós en termes de laseva estructura interna.

36. Utilitzar un model conceptual que permetirelacionar la porositat d'un material amb el seucomportament acústic.

37. Utilitzar un model conceptual per interpretarmecanismes d'atenuació del so en materials entermes de transferències d'energia o dissipaciód'energia.

2.1. QUINES CARACTERÍSTIQUES HA DE TENIRUN MATERIAL PER SER UN REFLECTORACÚSTIC? I UN ABSORBENT ACÚSTIC?Aquest capítol consisteix en una seqüència d'activitatsdʼindagació guiada per promoure l'elaboració d'unmodel de material reflector acústic i dʼamortidoracústic en termes de les seves propietats físiques.

Discussió dels experiments i exercicis2.1.1. Aquest exercici és una pregunta oberta per

explorar les idees prèvies dels estudiantssobre les característiques o propietatsfísiques que assignen als materials queatenuen el so.

2.1.2. Aquesta activitat també és una preguntaexploratòria sobre les propietats que elsestudiants associen als materials queatenuen el so. No obstant, en aquestaactivitat els estudiants han de justificar perquè assignen certes característiques alsmaterials reflectors i absorbents acústics. Elpropòsit principal d'aquesta activitat ésformular un model preliminar dʼabsorbentacústic i de reflector acústic en termes de lesseves propietats físiques que els permetipredir i que pugui ser provat desprésexperimentalment.

2.1.3. Es demana als alumnes que prediguin elcomportament acústic de certs materialsdʼacord amb el model preliminar en termes deles seves propietats. Seria aconsellable que

32

els estudiants poguessin observar i manipularuna mostra de cada material abans de predirel seu comportament acústic.

2.1.4. Els estudiants han de dissenyar un experimentper comprovar si un material es comporta comun reflector acústic o com un absorbentacústic. Una pregunta clau per provocar queels estudiants pensin sobre el dissenyexperimental és: "Si recobrissis les parets dela discoteca (o les parets de la classe) ambplaques d'un determinat material reflectoracústic (o un material absorbent acústic), quèsentiria a dins?" (Respecte a quan les paretsno estaven folrades).

2.1.5. Els estudiants han de fer l'experimentdissenyat utilitzant caixes recobertes ambmaterials diferents. Per això, han de tenir encompte que necessiten un valor de referènciaamb el qual comparar les seves mesures delnivell d'intensitat sonora. El valor de referènciacorrespon a la mesura del nivell d'intensitatsonora dins d'una caixa de cartró sense haver-se folrat amb cap material. Es demana alsalumnes que, basant-se en els resultatsexperimentals, classifiquin els materialsprovats en dues categories: reflectors acústicsi absorbents acústics. Si el nivell d'intensitatsonora que els estudiants mesuren dins de lacaixa recoberta amb un cert materialaugmenta en relació amb el valor dereferència, significa que el material quecobreix la caixa és un reflector acústic. Percontra, si el nivell d'intensitat sonoradisminueix, significarà que el material que s'hautilitzat per cobrir la caixa és un absorbentacústic. Al final d'aquesta activitat, seriaaconsellable que el grup classe sencercompartís els seus resultats experimentals percomparar-los i arribar a una conclusió sobreel comportament acústic de cada material.

2.1.6. Una vegada que els estudiants han classificatels materials provats distingint entre reflectorsacústics i absorbents acústics, han d'identificarquines propietats són comunes a tots elsreflectors acústics utilitzats en l'experimentprevi i quines propietats són comunes a totsels absorbents acústics. Es demana alsalumnes que generalitzin les propietats delsabsorbents acústics i dels reflectors acústics.El propòsit principal és fer que els alumnes se

nʼadonin de que algunes propietats dematerials estan relacionades amb el seucomportament acústic mentre que altrespropietats no.

Després de la classificació de propietats, els alumneshan de distingir entre propietats que són específiquesde materials i propietats generals dʼobjectes. Aquestaseqüència tracta de les propietats acústiques delsmaterials però no aborda la influència de certespropietats d'objectes, com el gruix o la superfície dʼunmostra de material. Per evitar comunicar la idea de queaquests factors no afecten en el comportament acústicdels materials (perquè sí que ho fan), els professorshaurien de remarcar que les propietats d'objectestambé poden afectar el comportament acústic delsmateixos i aquesta influència també podria seranalitzada però no sʼaborda en aquesta seqüència.

Finalment, es demana als alumnes que, basant-se enles noves evidències, revisin el model preliminar querelaciona el comportament acústic dels materials ambles seves propietats físiques elaborat en l'activitat 4.2.

2.1.7. A aquesta activitat es proporcionen dadesempíriques sobre certes propietats delsmaterials anteriorment provats (com la mesurade la densitat dels materials provats) i tambées demana als estudiants que els observin imanipulin per obtenir dades acurades sobreles seves propietats físiques.

2.1.8. Finalment, els estudiants haurien d'arribar auna conclusió sobre les propietats físiquescomunes als absorbents acústics i alsreflectors acústics.

2.1.9. Aquest exercici té com a propòsit que elsalumnes apliquin el model conceptual refinatprevi que relaciona el comportament acústicdels materials amb les seves propietatsfísiques. Els alumnes han de predir com escomportaran diferents materials davant del sosegons les propietats físiques que els alumnesels assignen a partir dʼobservar unesfotografies d'aquests materials.

EquipamentA l'activitat 2.1.3, seria aconsellable proporcionar alsalumnes algunes mostres o peces dels materials pertal que els estudiants puguin observar i manipularaquests materials abans de predir el seucomportament acústic.

33

A l'activitat 2.1.5, s'utilitzen sis caixes de cartró. Cincd'ells sʼhan dʼhaver folrat per dins amb diferentsmaterials (paper d'alumini, feltre, poliuretà, conglomeratde fusta amb Formica i llana de vidre). Lʼaltra caixa nonecessita estar recoberta per cap material ja quesʼutilitza per mesurar el valor de referència amb quès'haurien de comparar la resta de mesures.

A l'activitat 2.1.7, els alumnes poden utilitzar les fitxestècniques de cada material (veure Annex 1) que elspermeti observar l'estructura interna de cadascun delsmaterials testats. Els alumnes han de tornar adescriure els materials i, per això, haurien de poderobservar i manipular de nou algunes mostres delsmaterials.

2.2. COM PODEM EXPLICAR QUE LESPROPIETATS DʼUN MATERIAL INFLUEIXIN EN ELSEU COMPORTAMENT ACÚSTIC?Aquest capítol va dirigit a l'elaboració d'un model del'estructura interna dels reflectors acústics i delsabsorbents acústics que permeti interpretar el seucomportament acústic segons les seves propietats.

Discussió dels experiments i exercicis2.2.1. Els alumnes han de reflexionar entorn dʼuna

sèrie de preguntes guia per tal que utilitzin elmodel de partícules de la matèria perconceptualitzar la densitat com a propietat dematerial a un nivell microscòpic. Sʼintrodueixuna analogia a la seqüència: es comparen lespartícules que formen els materials (oqualsevol medi) amb les boles de billar. Elsprofessors haurien de vetllar per a què elsalumnes entenguessin el potencial dʼaquestaanalogia.

2.2.2. En aquest exercici, els estudiants haurien detransferir el llenguatge i raonament utilitzatamb l'analogia prèvia i centrar-se ara en lespartícules per explicar com es potconceptualitzar la densitat dels materials anivell de la seva estructura interna i com es potexplicar que la densitat dels materials afecti elseu comportament acústic.

2.2.3. Els estudiants han d'utilitzar la mateixaanalogia (boles de billar) per interpretar comconceptualitzar la rigidesa com a propietatdels materials a nivell microscòpic.

2.2.4. En aquest exercici, els estudiants haurien detransferir el llenguatge i raonament utilitzat

amb l'analogia i centrar-se ara en lespartícules per explicar com es potconceptualitzar la rigidesa dels materials anivell de la seva estructura interna i com es potexplicar que la rigidesa dels materials afecti elseu comportament acústic.

Després d'aquestes quatre activitats, seria necessariparlar de les limitacions de l'analogia utilitzada (perex., és important aclarir que una major densitat potsignificar més pes atòmic en alguns casos i/o unempaquetament diferent dels àtoms, però també potimplicar diferents tipus dʼenllaços entre les partícules.El model utilitzat per explicar la densitat a nivellmicroscòpic és només útil per a materials homogenisperò no explica les diferències de densitat entrematerials amorfs. Quant al model que explica larigidesa, els estudiants haurien d'entendre que elslligams entre partícules no són físics, tal comrepresenten les molles).

