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Propuesta y Análisis De Algunas Estrategias De Aprendizaje

Activo En El Rediseño De Una Cátedra De Física II En Carreras De Ingeniería

Nélida Beatriz Palma; Sandra Ansise Chirino. Universidad Nacional de San Juan. npalma@unsj.edu.ar

Resumen:

La materia Física II es una materia difícil para los estudiantes universitarios debido, entre otras razones, a que los fenómenos físicos electromagnéticos no son tan cotidianos al estudiante como lo son los fenómenos mecánicos, por ejemplo (Maloney, O´Kuma, Hieggelke y Van Heuvelen, 2001) y exige que el estudiante comprenda el magnetismo por analogía con electricidad (Belcher, Cesky y Huertas, 2005). Los fenómenos ópticos presentan también dificultades en su interpretación a pesar de ser más frecuentes en la vida cotidiana.

Este trabajo tiene el propósito de compartir la experiencia del rediseño educativo de la cátedra Física II en carreras de Ingeniería. Las estrategias presentadas tienen como objetivo lograr aprendizajes significativos utilizando estrategias de enseñanza - aprendizaje activo y colaborativo.

Palabras clave: Aprendizaje activo – colaborativo - Electromagnetismo – Óptica – Simulaciones

1. Objetivosopropósitos:Elmejoramientodelacalidaddelaeducaciónenelniveluniversitariohasidoyesunapreocupaciónpermanentedelosdocentesyautoridadesdelsistemauniversitarioargentino.Laconsideracióndelaarticulacióndelosaspectosteóricosyprácticos,comoestrategiasignificativaenlasprácticaspedagógicas,guardaestrecharelaciónconlacalidaddelosaprendizajesqueselogrendurantelosestudiosuniversitarios.EnestecontextoyporelvalorformativoquetienenlascienciasbásicasenlacurrículadelascarrerasdeIngeniería,consideramosquelaenseñanzadelaFísicadebeservirdepuentealosestudiantes,parapasardeunconocimientocomúnaunomáselaborado,sistemáticoycientífico.EldocentedeFísicadebeactuarcomorepresentantedelacomunidadcientíficayorientareltrabajodelosalumnosdemodoqueesteseacoherenteconelmododeenfrentarlascuestionesyconelsaberelaboradoporlacomunidadcientífica.ElencuadreteóricosobreelcualseapoyaelpresenteplaneamientodeFísicaIIsurgeapartirdelaperspectivadelograrelaprendizajesignificativodenuestrosalumnos,basándonosenelAPRENDIZAJEACTIVOYCOLABORATIVO.Enestemarco,sintetizamoscomocaracterísticadelapropuesta:queelaprendizesunartesanodesuspropiosconocimientosytodoconocimientoseconstruyesobreconocimientosprecedentes.

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2. Marcoteórico:Elparadigmadetransmisión,queesmayoritariamenteutilizadoenlasaulasdelaenseñanza media de nuestro Sistema Educativo, se caracteriza por concebir alconocimiento como sustentado en verdades absolutas y construidas desde unalógica formal y abstracta. Parecería que los estudiantes secundarios, no logranprofundizarenlacomprensióndelosconceptosfundamentalesqueexplicanalosfenómenos físicos y no lograrían tampoco hacer uso de los mismos parainterpretarypredecirelmundofísicoylosobjetostecnológicosdeélderivados.

Todocambioenelámbitode laeducación,de laenseñanzade la física,noesunproceso fácil ni corto en el tiempo, puesto que los conocimientos que losestudiantes, han construidos sobre la base de sus experiencias, pueden serbastanteestables,persistentesyresistentesalcambio,constituyendoteoríasqueaveces no pueden verbalizar, pero que utilizan cuando necesitan resolver unproblemadeciencias.

Nuestra experiencia, nos ha demostrado que los estudiantes no comprendenconceptos claves de Física y tienen dificultades para “operar” con eseconocimiento,esdecirresolverproblemasdeFísica.