2.2.5. Els estudiants han dʼinterpretar com afecta laporositat d'un material en el seucomportament acústic.

2.2.6. Els alumnes han de resumir les propietatsfísiques que normalment presenten elsreflectors acústics i han dʼaplicar el model querelaciona les propietats físiques i lʼestructurainterna dels materials per explicar coms'atenua el so quan arriba a un reflectoracústic.

2.2.7. Els alumnes han dʼinterpretar alguns resultatsexperimentals basant-se en el model querelaciona comportament acústic dels materialsamb la seva estructura interna.

EquipamentNo es requereix cap equipament o recurs especial.

34

UNITAT 3: CONDICIONAMENTACÚSTIC I INSONORITZACIÓ

Seqüència de contingutsAplicacions dels reflectors, absorbents i aïllantsacústics:• Condicionament acústic• Insonorització

Resultats dʼaprenentatge esperatsAl final del bloc 3, els estudiants haurien de sercapaços de...38. Aplicar el model conceptual que relaciona les

propietats físiques dels materials amb el seucomportament acústic per predir com escomportarien nous materials quant a lʼatenuaciódel so.

39. Descriure materials.

40. Dissenyar autònomament un experiment,utilitzant un sonòmetre, per tal de comprovarempíricament el comportament acústic d'unmaterial.

41. Distingir empíricament entre un absorbent acústici un reflector acústic.

42. Determinar empíricament quanta intensitatsonora atenua un cert material.

43. Justificar, utilitzant criteris acústics i no acústics,les pròpies decisions sobre quins materials serienapropiats per aconseguir les condicionsacústiques que requereix un cert espai.

44. Proposar solucions per resoldre un problemarelacionat amb la insonorització.

45. Resumir informació i establir conclusions querelacionin el comportament acústic d'algunsmaterials amb les seves propietats físiques.

3.1. COMPARANT MATERIALS. QUINSUTILITZARÍEM PER INSONORITZAR?Aquest capítol es va concebre com una seqüènciad'activitats dʼindagació oberta que és introduïda per lasegüent pregunta: quin material seria el millorabsorbent acústic per insonoritzar una bar musical?Aquesta seqüència d'activitats es proposa com unprojecte de grup en el qual els estudiants han de posaren pràctica el seu coneixement sobre propietatsacústiques dels materials i les seves habilitats perproposar solucions particulars per insonoritzar el barmusical (problema original).

Discussió dels experiments i exercicis3.1.1. Els alumnes han de descriure les propietats

de certs materials observant-los, manipulant-los i buscant més informació sobre ells aInternet.

3.1.2. Es proposa als alumnes que tinguin encompte diferents criteris que els permetindecidir quin material es comporta com el millorabsorbent acústic. En primer lloc, elsestudiants han de predir quins materials escomportarien com els millors absorbentsacústics utilitzant el model conceptual querelaciona propietats dels materials amb el seucomportament acústic.

3.1.3. Els estudiants han de dissenyar i fer unexperiment per determinar quin material és elmillor absorbent acústic. Per fer-ho, elsestudiants haurien de disposar de caixesfolrades amb diferents materials. S'espera queprenguin diferents tipus de mesures. Enprimer lloc, haurien de distingir quins materialsdels que disposen es comporten com aabsorbents acústics i quins es comporten coma reflectors acústics. Per això, haurien derealitzar el mateix experiment que van fer al'activitat 4.5. D'altra banda, els alumneshaurien de determinar quin material escomporta com el millor absorbent acústic i, pertant, haurien de mesurar quin material atenuamés el so. Per això, els estudiants haurien defer un segon experiment que consisteix enmesurar el nivell d'intensitat sonora a fora decada caixa. En aquest cas, el valor d'intensitatde referència per ser comparat amb la restade mesures correspondria al nivell d'intensitatsonora mesurat a fora de la caixa de cartrósense folrar amb plaques de cap material.

3.1.4. Els estudiants han d'arribar a un acord sobrequin absorbent acústic seria més útil peratenuar el so, basant-se en els resultats previsi en altres criteris que considerin rellevants perprendre una decisió.

3.1.5. A aquesta activitat, els alumnes han dʼescriureun informe que reculli tota la informació queels ha permès prendre una decisió sobre quinmaterial és el millor absorbent acústic per serutilitzat en la insonorització del bar musical.Seria molt productiu que els estudiantspoguessin presentar els seus informes degrup del projecte davant dels seus company

35

de classe, manifestant els seus punts de vista,justificant les seves propostes i intentantarribar a un acord amb la resta de companysde classe.

Aquesta seqüència d'activitats suposa una bonaoportunitat per avaluar el progrés dels estudiants enaplicar els nous coneixements (conceptuals iprocedimentals) en la resolució dʼun problema realista.És necessari que els estudiants puguin tenir prouautonomia per treballar i per discutir en grups, quanprediuen, dissenyen i realitzen l'experiment tractantdʼarribar a una conclusió.

EquipamentA l'activitat 3.1.1, els estudiants poden disposar de lesfitxes tècniques de cada material (veure Annex 1) perobservar lʼestructura interna de cadascun delsmaterials el comportament acústic dels quals haurande comprovar. Per la descripció dels materials, elsalumnes haurien de disposar dʼalgunes mostres delsmaterials per manipular-les i per observar-les.

A l'activitat 3.1.3, s'utilitzen nou caixes de cartró. Vuitd'elles estan folrades per dins amb diferents materialsi la caixa restant no necessita estar recoberta amb capmaterial ja que s'utilitza per mesurar els valors dereferència amb què comparar la resta de mesures.

C: TASQUESDʼAVALUACIÓ

38

C: TASQUES DʼAVALUACIÓ

Es proposa un ampli rang dʼestratègies i instrumentsper avaluar els resultats d'aprenentatge delsestudiants. Les tasques d'avaluació inclouen:- Certes activitats de la seqüència dels estudiants

seleccionades (avaluació formativa).

- Un examen final que avalua gran part dels resultatsd'aprenentatge esperats a partir de la seqüènciadissenyada (avaluació sumativa).

Avaluació formativaAlgunes activitats de la seqüència han estatdissenyades per fer que els alumnes explicitin lesseves idees prèvies sobre certs conceptes ofenòmens. Per tant, els professors les poden utilitzarcom a instrument per explorar el punt de partida delsseus estudiants. Per exemple:

1.1.2: Tracta sobre la interacció entre so i material(reflexió del so, transmissió del so, difracciódel so, atenuació del so).

1.2.1: Tracta sobre la reflexió del so en diferentstipus de superfícies i de la direcció depropagació del so reflectit.

1.2.6: Tracta sobre el fenomen de la reverberació delso.

1.3.1: Tracta sobre la transmissió i l'atenuació del so.

1.3.5: Tracta sobre els fenòmens relacionats amblʼatenuació del so (absorció i reflexió).

2.1.1: Tracta sobre les propietats físiques delsreflectors acústics i dels absorbents acústics.

2.1.2: Tracta sobre la relació entre comportamentacústic dels materials i les seves propietatsfísiques i estructura interna.

Algunes activitats de la seqüència didàctica han estatdissenyades per promoure que els estudiants treguinconclusions a partir dʼuna sèrie de tasques. Per tant,Per tant, els professors les poden utilitzar com ainstrument per avaluar el progrés dels seus estudiantsal llarg del mòdul. Per exemple:

1.2.4: Tracta sobre la reflexió.

1.3.9: Tracta sobre lʼatenuació del so i elcomportament acústic dels materials. Aquestaactivitat consisteix en una activitatdʼautoavaluació seguida per una co-avaluació.

2.1.9: Tracta sobre el model conceptual querelaciona propietats físiques dels materialsamb el seu comportament acústic.

2.2.7: Tracta sobre el model conceptual querelaciona lʼestructura interna de materials ambel seu comportament acústic.

3.1.5: Es va concebre com a projecte d'aplicació. Elsalumnes han dʼutilitzar els anteriors modelsconceptuals per predir el comportamentacústic d'uns determinats materials. Aquestprojecte també pot permetre avaluar alguneshabilitats procedimentals (per ex., dissenydʼun experimenta amb uns propòsitsespecífics o ús dʼevidències per arribar adeterminades conclusions).

Avaluació sumativaEl grup de treball local establert va dissenyar unexamen final, com a instrument que permetés alsprofessors (i als investigadors) avaluar gran part delsresultats dʼaprenentatge esperats que es van formularen dissenyar la seqüència dʼensenyament iaprenentatge. Després de la primera implementacióde la seqüència a classe, es van elaborar unsinstruments dʼavaluació que consisteixen en unesgraelles que contenen les categories de respostesdels estudiants per tal que puguin permetre analitzarsi aquestes són més o menys adequades. Lespreguntes i les corresponents graelles es mostren acontinuació:

39

PREGUNTA 1A continuació tens dos dibuixos dʼuna mateixa oficina en la qual les dues persones que hi treballen es molestenlʼuna a lʼaltra quan han de parlar per telèfon. Volen saber com pot ser que arribi el so de la persona de lʼesquerraa la persona de la dreta malgrat la paret divisòria que hi ha posada entre elles.

(a) Representa el camí que recorren les ones sonores de la veu de la persona que seu a la part esquerra dela paret divisòria fins arribar a la persona de la dreta, utilitzant la representació de fronts dʼona i de “raigde so”. Menciona un dels fenòmens que fa possible que les dues persones puguin sentir-se lʼuna a lʼaltra.Descriu en què consisteix.

(b) Com seria aquesta oficina si hi hagués reverberació? Què sentirien llavors els oficinistes?

(c) Un expert en acústica els explica que una possible solució per evitar sentir tant soroll és col·locar materialsdifusors i absorbents acústics. Justifica com és que aquests materials podrien evitar que el so arribésdʼuna banda a lʼaltra.

Instrument dʼavaluació (P1)La pregunta 1 pretén avaluar si els estudiants són capaços de:4. Llegir i interpretar imatges relacionades amb la reflexió del so.

5. Explicar certes situacions en termes del fenomen de la reflexió del so.

6. Dibuixar la direcció de l'ona sonora reflectida, coneixent l'angle dʼincidència de lʼona sonora i utilitzant lallei dels angles.

7. Explicar certes situacions en termes de la reverberació del so.

8. Interpretar la reflexió del so en superfícies irregulars en termes de la reflexió difusa.

9. Distingir clarament entre el fenomen de la reverberació i lʼeco.

10. Interpretar lʼatenuació del so en materials en termes de la distribució d'energia.

15. Distingir el significat d'absorbent acústic del significat de reflector acústic segons el seu comportamentacústic.

40

PEL SUBAPARTAT (A):

Representació: Quan una ona sonora arriba a unobstacle (sostre o parets en aquest cas), en partes reflecteix de manera que la direcció depropagació de lʼona reflectida forma un angle ambla superfície igual a lʼangle que forma lʼonaincident amb el sostre (llei dels angles).

Reflexió: fenomen pel qual una ona canvia laseva direcció de propagació quan arriba a unobjecte, però continua movent-se en el mateixmedi.

EXEMPLE DE RESPOSTA DELS ESTUDIANTS

La representació i/o explicació elaboradesil·lustren que els estudiants tenen en compte la lleidels angles en relació a la reflexió del so. A més,els estudiants són capaços dʼexplicar en quèconsisteix el fenomen de la reflexió del so.

CATEGORIA DE RESPOSTA

1

Representació: Dibuix dels “raigs” de so incidenti reflectit formant entre ells un angle de 90º.

Reflexió: fenomen pel qual una ona canvia laseva direcció de propagació quan arriba a unobjecte, però continua movent-se en el mateixmedi.

La representació i/o explicació elaboradesil·lustren que els estudiants no tenen en compte lallei dels angles en relació a la reflexió del so sinóque consideren que la direcció de propagació delso incident i del so reflectit formen una angle recte.No obstant, els estudiants són capaços dʼexplicaren què consisteix el fenomen de la reflexió del so.

2

Respostes vagues o inconsistents3

PEL SUBAPARTAT (B):

Lʼoficina tindria un sostre alt i llis i no hi haurienmoltes peces de decoració.

Els oficinistes sentirien que els sons produïtstenen més duració i possiblement les sevesconverses serien menys intel·ligibles (perquè el soreflectit tindria un curt retard respecte al so directeen arribar a lʼoient).

EXEMPLE DE RESPOSTA DELS ESTUDIANTS

Lʼexplicació proporcionada il·lustra que elsestudiants consideren que la reverberació depènde les característiques de la sala (alçada delssostres, materials dels que estan fets els objectesi la decoració). A més, els estudiants distingeixenentre reverberació i eco.

CATEGORIA DE RESPOSTA

1

Lʼoficina tindria un sostre alt i llis i no hi haurienmoltes peces de decoració.

Els oficinistes sentirien les seves veus en diferentsmoments ja que les ones sonores es reflectiriendiverses vegades i arribarien a lʼoient en diferentsinstants de temps.

Lʼexplicació proporcionada il·lustra que elsestudiants consideren que la reverberació depènde les característiques de la sala (alçada delssostres, materials dels que estan fets els objectesi la decoració). No obstant, els estudiants nodistingeixen clarament entre reverberació i eco.

2

Respostes vagues o inconsistents3

41

PEL SUBAPARTAT (C):

Els difusors han de tenir superfícies irregularsperquè el so es reflecteixi en múltiples direccionsi no només en una, de tal manera que el so esdifongui. Els absorbents permeten la propagacióde so a través seu i dissipen part de lʼenergia delʼona al seu interior, per tant, redueixen gran partde les reflexions possibles del so. Ambdósmaterials atenuen el so de diferents maneres: elsdifusors acústics atenuen el so a mesura queaquest es propaga (ja que el so es distribueix pertot lʼespai i cada cop arriba menys energia a undeterminat punt de lʼespai) i els absorbentsacústics atenuen el so per absorció dins delmaterial.

EXEMPLE DE RESPOSTA DELS ESTUDIANTS

Les respostes dels estudiants evidencien que sóncapaços dʼexplicar el comportament acústic delsdifusors i dels absorbents. A més, relacionen elcomportament dʼaquests materials o objectes ambla seva funció respecte a lʼatenuació del so entermes de la distribució de lʼenergia.

CATEGORIA DE RESPOSTA

1

Els difusors han de tenir superfícies irregularsperquè el so es reflecteixi en múltiples direccionsi no només en una, de tal manera que el so esdifongui. Els absorbents permeten la propagacióde so a través seu i dissipen part de lʼenergia delʼona al seu interior, per tant, redueixen gran partde les reflexions possibles del so.

Les respostes dels estudiants evidencien que sóncapaços dʼexplicar el comportament acústic delsdifusors i dels absorbents. No obstant, noexpliquen la funció que fan aquests materialsquant a lʼatenuació del so.

2

Respostes vagues o inconsistents3

42

PREGUNTA 2(a) Si estem fora dʼun bar musical ens arriba part del so des de lʼinterior del mateix. Aquesta disminució del

nivell dʼintensitat sonora a fora respecte del que hi ha a dins sʼanomena:(i) condicionament acústic(ii) atenuació (iii) absorció

(b) La disminució del nivell dʼintensitat sonora fora del bar musical respecte dins del bar pot ser degut a:(i) lʼabsorció de part de lʼenergia del so dins dels materials(ii) la reflexió del so en les diferents superfícies que troba(iii) lʼabsorció i la reflexió

(c) Representa lʼenergia de lʼona sonora reflectida, absorbida i transmesa per un material X que atenuï pocel so (poc absorbent acústic i poc reflector acústic).

Com seria lʼatenuació en aquest cas?

Si estiguéssim fora dʼuna discoteca on les parets estiguessin folrades amb aquest material X, què sentiríem?Com seria el nivell dʼintensitat sonora?

(d) Representa lʼenergia de lʼona sonora reflectida, absorbida i transmesa per un material X que sigui moltbon absorbent acústic.

Com seria lʼatenuació en aquest cas?

Si estiguéssim fora dʼuna discoteca on les parets estiguessin folrades amb aquest material X, què sentiríem?Com seria el nivell dʼintensitat sonora?

43

Instrument dʼavaluació (P2)La pregunta 2 pretén avaluar si els estudiants són capaços de:2. Utilitzar terminologia científica per parlar de sons i fenòmens sonors.

10. Interpretar lʼatenuació del so en materials en termes de la distribució d'energia.

11. Aplicar el principi de conservació de lʼenergia en expressar que l'energia d'un so incident en un espaitancat es distribueix entre l'energia del so reflectit, l'energia del so transmès i l'energia absorbida dins d'unmaterial.

12. Expressar i aplicar en diferents contextos el diagrama que descriu que un so incident en un material ésen part reflectit, en part absorbit i en part transmès a través d'un material.

13. Relacionar el nivell d'intensitat sonora mesurat amb la quantitat d'energia associada a l'ona sonora.

14. Associar la disminució de nivell d'intensitat sonora a través d'una paret o qualsevol altre obstacle amblʼatenuació del so.

15. Distingir el significat d'absorbent acústic del significat de reflector acústic segons el seu comportamentacústic.

PELS SUBAPARTATS (A) I (B):

(a) La resposta correcta és (ii)

(b) La resposta correcta és (iii)

EXEMPLE DE RESPOSTA DELS ESTUDIANTS

Les respostes dels estudiants evidencien que sóncapaços dʼutilitzar terminologia científica amb unsignificat apropiat.