EstetrabajoescontinuacióndeunalíneadeinvestigaciónsobreLaenseñanzadeFísica en las carreras de Ingeniería que surgió a partir de los resultados einterrogantes de investigaciones anteriores; en la que nos propusimos diseñarestrategias de intervención didáctica, a partir de las teorías constructivistas delaprendizaje,paraprocurar superar lasdificultadesquepresentan losalumnosalcursar la cátedra Física II de las carreras de Ingeniería en Alimentos, Civil,Electromecánica,Electrónica,Industrial,Mecánica,MinasyQuímicadelaFacultaddeIngeniería,delaUniversidadNacionaldeSanJuan.

2.1-AcercadelaFísicaysuenseñanzaLafísicahatenidoungranimpactotecnológicoenlasociedad,particularmenteeneste siglo, y sobre todo desde mediados del siglo XX. Muchos de losdescubrimientos básicos llevados a cabo en los últimos años permitieron unatransferenciaalatecnologíaenmuybrevetiempo.

Numerosas carreras universitarias en Argentina incluyen Física dentro de susplanesde estudio. En algunas esta disciplina es central, básica, comoenmuchaslicenciaturas en ciencias, y en lamayoría de las carreras de Ingeniería. En estoscasos se imparte una Física General implementada en varios cursos. La cátedraFísicaIItienecomofinalidadquelosestudiantesaprendansignificativamentelosconceptos relevantes de los campos de la Física correspondiente aElectromagnetismoyÓptica.

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El profesor es el mediador entre el conocimiento a enseñar y el alumno, en laTransposición Didáctica, por eso, el diseño de la práctica cobra fundamentalimportancia.Diseñar lapráctica,es algomásamplioqueexplicitar losobjetivosycontenidosdelcurriculum,suponeprepararlascondicionesdesudesarrollo.Esconcretarlascondicionesen lasquesedesarrollaráelcurriculum,yellosuponeestablecerunpuentequepermitiráplasmarelparadigmapedagógicoqueorientaeldiseño,enlarealidad,esuneslabónqueconectalasintencionesylaacción.Afinalesdelosaños80,LillianMc.Dermottyelgrupodecatedráticosdefísicadela Universidad de Washington se cuestionaron sobre el nivel de comprensiónconceptualocualitativadelosestudiantesensusclases.Conunaseriedepruebaspodíandemostrarquelamayoríadelosestudiantespodríanaprobarconéxitounaclase introductoria de la física pero muy pocos comprendían la física a nivelconceptualymásaúnmanteníanideasfalsassobreconceptoscomunesdelmundofísico.

Comoresultadodeestasexperienciascrearonunsistemadeestudiosparaenseñarlafísicaintroductoriademaneramuchomásinteractivaqueconeltípicolibrodetextos.

El material original fue diseñado para enseñar conceptos de la física en unlaboratorio, aplicando habilidades de razonamiento científico; éste material sepodíautilizarenlugardeuncursobasadoenelmétododeconferenciatradicional.Atravésdeestemétodolosestudiantesnorecibendefinicionesdelosconceptos,sino que, conuna serie de preguntas y actividades, se anima a los estudiantes acrear suspropias definicionesde los conceptos básicos tales comomasa, fuerza,velocidad, corriente eléctrica, etc. Los experimentos se diseñan cuidadosamenteusandoresultadosdeinvestigacionespreviasconelfindeguiaralosestudiantesparaquecorrijanlasdefinicionesdedichosconceptos.PocodespuésdequeelgrupodeMc.Dermotcomenzaraapublicar sumaterial,Sokoloff,R.Thornton,yP.Lawscomenzaronadesarrollarelmaterialparaunplandeestudiossimilarperobasándoseenlosexperimentosautomatizadosmásqueenel método simple del grupo de McDermot. Adaptando algunos materiales de laclase,podíancrearunaseriedeejerciciosdellaboratorioparaquelosestudiantestrabajenmásenconceptosdefísicaydesarrollenhabilidadesdelaboratorio.Estegrupo, junto con contribuciones de otros autores, combinaron eventualmente sumaterialenunacolecciónderecursos llamados“EnseñanzadeFísicaBasadasenActividades”(Activities-BasedPhysics),unacoleccióndematerialyactividadesdelaboratorioquesubstituyeuncursointroductoriodecálculodelafísica.Estasestrategiasdeaprendizajeguíana losestudiantesen la construccióndesuconocimientoatravésdelaobservacióndirectadelmundoreal.Engeneralutilizanun ciclo de aprendizaje que consta de los siguientes pasos:observación/visualizacióndelaexperiencia,predicciónindividual,discusiónentre