CATEGORIA DE RESPOSTA

1

Altres opcions Les respostes dels estudiants evidencien que nosón capaços dʼutilitzar terminologia científica ambun significat apropiat.

2

PELS SUBAPARTATS (C) I (D):

Representació:

(c) Es reflecteix poc so (representat com un “raig”de so reflectit molt prim). Sʼabsorbeix pocaenergia (representada com pocs “puntets”dins del material). Per tant, el “raig” de sotransmès és gruixut.

(d) Es reflecteix poc so (representat com un “raig”de so reflectit molt prim). Sʼabsorbeix mésenergia (representada com molts “puntets”dins del material). Per tant, el “raig” de sotransmès és més prim.

Aquestes representacions evidencien que sʼhatingut en compte el principi de conservació delʼenergia (per ex., lʼenergia del so incident esdistribueix en tres components de manera que capdʼelles ha de ser igual o major que lʼenergia del soincident).

EXEMPLE DE RESPOSTA DELS ESTUDIANTS

Els estudiants representen la distribució del'energia d'una ona sonora incident quaninteraccionen amb un material en termes delʼenergia reflectida, absorbida i transmesa,identificant correctament el comportament acústicdel material. A més, les representacionsevidencien que els estudiants tenen en compte elprincipi de conservació d'energia.

Les respostes dels estudiants il·lustren una relacióapropiada entre el nivell d'intensitat sonora i laquantitat d'energia associada al so. A més, lesrespostes dels estudiants denoten unaconceptualització apropiada del fenomen del'atenuació del so.

CATEGORIA DE RESPOSTA

1

44

Preguntes:

(c) Lʼatenuació produïda per aquest material seriabaixa. Si estiguéssim fora de la discoteca amb lesparets folrades dʼaquest material, escoltaríem moltel so provinent de dins (volum fort), per tant, elnivell dʼintensitat sonora seria elevat.

(d) Lʼatenuació produïda per aquest material seriagran. Si estiguéssim fora de la discoteca amb lesparets folrades dʼaquest material, escoltaríem pocel so provinent de dins (volum més fluix), per tant,el nivell dʼintensitat sonora seria inferior.

Representació:

Aquestes representacions evidencien que no sʼhatingut en compte el principi de conservació delʼenergia (per ex., lʼenergia del so incident esdistribueix en tres components i es representadaque alguna dʼaquestes té una major quantitatdʼenergia que el so incident).

Les representacions evidencien que els estudiantsno tenen en compte el principi de conservaciód'energia.

2

Representació:

(d) Per exemple, els estudiants representen queel material (que es considera un bonabsorbent acústic) reflecteix molt el so i noabsorbeix tant com reflecteix.

Els estudiants representen la distribució del'energia d'una ona sonora incident quaninteraccionen amb un material en termes delʼenergia reflectida, absorbida i transmesa, però noidentifiquen correctament el comportament acústicdel material.

3

Representació:

Els estudiants no dib uixen algunes de lescomponents en les quals es distribueix lʼenergiade les ones sonores. Per exemple, nomésrepresenten el so reflectit i transmès però nolʼenergia absorbida.

Els estudiants no representen la distribució del'energia d'una ona sonora incident quaninteraccionen amb un material en termes delʼenergia reflectida, absorbida i transmesa,

4

Preguntes:

Els estudiants no distingeixen entre el so atenuati el so transmès. Per tant, en el subapartat (d)consideren que lʼatenuació produïda per un bonabsorbent acústic és baixa.

Les respostes dels estudiants evidencien unacerta confusió respecte a l'atenuació del so.

5

45

PREGUNTA 3Un grup dʼalumnes ha realitzat el mateix experiment que tu vas fer al llarg de la seqüència. Van utilitzar duescaixes per tapar la font sonora, cadascuna dʼelles folrada amb un material diferent, i van mesurar el nivelldʼintensitat sonora des de fora de la caixa i des de dins de la caixa. Observa els seus resultats i interpretaʼlsresponent a les preguntes següents:

(a) Amb quina de les dues caixes sʼobté una major atenuació? Quant atenua cada caixa aproximadament?

(b) Quina de les caixes està folrada amb un material absorbent acústic? I quina dʼelles està folrada amb unreflector acústic? Justifica la teva resposta.

(c) Quan els alumnes van mesurar fora de la caixa, van col·locat el sonòmetre a una certa distància de lamateixa. Què passaria si mesuressin a una major distància?

Instrument dʼavaluació (P3)La pregunta 3 pretén avaluar si els estudiants són capaços de:13. Relacionar el nivell d'intensitat sonora mesurat amb la quantitat d'energia associada a l'ona sonora.

14. Associar la disminució de nivell d'intensitat sonora a través d'una paret o qualsevol altre obstacle amblʼatenuació del so.

15. Distingir el significat d'absorbent acústic del significat de reflector acústic segons el seu comportamentacústic.

17. Relacionar el nivell d'intensitat sonora mesurat en un cert punt de l'espai amb la distància des d'aquell punta la font sonora.

22. Interpretar el significat dels gràfics del nivell d'intensitat sonora en funció del temps.

23. Calcular el nivell d'intensitat sonora atenuat com la resta entre el so incident i el so transmès a través d'unmaterial.

25. Comparar valors numèrics obtinguts empíricament a partir dels quals treure conclusions.

26. Distingir el significat dʼabsorbent acústic del significat de reflector acústic en funció del nivell d'intensitatsonora que es mesura dins d'una caixa recoberta dʼaquests materials.

46

PEL SUBAPARTAT (A):

La caixa 1 atenua 20 dB (80–60 = 20). La caixa 2atenua 40dB (80-40 = 40). Per tant, el materialamb que està folrada la caixa 2 és millor aïllantacústic, és a dir, atenua més el so.

EXEMPLE DE RESPOSTA DELS ESTUDIANTS

Les respostes dels estudiants il·lustren queconceptualitzen apropiadament l'atenuació del soquan el so es transmet a través d'un cert materialcom la disminució del nivell d'intensitat sonora. Elsestudiants identifiquen correctament els valors delnivell dʼintensitat del so incident (valor dereferència a fora de la caixa) i del so transmès(nivell d'intensitat del so a fora de la caixa folradaamb cada material) per calcular l'atenuacióproduïda per cada material.

CATEGORIA DE RESPOSTA

1

La caixa 1 atenua 50 dB (110-60 = 50). La caixa 2atenua 40 dB (80-40 = 40). Per tant, el materialamb que està folrada la caixa 1 és millor aïllantacústic, és a dir, atenua més el so.

Els estudiants no identifiquen correctament elsvalors del nivell dʼintensitat del so incident i del sotransmès per calcular l'atenuació produïda percada material. Per exemple, alguns estudiantscalculen la diferència entre el nivell dʼintensitatsonora dins i fora de cada caixa quan volencalcular lʼatenuació del so produïda pel materialdel que està feta aquesta caixa. Per tant, lesrespostes dʼaquests estudiants denoten una faltade comprensió entorn del concepte dʼatenuaciódel so.

2

47

PEL SUBAPARTAT (B):

La gràfica corresponent a la capsa 2 mostra quetant dins com fora de la caixa el valor de laintensitat sonora és inferior al valor de referència,la qual cosa indica que el material permet el pasdʼuna part de lʼenergia associada a lʼona sonora itambé absorbeix part de la seva energia al seuinterior. Per tant, podem dir que la capsa 2 estàfolrada amb un material absorbent acústic.

La gràfica corresponent a la caixa 1 mostra quedins de la caixa el valor de la intensitat sonora éssuperior al valor de referència, la qual cosasignifica que el so sʼamplifica dins de la caixadegut a què es reflecteix bastant. La capsa 1 està,per tant, folrada amb un material aïllant acústic.

EXEMPLE DE RESPOSTA DELS ESTUDIANTS

Les respostes dels estudiants il·lustren una claradistinció entre els absorbents i els reflectorsacústics en funció del nivell dʼintensitat sonoraidentificat a les gràfiques. Els alumnes comparenels valors de la intensitat sonora dins de les duescaixes folrades amb diferents materials amb elvalor de referència dins de la caixa. A més, elsalumnes expliquen el comportament acústic decada material relacionant el nivell dʼintensitatsonora amb la quantitat dʼenergia associada a lesones sonores.

CATEGORIA DE RESPOSTA

1

El material del que està folrada la caixa 2 atenuamés el so, per tant, aquest material és un reflectoracústic.

Els alumnes identifiquen (correcta oincorrectament) el comportament acústic delsmaterials en termes de lʼatenuació del so queaquests produeixen. Aquesta idea de que elsabsorbents acústics permeten que el so espropagui amb més facilitat i que per això atenuenmenys el so sembla estar relacionada amb laconcepció dels estudiants del so com a entitat osubstància que pot travessar els materials.

2

PEL SUBAPARTAT (C):

El nivell dʼintensitat sonora disminueix com méslluny de la caixa es mesura.

EXEMPLE DE RESPOSTA DELS ESTUDIANTS

Les respostes dels alumnes il·lustren que tenenen compte que el nivell dʼintensitat sonora mesuraten un cert punt de lʼespai està relacionat amb ladistància entre aquest punt i la font sonora.

CATEGORIA DE RESPOSTA

1

Com més lluny estigui el sonòmetre de la fontsonora, més sʼatenuarà el so reflectit perquè lesones sonores sʼatenuarien a través de lʼaire.

Respostes vagues o inconsistents2

48

PREGUNTA 4El mateix grup dʼalumnes va continuar investigant els materials absorbents i reflectors acústics.

(a) Amb aquesta finalitat, aquests alumnes van seleccionar tres materials diferents i van determinar les sevespropietats físiques (densitat, rigidesa i porositat). La següent taula inclou les dades i mostra la descripcióque van fer de les propietats dʼaquests materials:

MATERIAL DENSITAT (g/cc) RIGIDESA / FLEXIBILITAT POROSITAT

A

B

C

0,02

0,07

3,00

Rígid

Flexible

Rígid

No

Si

No

Digues quin dʼaquests materials es comportarà com a millor reflector acústic i quin com a millor absorbentacústic. Justifica la teva resposta.

(b) Els alumnes també van mesurat el nivell dʼintensitat sonora amb un sonòmetre des de dins i des de forade les caixes folrades amb aquests materials, havent posat la font sonora a dins de la caixa. Els valorsque van obtenir són els següents:

MATERIAL

NIVELL DʼINTENSITAT SONORA(dB)FORA DE LA CAIXA

NIVELL DʼINTENSITAT SONORA(dB) DINS DE LA CAIXA

D

E

F

43-44

69-70

74-75

68-69

88-89

82-83

Sabent que el nivell dʼintensitat sonora de referència dins de la caixa és de 90dB, quins dʼaquests valorscorresponen al millor absorbent acústic? Quins corresponen al millor reflector acústic? Justifica la teva resposta.

(c) Quin material atenua més el so? Quin material atenua menys? Justifica la teva resposta.

Instrument dʼavaluació (P4)La pregunta 4 pretén avaluar si els estudiants són capaços de:13. Relacionar el nivell d'intensitat sonora mesurat amb la quantitat d'energia associada a l'ona sonora.14. Associar la disminució de nivell d'intensitat sonora a través d'una paret o qualsevol altre obstacle amb

lʼatenuació del so.15. Distingir el significat d'absorbent acústic del significat de reflector acústic segons el seu comportament

acústic.25. Comparar valors numèrics obtinguts empíricament a partir dels quals treure conclusions.26. Distingir el significat dʼabsorbent acústic del significat de reflector acústic en funció del nivell d'intensitat

sonora que es mesura dins d'una caixa recoberta dʼaquests materials.30. Explicar el fet que un material sigui reflector o absorbent acústic amb la combinació de certes propietats:

valor numèric de la seva densitat, grau de rigidesa percebut a través de la manipulació directa, porositatobservada amb una lupa binocular.

31. Utilitzar un model conceptual de microestructura per representar un material dens.

49

32. Utilitzar un model conceptual que permeti relacionar la densitat d'un material amb el seu comportamentacústic.

33. Utilitzar un model conceptual de microestructura per representar un material rígid.34. Utilitzar un model conceptual que permeti relacionar la rigidesa d'un material amb el seu comportament

acústic.35. Representar un material porós en termes de la seva estructura interna.36. Utilitzar un model conceptual que permeti relacionar la porositat d'un material amb el seu comportament

acústic.37. Utilitzar un model conceptual per interpretar mecanismes d'atenuació del so en materials en termes de

transferències d'energia o dissipació d'energia.

PEL SUBAPARTAT (A):

El material B és el millor absorbent acústic perquèreuneix com a propietats que és poc dens, flexiblei porós. Aquestes propietats fan que el material noreflecteixi molt el so i absorbeixi gran part delʼenergia de lʼona sonora que el travessa.

El material C és el millor reflector acústic perquèreuneix com a propietats que és molt dens, rígid ino és porós. Aquestes propietats fan que elmaterial reflecteixi bastant el so i, per tant, evitaque una bona part de lʼenergia de lʼona sonora eltravessi.

EXEMPLE DE RESPOSTA DELS ESTUDIANTS

Els estudiants identifiquen correctament tant elmillor reflector acústic com el millor absorbentacústic a partir de la descripció proporcionada deles tres propietats que afecten el comportamentacústic d'aquests materials. Els estudiants sóncapaços dʼaplicar apropiadament el modelconceptual que relaciona el comportament acústicd'aquests materials amb les seves propietatsfísiques.

CATEGORIA DE RESPOSTA

1

El material C és el millor reflector acústic perquè téalta densitat i, per tant, les seves partícules tenenmés inèrcia i són més difícils de moure. A més, elmaterial és rígid i costa més deformar-lo. Per tant,les seves partícules no es mouen fàcilment.Finalment, no és porós i, per tant, el so no potentrar dins del material sinó que és reflectit. Elmaterial B és el millor absorbent acústic perquè tépoca densitat i, per tant, menys inèrcia permetentaixí la propagació del so. És flexible i pot serfàcilment deformat. És porós, la qual cosa el faabsorbir el so dins dels porus.

Els estudiants són capaços dʼaplicarapropiadament el model conceptual que relacionael comportament acústic dels materials amb lesseves propietats físiques i també justifiquen perquè aquestes propietats afecten al comportamentacústic d'aquests materials, explicant la relacióentre propietats físiques i estructura interna dematerials. En alguns dʼaquests casos, lesexplicacions dels alumnes evidencien lʼús delmodel del so com a entitat.

2

El material B és el millor absorbent acústic perquèés porós.

Els estudiants identifiquen correctament tant elmillor reflector acústic com el millor absorbentacústic a partir de la descripció proporcionadadʼalgunes de les propietats que afecten elcomportament acústic d'aquests materials.

3

El material C és un absorbent acústic perquè noés molt porós, per tant, evita la propagació del so.

Els alumnes identifiquen incorrectament elcomportament acústic de cada material tenint encompte algunes de les propietats descrites peròno totes.

4

50

PEL SUBAPARTAT (B):

El material D és el millor absorbent acústic ja queel nivell dʼintensitat sonora dins i fora de la caixa ésinferior al valor de referència, la qual cosa indicaque el material absorbeix part de lʼenergia del soal seu interior. Tot i que el material F també atenuauna mica el so dins de la caixa, el material Datenua més fora de la caixa. Per això, es potconsiderar que el material D és el millor absorbentacústic.

El material E és el millor reflector acústic ja que elnivell dʼintensitat sonora dins de la caixa éssuperior al valor de referència, la qual cosasignifica que el so sʼamplifica dins de la caixadegut a què es reflecteix bastant.

EXEMPLE DE RESPOSTA DELS ESTUDIANTS

Les respostes dels alumnes il·lustren una claradistinció entre absorbents acústics i reflectorsacústics en funció de les dades del nivelldʼintensitat sonora mesurades dins de tres caixesfolrades amb diferents materials. Els alumnescomparen els valors del nivell dʼintensitat sonoradins de les diferents caixes amb el valor dereferència dins de la caixa. A més, els alumnesexpliquen el comportament acústic de cadamaterial relacionant el nivell dʼintensitat sonoraamb la quantitat dʼenergia associada a les onessonores.

CATEGORIA DE RESPOSTA

1

El material D és el millor reflector acústic perquèno permet que el so es propagui. Aquest materialés el millor aïllant acústic.

Els alumnes identifiquen (correcta oincorrectament) el comportament acústic delsmaterials en termes de lʼatenuació del so queaquests produeixen. Aquesta idea de que elsabsorbents acústics permeten que el so espropagui amb més facilitat i que per això atenuenmenys el so sembla estar relacionada amb laconcepció dels estudiants del so com a entitat osubstància que pot travessar els materials.

2

PEL SUBAPARTAT (C):

El material D és el que atenua més el so mentreque el material F és el que atenua menys.

EXEMPLE DE RESPOSTA DELS ESTUDIANTS

Les respostes dels estudiants il·lustren que aquestsentenen adequadament l'atenuació del so a travésd'un cert material com la disminució del nivelld'intensitat sonora. Els estudiants comparen elsvalors del so transmès (nivell d'intensitat de so afora de la caixa coberta amb cada material) perdeterminar quin material atenua més o menys el so.