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pares en pequeños grupos, y comparación entre el resultado experimental y laspredicciones. Este ciclo de aprendizaje, que puede ser representado comoPODS(Predicción,Observación,Discusióny Síntesis), favoreceque el estudiante cotejelasdiferenciasentrelascreenciasconquellegaalaclasedefísicaylasleyesfísicasquegobiernanelmundoreal.

Mc.Dermotresumelassiguientesgeneralizacionesquedebieranguiarelprocesode“enseñarparacomprender”:

• Para evaluar el aprendizaje son esenciales preguntas que requieran de unrazonamientocualitativoydeexplicacionesverbales.

• Los estudiantes necesitan una práctica sostenida para interpretar elformalismofísicoyrelacionarloconelmundoreal.•Dificultades conceptuales persistentes deben ser explícitamente atacadas enmúltiplescontextos.

• Los estudiantes deben participar en el proceso de construcción demodeloscualitativos y en la aplicación de estos modelos para predecir y explicar losfenómenosdelmundoreal.•Elrazonamientocientíficodebeserexpresamentecultivado.

• Los estudiantes deben estar intelectualmente activos en el proceso deaprendizajeparadesarrollarunacomprensiónfuncional.

Redish, en su disertación de aceptación del Premio Millikan, otorgado por laAsociaciónAmericanadeProfesoresdeFísica(AAPT)por“susnotablesycreativascontribucionesalaenseñanzadelafísica”,proponequeparaseguiravanzandolasinvestigaciones deben tener una base teórica que enmarque el trabajo de losdistintosgruposypermita,poracumulación,laexistenciadeunareconocidabasede conocimiento científico colectivo que caracterice a la enseñanza de la físicacomounacienciaynocomounarte.Ensupropuestaestosprincipiosson:

ü El principio constructivista. Los individuos construyen su conocimientoprocesando la información que ellos reciben, construyendo patrones deasociaciónconsusconocimientosprevios.

ü Elprincipiocontextual.Estaconstrucciónindividualdependedelcontexto,incluyendolosestadosmentalesdelindividuo.

ü Elprincipiodecambio.Produciruncambiosignificativoenunpatrónbienestablecido esmuy difícil, pero puede ser facilitado por una variedad demecanismosometodologíasconocidas.

ü El principio de la función de distribución. Los individuos muestran unalimitada, pero significativa variación en sus estilos de aprendizajes a lolargodeunnúmerodedimensiones.

ü El principio de aprendizaje social. Para la mayoría de los individuos elaprendizaje es más efectivo a través de las interacciones sociales. Al

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discutir con su compañero más cercano y/o en pequeños grupos, losestudiantes se ven forzados a emitir sus razonamientos, los cuales sonanalizadoscríticamenteporsuscompañeros,ysilaexplicaciónnoesclaray aceptada, generalmente es reelaborada socialmente hasta lograr elconsenso necesario. Controlado por el profesor este mecanismo se haprobadodeunaenormeriqueza.

3. Discusióndelosdatos,evidencias,objetosomateriales

1- ALGUNASPRÁCTICASPEDAGÓGICASPARAQUELOSALUMNOSDEFÍSICASEANPARTÍCIPESACTIVOSDESUPROPIOAPRENDIZAJE

3-1 TALLERESPARAPENSARYCOMPRENDERFÍSICALa propuesta que se presenta se compone de sesiones para ser trabajadas engrupo, entendiendo que el trabajo grupal, participativo y cooperativo, generadinámicasdeintercambiodeconocimientosyexperienciassignificativas.