CATEGORIA DE RESPOSTA

1

El material D és el millor aïllant acústic perquèatenua uns 22dB. El material E és el pitjor aïllantacústic perquè només atenua 2dB.

Els alumnes no identifiquen apropiadament elmillor i pitjor aïllants acústics a partir de les dadesproporcionades. Per exemple, alguns alumnesconsideren que lʼatenuació del so és la diferènciaentre el nivell dʼintensitat sonora dins dʼuna caixafolrada amb un cert material i el valor de referència(dins de la caixa). Per tant, aquestes respostesdenoten una falta de comprensió entorn delʼatenuació del so.

2

51

PREGUNTA 5Una empresa de construcció acaba de llançar al mercat el seu últim producte: una nova generació dʼabsorbentsacústics. Llegeix lʼanunci que publica al seu catàleg:

Absorson és un teixit que ofereix moltbones propietats absorbents del so. Laseva estructura feta de fibres omicrofilaments és molt compacte. És unmaterial molt durador, és permeable alʼaire i té una densitat de 0,2 g/cc.

Els materials que sʼutilitzaven fins araeren gruixuts i pesats, mentre quelʼestructura de microfilaments dʼAbsorsongaranteix una eficaç absorció acústicaamb un gruix mínim (aproximadament0,5mm) i amb una densitat de 10 a 30

vegades més petita. A més, com que és un teixit, és molt flexible, la qual cosa permet que pugui ser aplicat endiferents àmbits, com la construcció o lʼautomoció. Per exemple, la instal·lació dʼespelmes acústiques fetes ambAbsorson en un restaurant amb un gran espai obert va permetre reduir els nivells dʼintensitat sonora entre 6 i10 dB.

(a) Identifica en el text només les propietats del material que influeixen en el seu comportament acústic, fentque sigui un bon absorbent acústic.

(b) Com expliques que aquestes propietats facin dʼaquest material un bon absorbent acústic? Explica-ho entermes de lʼestructura interna del material, és a dir, en termes de les partícules que formen aquest material.

Instrument dʼavaluació (P5)La pregunta 5 pretén avaluar si els estudiants són capaços de:30. Explicar el fet que un material sigui reflector o absorbent acústic amb la combinació de certes propietats:

valor numèric de la seva densitat, grau de rigidesa percebut a través de la manipulació directa, porositatobservada amb una lupa binocular.

31. Utilitzar un model conceptual de microestructura per representar un material dens.

32. Utilitzar un model conceptual que permeti relacionar la densitat d'un material amb el seu comportamentacústic.

33. Utilitzar un model conceptual de microestructura per representar un material rígid.

34. Utilitzar un model conceptual que permeti relacionar la rigidesa d'un material amb el seu comportamentacústic.

35. Representar un material porós en termes de la seva estructura interna.

36. Utilitzar un model conceptual que permeti relacionar la porositat d'un material amb el seu comportamentacústic.

37. Utilitzar un model conceptual per interpretar mecanismes d'atenuació del so en materials en termes detransferències d'energia o dissipació d'energia.

52

PEL SUBAPARTAT (A):

Les propietats que afecten el comportamentacústic dʼaquest material són la baixa densitat, laflexibilitat i la porositat ja que el text diu que estàformat per filaments. Altres característiques, comel poc gruix i el poc pes, són avantatges que esremarquen per raons publicitàries però no perquèsiguin rellevants per fer que el material sigui milloro pitjor absorbent acústic.

EXEMPLE DE RESPOSTA DELS ESTUDIANTS

Els estudiants identifiquen en el text de l'anuncicom a propietats dels absorbents acústicsaquelles explícitament relacionades amb el modelconceptual que relaciona el comportament acústicdels materials i les propietats físiques: densitatbaixa, porositat, rigidesa baixa. Per això, aquestsestudiants només subratllen les propietats delmaterial que afecten el seu comportamentacústic.

CATEGORIA DE RESPOSTA

1

Les propietats que fan aquest material un bonabsorbent acústic són: permeabilitat a lʼaire,estructura interna feta de fibres i compactació.

Les respostes dels estudiants inclouen altrespropietats que són atributs d'una peça dematerial però no són característiques d'un material.

2

Les propietats que afecten al fet que el materialsigui un bon absorbent acústic són la pocadensitat. El text també explica lʼexemple de queaquest material va aconseguir reduir el nivelldʼintensitat sonora entre 6 i 10 dB en unrestaurant.

Les respostes dels estudiants emfatitzenqualsevol evidència del text que es refereixi alcomportament acústic del material o que doniinformació sobre unes altres qualitats del material,com la seva gamma d'aplicació o la sevadurabilitat, que són característiques que fan queel material sigui bo per ser utilitzat com a producteperò que no afecten al seu comportament acústic.

3

53

PEL SUBAPARTAT (B):

El material és flexible i, per tant, les sevespartícules estan lligades de manera que podenvibrar fàcilment, evitant moltes reflexions idissipant part de lʼenergia amb aquesta vibració. Amés, el material és porós. Així, les partícules dʼairede dins dels porus dʼaquest material vibrentransmetent el so i, per tant, aquestes friccionen ixoquen amb les partícules de la part sòlida delmaterial, fent que part de lʼenergia del so siguiabsorbida. El so que es propaga dins dʼaquestmaterial es reflecteix moltes vegades degut alscanvis de medi. A més, el material és poc dens i,per això, les seves partícules tenen poca inèrcia,és a dir, poden vibrar fàcilment. Per tant, quan elso arriba a aquest material, aquest evita que granpart del so es transmeti a través dʼell.

EXEMPLE DE RESPOSTA DELS ESTUDIANTS

Els estudiants expliquen la relació entre propietatsfísiques (porositat, densitat i rigidesa) i estructurainterna dels materials. A més, aquests estudiantsutilitzen aquesta relació per explicar elcomportament acústic del material absorbentacústic esmentat en l'activitat. Per tant, elsestudiants expliquen els mecanismes d'atenuaciódel so o dissipació de lʼenergia.

CATEGORIA DE RESPOSTA

1

El fet que el material estigui fet de fibres implicaque té cavitats amb aire entre les partícules. El soes pot guardar en aquestes cavitats. El fet que elmaterial sigui poc dens i poc rígid implica que elslligams entre partícules no són gaire forts i així, lespartícules poden vibrar i transmetre el sofàcilment.

Els alumnes també expliquen la relació entrepropietats físiques i estructura interna delsmaterials, i els mecanismes dʼatenuació del so ode dissipació dʼenergia dels absorbents acústics.No obstant, aquestes respostes posen de relleuuna comprensió feble de la naturalesa del so,aplicant el model “entitat” del so.

2

Respostes vagues o inconsistents3

54

PREGUNTA 6En un fòrum sobre arquitectura a Internet, un noi explica la seva experiència per tal de poder ajudar a altra gentque pugui tenir el mateix problema que ell:

“Fa uns mesos tenia problemes amb el soroll produït a casa dels veïns. A través de la paret mitgera (la que hiha entre el seu pis i el meu) podia sentir la seva televisió, la seva música, etc. Vaig provar una solució queproposaven en una revista: fer una paret doble de pladur amb dues plaques de 13mm i deixar un espai de45mm entre elles. Vaig aconseguir atenuar una mica el soroll però no em solucionava el problema del tot. Aixídoncs, vaig seguir les següents recomanacions dʼun amic: posar llana de roca entre les dues plaques de pladur.Després dʼaixò puc garantir que ja no sento ni la televisió del veí, ni la seva música, ni pràcticament res, dinsdʼuns límits normals”.

a) Com expliques que amb la primera solució que prova ja aconseguís atenuar el so?

b) Quin va ser el paper de la llana de roca? Com expliques el comportament dʼaquest material en termes deles seves propietats físiques i de la seva estructura interna?

Instrument dʼavaluació (P6)La pregunta 6 pretén avaluar si els estudiants són capaços de:10. Interpretar lʼatenuació del so en materials en termes de la distribució d'energia.

12. Expressar i aplicar en diferents contextos el diagrama que descriu que un so incident en un material ésen part reflectit, en part absorbit i en part transmès a través d'un material.

13. Relacionar el nivell d'intensitat sonora mesurat amb la quantitat d'energia associada a l'ona sonora.

14. Associar la disminució de nivell d'intensitat sonora a través d'una paret o qualsevol altre obstacle amblʼatenuació del so.

30. Explicar el fet que un material sigui reflector o absorbent acústic amb la combinació de certes propietats:densitat, rigidesa, porositat.