Elpapeldelequipodocente–facilitadordelaexperienciaesesencialparaellogrodeestaactitudcreativaycrítica.

3.1.1.OBJETIVOS

Conestaactividadseespera:Ø PromoverelinterésporlasclasesprácticasØ FavorecereltrabajoenequipoØ EstimularlascompetenciasindividualesØ Lograrlaapropiacióneintegraciónde conocimientos

3.1.2.METODOLOGÍA

Esta propuesta se llevó a cabo con alumnos de la cátedra Física II, Facultad deIngeniería,UniversidadNacionaldeSanJuan,Argentina.

Lacátedraimparteclasesteóricasmagistrales(240alumnos),ademásdeprácticasdelaboratorio(engruposde60alumnos),serealizantareasdetutoría,acargodelequipo de cátedra. Estos Talleres se realizan en el Laboratorio de Física II yconsistenenelplanteoyresolucióndeproblemasdeElectricidadyMagnetismoyÓptica.

Seutilizanestrategiasytécnicasdiversas,comoporejemplo:

v Planteodeproblemasdelápizypapelporpartedeldocenteyporpartedelosalumnos.

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v Planteo de situaciones problemáticas de ejecución en el laboratorio,formuladasporlosdocentesy/óporlosalumnos.

v Resolución de situaciones problemáticas nuevas y defensas de lasmismasfrenteasuscompañeros.

Cuandoelprofesorasumeelroldecoordinador,losalumnos,ensumayoríapierdeeltiempoenbuscar“laformula”algebraicaqueleresuelvaelproblemademodoque sólo un pequeño porcentaje resuelve en forma completa las guías deproblemas.Fue así que para hacer frente a este problema generalizado, consideramosnecesarioinnovarycrearespaciosdediscusiónyaprendizajecolectivo,ensayandoestrategiasdidácticasmásadecuadasparasubsanarlasdificultades,potenciarlascapacidadesdelosestudiantesyrespetarsupropioritmodeaprendizaje.

Un punto clave a tener en cuenta cuando se eligen estrategias de enseñanza ometodologías de enseñanza, es la capacidad motivadora de dichas estrategiassobrelosalumnos.

A lahoradeseleccionar lamejorestrategiaposibledeutilizarparadeterminadocontenido curricular, se buscó maximizar el aporte de las tres componentesenunciadasacontinuación:

• Componente motivacional: fuertemente vinculada con el interés(variablesafectivas, preferencia de los alumnos para con cierto tipo deestrategiasdidácticas-).

• Componente cognoscitiva: referida al amplio abanico de capacidadesintelectualesdelasquedisponemostodoslossereshumanos,apuntandoaobtenerunaltoaprovechamientodeltrabajoconjuntodelasmismas.

• Componente tecnológica: constituye lacapacidadtecnológicadisponibleo factible de alcanzar, para poder concretar la implementación de laestrategiaseleccionada.

Laestrategiadeenseñanzaqueutilizamosparalasclasesprácticaseslasiguiente:

Elprofesor resuelveunproblema “tipo”de la forma tradicional (enelpizarrón),utilizasimulacionescomputacionalescuidadosamenteelegidasparacadatema,lascuales son presentadas acompañadas de una rigurosa explicación de sufuncionamientoyutilidad.Luegoconstatalosresultadosobtenidospormediodelapplet,conlosobtenidosalgebraicamente.Losalumnosencomisionesdetresintegrantesrealizanlossiguientespasos:

1. Analizanelappletyresuelvenelrestodelosproblemasdeltema.2. Diseñan y resuelven 1 ó 2 problemas que puedan ser resueltos con la

simulación.3. Exponen, por comisiones, a sus compañeros un problema resuelto y su

verificaciónconelappletrespectivo.