31. Utilitzar un model conceptual de microestructura per representar un material dens.

32. Utilitzar un model conceptual que permeti relacionar la densitat d'un material amb el seu comportamentacústic.

33. Utilitzar un model conceptual de microestructura per representar un material rígid.

34. Utilitzar un model conceptual que permeti relacionar la rigidesa d'un material amb el seu comportamentacústic.

35. Representar un material porós en termes de la seva estructura interna.

36. Utilitzar un model conceptual que permeti relacionar la porositat d'un material amb el seu comportamentacústic.

37. Utilitzar un model conceptual per interpretar mecanismes d'atenuació del so en materials en termes detransferències d'energia o dissipació d'energia.

55

PEL SUBAPARTAT (A):

Perquè en posar dues plaques de pladurseparades una certa distància deixant aireentremig, sʼestan posant més obstacles al pas delso, de manera que el so provenint de casa del veíes reflectirà en part quan arribi a cadascuna de lesplaques. A més, aquestes plaques de pladurtambé absorbiran una petita part de lʼenergia delʼona sonora en travessar-les. És a dir, com méscanvis de medi (pladur, aire, pladur) trobi el somentre es propaga, més so sʼatenua (i, per tant, elnivell dʼintensitat sonora disminueix).

EXEMPLE DE RESPOSTA DELS ESTUDIANTS

Les respostes dels estudiants il·lustren una ideaclara dels fenòmens que tenen lloc quan el soarriba a un objecte. Expliquen aquests fenòmenssonors en termes de la distribució d'energia. Amés, aquests estudiants poden identificar elcomportament acústic dels materials que esmencionen a la pregunta i les propietats físiquesque afecten tal comportament.

CATEGORIA DE RESPOSTA

1

Col·locant dues parets fetes de pladur i deixantespai entre elles, el noi aconsegueix augmentar elgruix de lʼobjecte utilitzat com a obstacle. Per tant,el so transmès disminueix.

Els alumnes expliquen lʼatenuació del so entermes del gruix de lʼobjecte utilitzat.

2

Respostes vagues o inconsistents3

56

PEL SUBAPARTAT (B):

Perquè la llana de roca és un material molt porós,poc dens i no és molt rígid i aquestes propietats elfan un bon absorbent acústic. El fet de ser moltporós fa que quan el so provenint de casa del veíarriba a aquest material, gran part de la sevaenergia és transferida al material ja que les onespoden continuar propagant‐se per lʼaire de dinsdels porus (oberts) del material que estancomunicats amb lʼexterior, sense ser reflectides.La part de les ones sonores que es propaga per lapart sòlida del material, és en part reflectida i enpart es propaga pel material. Com que les onessonores que es propaguen per dins del materialtroben molts canvis de medi (de la part sòlida alʼaire o a lʼinrevés), novament en part esreflecteixen i en part es continuen propagant, cadavegada amb menys energia. A més, quan vibrenles partícules de lʼaire de dins dels porus pertransmetre el so, aquestes freguen i xoquen ambla part sòlida del material, fent que part delʼenergia de les ones es dissipi, escalfant elmaterial una mica. Diem que part de lʼenergia sʼhaabsorbit dins del material.

EXEMPLE DE RESPOSTA DELS ESTUDIANTS

Els estudiants expliquen el comportament acústicdel material en termes de les seves propietatsfísiques i estructura interna. A més, aquestsestudiants expliquen els mecanismes d'atenuaciódel so que tenen lloc quan el so arriba a aquesttipus de materials.

CATEGORIA DE RESPOSTA

1

La llana de roca és un material porós. És poc densi és bastant flexible. Aquestes propietats el fancomportar-se com un bon absorbent acústic.

Els alumnes expliquen el comportament acústicdel material només en termes de les sevespropietats físiques.

2

Respostes vagues o inconsistents4

La llana de roca és un bon absorbent acústic demanera que atenua molt el so.

Els alumnes expliquen com es comporta aquestamaterial davant del so sense relacionar-ho ambles propietats físiques.

3

57

PREGUNTA 7El Guillem i la Maria disposen de dues plaques de dos tipus de materials diferents (A i B) i volen saber quinmaterial atenuarà més el so. La placa feta de material A té un gruix dʼ1cm i la placa de material B té un gruixde 3cm. Ells han decidit folrar dues caixes, utilitzant plaques de cadascun dels materials. Mesuraran lʼatenuaciódel so produïda per cadascuna de les caixes per poder treure conclusions sobre quin dels dos materials atenuamés.

a) El primer que volen fer és tractar de determinar si el gruix dʼuna placa influeix en quant atenua aquesta elso. Quin disseny experimental creus que haurien de fer?

b) Si com a resultat de lʼexperiment que fan, obtenen els següents resultats:

GRUIX DE LA PLACA (cm) NIVELL D I̓NTENSITAT SONORA FORA DE LA CAIXA (dB)

2

3

4

5

60

55

52

50

Quina conclusió poden treure del seu experiment?

c) Per tal de mesurar quin material dels dos atenua més el so, el Guillem i la Maria discuteixen el muntatgeexperimental que han de fer:

Guillem: “Jo folraria la primera caixa amb les plaques del material A que tenen 1cm de gruixi folraria lʼaltra caixa amb plaques del material B de 3cm de gruix”

Maria: “Jo crec que hauríem de tractar que el gruix de les plaques fos el mateix en les duescaixes. Per tant, jo folraria una de les caixes amb 3 plaques del material A i lʼaltra caixa ambuna placa del material B. Quan les tinguem fetes, jo taparia un brunzidor amb cadascuna deles caixes i ficaria el sonòmetre també a dins de la caixa. Així podríem saber quin materialatenua més el so.”

Estàs dʼacord amb el Guillem, amb la Maria, amb tots dos o amb cap dels dos? Justifica la teva resposta.

d) Digues en què modificaries lʼexperiment per determinar exactament quin dels dos materials (A o B) és elmillor aïllant acústic.

Instrument dʼavaluació (P7)La pregunta 7 pretén avaluar si els estudiants són capaços de:16. Dissenyar i conduir un experiment per mesurar l'atenuació de so provocada per un material.17. Relacionar el nivell d'intensitat sonora mesurat en un cert punt de l'espai amb la distància des d'aquell punt

a la font sonora.18. Controlar les variables d'un experiment.25. Comparar valors numèrics obtinguts empíricament a partir dels quals treure conclusions.

58

PEL SUBAPARTAT (A):

Jo folraria dues (o més) capses amb plaques fetesdel mateix material (A o B) però les plaques dʼunade les capses han de tenir gruixos diferentsrespecte les de lʼaltra capsa. Mesuraria primer elso emès per la font sonora a través dʼuna capsade cartró sense folrar amb cap material (valor dereferència). Després mesuraria el so transmès através de cadascuna de les dues capses (posantel sonòmetre a fora de la capsa).

EXEMPLE DE RESPOSTA DELS ESTUDIANTS

Les respostes dels estudiants il·lustren un controlacurat de variables en dissenyar un experiment. Amés, els estudiants expliquen procediments clarsper mesurar lʼatenuació del so.

CATEGORIA DE RESPOSTA

1

Respostes vagues o inconsistents2

PEL SUBAPARTAT (B):

Com més gruix té la capsa, més atenua el soprovenint de dins de la caixa ja que els valors méspetits del nivell dʼintensitat sonora, sʼobtenen quanla capsa està folrada amb plaques de gruixsuperior.

EXEMPLE DE RESPOSTA DELS ESTUDIANTS

Els estudiants treuen conclusions apropiadessobre la relació empírica entre gruix del material iatenuació del so produïda a partir de dadesquantitatives.

CATEGORIA DE RESPOSTA

1

Respostes vagues o inconsistents2

59

PEL SUBAPARTAT (C):

No estic dʼacord amb cap dels dos.

El Guillem no controlaria correctament lesvariables de lʼexperiment ja que modificaria a lavegada el gruix de les plaques utilitzades en folrarles capses i el tipus de material. Amb aquestexperiment, no es podria determinar si lesdiferències dʼatenuació del so es deuen a lesdiferències de gruix o a les diferències del tipus dematerial emprat.

La Maria mesuraria el nivell dʼintensitat sonoradins de la capsa i no fora dʼella. Per tant, dʼaquestamanera no podria mesurar lʼatenuació del so sinósi el material atenua perquè reflecteix molt operquè absorbeix molt.

EXEMPLE DE RESPOSTA DELS ESTUDIANTS

Les respostes dels estudiants evidencien laimportància atribuïda al control de variables en unexperiment. A més, aquestes respostes denotenprocediments apropiats per mesurar lʼatenuaciódel so, que estan relacionats amb el què entenenels estudiants per atenuació del so.

CATEGORIA DE RESPOSTA

1

Respostes vagues o inconsistents3

Estic dʼacord amb la Maria.Les respostes dels estudiants evidencien laimportància atribuïda al control de variables en unexperiment. No obstant, aquestes respostes nodenoten procediments apropiats per mesurarlʼatenuació del so.