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4. En un trabajo colaborativo, los alumnos, guiados por el docente, realizanintercambio de ideas entre las distintas comisiones para arribar a lasconclusionesdefinitivas.3.1.3CONCLUSIONES

Lasolucióndeproblemasfomentaelaprendizajeactivo,apoyalaconstruccióndeconocimiento, integra disciplinas y, naturalmente, combina el aprendizaje de laescuelaconlavidareal.

Enmuchos casos el alumno recurre directamente a herramientas distintas a lasque pretendemos, para solucionar un problema dado. En estos casos debemosorientarloparaqueprocureresolverutilizandolosprincipiosyconceptospropiosdelaasignatura.Sinembargoenestassituacionesesmuyrecomendablealentarloaaprovecharesosotrosmétodoscomounmododecorroboracióndesuspropiosresultados.

Esperamosque,estrategiascomolaquepresentamosaquí,adaptadasalcontextodeaprendizaje,seanconsideradascomounestímuloparaidentificarnecesidadesdeaprendizajeyparaeldesarrollodehabilidadescognitivasdeordensuperior,ala vezque favorezcanelpensamiento críticoypermitan formarestudiantesmásmotivadosyreflexivos.

3.2TUTORIALESLametodologíadeTutorialesparaFísicaIntroductoriahasidodesarrolladaporelGrupo de Educación de la Física que dirige Lillian McDermott para los cursosintroductoriosdefísicaquesedictanenlaUniversidaddeWashingtonenSeattle(USA).Estábasadaenunextensotrabajodesarrolladoenlasúltimasdosdécadassobre las dificultades características de aprendizaje de los diversos temas de lafísicageneralyelconsecuentedesarrollodeactividades(Tutoriales)paraayudaralosalumnosavencerlosdistintosobstáculosdeaprendizaje.Hansidoelfrutodeun enorme trabajo de investigación sobre las dificultades características deaprendizaje de cada uno de los temas, y del desarrollo científico de materialcurricularparalasuperacióndeestasdificultades.LosTutorialesestándiseñadosparadesarrollarlacomprensiónconceptualdelostemas de física básica, así como el razonamiento cualitativo y utilizan comoestrategiadeaprendizajeelconflictocognitivo,tendiendopuentesentreloqueelalumnocreeosabeyelconocimientocientíficoquesequiereincorporar.

Esunade lasmetodologíasde aprendizaje activomás flexible, en el sentidoquepuede ser utilizada tanto para la introducción de conceptos, en reemplazo oreforzandolaclase"teórica",oenalgunoscasoscomoprácticodelaboratorio,asícomounaactividaddeaprendizajeindependienteycomplementaria.Lametodologíadidácticaconstadeunashojasdetrabajo(elTutorialpropiamentedicho),deproblemasparalacasa(EjerciciosComplementarios)ydeunPre-test.

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3.2.1.SECUENCIADIDÁTICADELOSTUTORIALES

LaaplicacióndeTutorialesrequieredelarealizacióndelassiguientesactividades:

1. Laaplicacióndeun“pre-testdelTutorial”,quelosalumnosrespondenenuna clase previa en alrededor entre 10 y 15 minutos. Consistenormalmente de 2 o 3 preguntas cualitativas sobre el concepto(s) delTutorial y tienen un doble objetivo: alertar a los estudiantes sobre lostemas a estudiar, y proveer a los docentes de información sobre losprincipalesproblemasdeaprendizajeque losalumnostienensobreesetema.

2. Reunión de los docentes para analizar los resultados de los pre-test yrealizar el propio Tutorial, en la misma forma que lo harán luego losalumnos.Losdocentes,ademásdefamiliarizarseconelmaterial,puedenidentificar las preguntas con que guiarán, de manera socrática, laactividad de los alumnos. Este paso es esencial para el éxito de laestrategiadidáctica.

3. Los estudiantes realizan el Tutorial en clase, trabajando en pequeñosgrupos cooperativos. Toma entre 50 minutos (Seattle y otrasuniversidades), hasta 2 horas (San Luis, universidad y escuelasecundaria).