2

PEL SUBAPARTAT (D):

La Maria modifica correctament lʼexperimentproposat pel Guillem dient que les dues capseshan dʼanar folrades amb plaques del mateix gruixper tal de poder determinar quin material atenuamés el so. Respecte de lʼexperiment que proposala Maria, sʼhauria de canviar les mesures que esprenen. Sʼhauria de mesurar el nivell dʼintensitatdel so emès per la font sonora sense ser tapadaamb cap capsa. Després sʼhauria de mesurar elnivell dʼintensitat del so transmès a través decadascuna de les capses que tapen la font sonora.Finalment, aquell material amb el qual sʼhagimesurat un valor inferior del nivell dʼintensitat delso transmès serà el que atenua més.

EXEMPLE DE RESPOSTA DELS ESTUDIANTS

Les respostes dels estudiants evidencien laimportància atribuïda al control de variables en unexperiment. A més, aquestes respostes denotenprocediments apropiats per mesurar lʼatenuaciódel so, que estan relacionats amb el què entenenels estudiants per atenuació del so.

CATEGORIA DE RESPOSTA

1

Respostes vagues o inconsistents2

60

PREGUNTA 8Lʼempresa DSR està treballant en un projecte dʼinsonorització i condicionament acústic de lʼespai polivalentmunicipal que es representa a continuació.

A la planta baixa està situada la biblioteca i la sala de conferències (equipada amb un bon sistema dʼaltaveus),i al pis de dalt es troba lʼespai de dansa i la sala de jocs de nens. Lʼentrada des del carrer es troba al costatde la biblioteca.

(a) Quines condicions acústiques creus que ha de tenir la biblioteca per tal de permetre lʼactivitat per la qualestà destinada?

(b) En la imatge anterior pots veure diferents punts assenyalats amb una rodona que necessiten ser revisats.Explica per què aquests tres punts són problemàtics en quant a lʼaïllament acústic (1-Entrada des delcarrer, 2-Estructura que separa el pis de dalt i el de baix, 3-Paret divisòria entre la biblioteca i la sala deconferències).

(c) Per tal de solucionar el problema, lʼempresa DSR proposa utilitzar diferents tipus de materials per tal queel nivell dʼintensitat sonora dins de la biblioteca sigui adequat per permetre lʼestudi i la lectura. Quinescaracterístiques penses que han de tenir els materials que proposa lʼempresa per a cada punt assenyalat?Justifica la teva resposta.

Instrument dʼavaluació (P8)La pregunta 8 pretén avaluar si els estudiants són capaços de:3. Relacionar les pròpies experiències relacionades amb el so i la contaminació acústica amb el coneixement

científic.

38. Aplicar el model conceptual que relaciona les propietats físiques dels materials amb el seu comportamentacústic per predir com es comportarien nous materials quant a lʼatenuació del so.

39. Descriure materials.

43. Justificar, utilitzant criteris acústics i no acústics, les pròpies decisions sobre quins materials serienapropiats per aconseguir les condicions acústiques que requereix un cert espai.

44. Proposar solucions per resoldre un problema relacionat amb la insonorització.

PEL SUBAPARTAT (A):

Tota biblioteca requereix un ambient amb un nivelldʼintensitat sonora molt baix que possibiliti lʼestudii la lectura. Per tant, hauria dʼestar adequadamentinsonoritzada per evitar que entri el soroll enaquesta sala.

EXEMPLE DE RESPOSTA DELS ESTUDIANTS

Els estudiants identifiquen apropiadament lescondicions acústiques que són característiquesd'un sala destinada a unes determinades funcions.

CATEGORIA DE RESPOSTA

1

Respostes vagues o inconsistents2

61

PEL SUBAPARTAT (B):

A la biblioteca sʼhauria dʼevitar que hi hagués unnivell dʼintensitat sonora massa elevat provenintde lʼexterior. Per aquest motiu, el punt 1 ésproblemàtic perquè correspon a la porta quecomunica amb lʼexterior (al carrer). El punt 2 ésproblemàtic perquè a través del sostre es pottransmetre el soroll produït pels nens jugant icorrent pel pis de dalt. El punt 3 és problemàticperquè a través dʼaquesta paret poden arribarsons molt intensos emesos pels altaveus de lasala de conferències.

EXEMPLE DE RESPOSTA DELS ESTUDIANTS

Els alumnes identifiquen apropiadament elsproblemes acústics associats a diferents espais.

CATEGORIA DE RESPOSTA

1

Respostes vagues o inconsistents2

PEL SUBAPARTAT (C):

Pel punt 1 seria convenient que les parets fossingruixudes, estiguessin fetes dʼun tipus de materialmolt dens, rígid i no porós, és a dir, un materialreflector acústic que evités lʼentrada del sorollprovenint del carrer.

Pel punt 2 seria convenient folrar el terra del pisde dalt amb algun material flexible, poc dens iporós que permetés lʼabsorció de gran part delʼenergia del so que produeixen els nens. Al sostrede la biblioteca també es podria posar un materialabsorbent acústic.

Pel punt 3 seria convenient folrar les parets de lasala de conferències amb materials quereflectissin el so, però també amb materials queabsorbissin part del so per tal dʼevitar moltareverberació a la sala. Dʼaquesta manera,sʼaconseguiria que només una petita part del soemès pels altaveus de la sala de conferènciesarribés a la biblioteca.

EXEMPLE DE RESPOSTA DELS ESTUDIANTS

Els alumnes suggereixen solucions apropiadesper solucionar els problemes acústics prèviamentidentificats. A més, relacionen el comportamentacústic dels diferents materials amb les sevespropietats físiques.

CATEGORIA DE RESPOSTA

Respostes vagues o inconsistents

1

2

ANNEX 1

64

NOM DEL MATERIAL

Densitat (gr/cm3)

0,13

POLIURETÀ

FOTO DE LʼESTRUCTURA INTERNA AMB LUPA BINOCULAR (40X)

FOTO MATERIAL

65

NOM DEL MATERIAL

Densitat (gr/cm3)

0,07

FELTRE

FOTO DE LʼESTRUCTURA INTERNA AMB LUPA BINOCULAR (40X)

FOTO MATERIAL

66

NOM DEL MATERIAL

Densitat (gr/cm3)

0,21

FELTRE AMB GOMA

FOTO DE LʼESTRUCTURA INTERNA AMB LUPA BINOCULAR (40X)

FOTO MATERIAL

FELTRE

GOMA

67

NOM DEL MATERIAL

Densitat (gr/cm3)

2,70

PAPER DʼALUMINI

FOTO DE LʼESTRUCTURA INTERNA AMB LUPA BINOCULAR (40X)

FOTO MATERIAL

68

NOM DEL MATERIAL

Densitat (gr/cm3)

0,70

AGLOMERAT DE FUSTA AMB CAPA DE FÒRMICA

FOTO DE LʼESTRUCTURA INTERNA AMB LUPA BINOCULAR (40X)

FOTO MATERIAL

FORMICA

AGLOMERAT FUSTA

69

NOM DEL MATERIAL

Densitat (gr/cm3)

0,02

LLANA DE VIDRE

FOTO DE LʼESTRUCTURA INTERNA AMB LUPA BINOCULAR (40X)

FOTO MATERIAL

70

NOM DEL MATERIAL

Densitat (gr/cm3)

0,02

POREXPAN

FOTO DE LʼESTRUCTURA INTERNA AMB LUPA BINOCULAR (40X)

FOTO MATERIAL

71

NOM DEL MATERIAL

Densitat (gr/cm3)

0,13

CARTRÓ

FOTO DE LʼESTRUCTURA INTERNA AMB LUPA BINOCULAR (40X)

FOTO MATERIAL

72

NOM DEL MATERIAL

Densitat (gr/cm3)

0,29

SURO

FOTO DE LʼESTRUCTURA INTERNA AMB LUPA BINOCULAR (40X)

FOTO MATERIAL

73

NOM DEL MATERIAL

Densitat (gr/cm3)

0,03

ESPUMA

FOTO DE LʼESTRUCTURA INTERNA AMB LUPA BINOCULAR (40X)

FOTO MATERIAL

74

NOM DEL MATERIAL

Densitat (gr/cm3)

0,06

LLANA DE ROCA

FOTO DE LʼESTRUCTURA INTERNA AMB LUPA BINOCULAR (40X)

FOTO MATERIAL

MATERIALS SCIENCE PROJECT

UNIVERSITY-SCHOOL PARTNERSHIPSFOR THE DESIGN AND IMPLEMENTATIONOF RESEARCH-BASED ICT-ENHANCEDMODULES ON MATERIAL PROPERTIES

ISBN 978-9963-689-35-42009