4. Ejercicios complementarios, para realizar luego de la clase en formaindividual, para afianzar los conceptos trabajados en el Tutorial. Esconveniente que tengan algún tipo de corrección, y que sus resultadossean puestos a disposición de los alumnos para garantizar el rol en elaprendizaje.

5. En la evaluación del curso debería incluirse almenos un problemadeltipodeTutorial.

3.2.2.OBJETIVOSConestaactividadseespera:

Ø Adquirirexperienciaprácticaenlautilizaciónde“Tutoriales”.Ø Promover la aplicación de estrategias que permitan al alumno reforzar e

integrarconceptosdeÓpticaGeométrica.

3.2.3.METODOLOGÍAUTLIZADAEsta propuesta se llevó a cabo con alumnos de la cátedra Física II, Facultad deIngeniería,UniversidadNacionaldeSanJuan.Seanalizaelusode“TutorialesparaFísicaIntroductoria”diseñadosparaelaprendizajedeOPTICAGEOMETRICA.Sedispusodedosgrupos, elGRUPOEXPERIMENTAL (24alumnos), endondeseemplea la estrategia de aprendizaje, son alumnos de las carreras de IngenieríaIndustriale IngenieríaMecánica,yelGRUPOCONTROL formadoporalumnosdeIngenieríaElectrónicaeIngenieríaenMinas(28alumnos),loscualesdesarrollaronlasclasesenformatradicional.

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3.2.4.EVALUACIONDELAEXPERIENCIA

La evaluación de la instrucción se ha realizado mediante la aplicación dediagnósticosderespuestasmúltiplesalinicio(pre-test)yalfinaldelainstrucción(post-test).EsteprocedimientopermitevalorarelefectodelusodeTutoriales.

El instrumento de medición utilizado, es el test denominado "EvaluaciónConceptual de Luz y Óptica” (Light and Optics Conceptual Evaluation (LOCE)),desarrolladoporDavidSokoloff,constade51preguntas.

ResultadodelTestsobrelosconceptosdeÓpticaGeométrica.Sehanconsideradosolo laspreguntasqueserefierenaÓpticaGeométricacuyosconceptos son los implicados en nuestra investigación. Los números de laspreguntasanalizadassonlossiguientes:11,12,13,14,15,17,18,19,20,21,y22.En el gráfico comparaporcentajesde estudiantesdelGRUPOEXPERIMENTALydelGRUPOCONTROLquerespondieronbienenelPost-test.

LosresultadosdespuésdelainstrucciónhanmostradounaimportantediferenciaenaprendizajeentrelosalumnosquesiguieronlaenseñanzamedianteTutoriales,respectoaaquellosquesiguieronlaestrategiatradicional.

Delosresultadosmostrados,ydeaquellosqueaparecenenla literatura,esclaroque la utilización de “Tutoriales para Física Introductoria” genera aprendizajessignificativossuperioresaloslogradosconlainstruccióntradicional.

4. Resultadosy/oconclusiones

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Seobservounarespuestamuyfavorableporpartedelosalumnos,quetrabajaronconmayormotivaciónqueenotrasactividades.Eldiseñodidácticoseanalizóenprimerlugardesdeunpuntodevistacualitativo,atravésdelaobservacióndelasclases,delmodoenquetrabajaronlosalumnosydesusexpresionesorales.

En general, los alumnos afirman que su mayor motivación ha sido la toma deconcienciadesuutilidadparalacomprensióndecontenidosclasificadosporelloscomodifíciles,siendofundamentalaeseobjetivo,larealizacióndelasactividadescondistintoniveldecomplejidad,orientadasadesarrollarprocesosdebúsquedadeconocimientosquerequierennosólodelusodelasimulaciónsinoeldeotrosrecursos,lecturasyanálisisenformacomplementaria.

Es claro que siguiendometodologías de enseñanza que favorecen el aprendizajeactivo se obtienen niveles de logro claramente superiores a los de las clasestradicionales.

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