Carlos Alberto Miranda Fernández, María Maite Andrés
Instituto Pedagógico de Miranda José Manuel Siso Martínez Caracas, Venezuela. carmirandafisica@gmail.com
Instituto Pedagógico de Caracas. Caracas, Venezuela. maitea@cantv.net
RESUMEN
Mejorar la actividad experimental para la enseñanza de la física en la formación del profesorado es un reto. Del análisis de las diferentes maneras de abordar el trabajo experimental, y la caracterización de los tipos de trabajo de laboratorio con fines educativos concluimos que las actividades experimentales son importantes en la enseñanza de la física, y que conviene proponer distintos tipos de laboratorio. Además, promover el aprendizaje integrando lo teórico y lo metodológico, cosa que no se logra en el laboratorio tradicional. Proponemos una estrategia didáctica para el aprendizaje de la física en el laboratorio basado en la resolución de problemas contextualizados en situaciones reales, dada su potencialidad para el desarrollo conceptual, metodológico y epistemológico.
Palabras Claves: Enseñanza de la Física, trabajo de laboratorio, tipos de experimento, resolución de problemas reales, estrategia didáctica.
Didactic proposal for the learning in the laboratory based on resolution of real problems
ABSTRACT
To improve the experimental physics teaching in teacher training is a challenge. An analysis of the different ways to approach the experimental work, and the characterization of the types of lab work for educational purposes we conclude that the experimental activities are important in physics education, and appropriate to propose various types of laboratory. Also promote learning by integrating theoretical and methodological, which is not achieved in the traditional laboratory. We propose a teaching strategy for teaching physics in the laboratory based on the contextualized problem solving in real situations, given their potential for developing conceptual, methodological and epistemological.
]]> Key words: Physics Education, lab work, types of experiment, solving real problems, teaching strategy.L’apprentissage dans le laboratoire basé sur la résolution de problèmes réels
RESUME
Améliorer l’activité expérimentale pour l’enseignement de la physique dans la formation du professorat c’est un défi. Grâce à l’analyse de différentes manières d’aborder le travail expérimentale et à la caractérisation des types de travaux de laboratoire avec un but éducatif, on peut dire que les activités expérimentales sont importantes pour l’enseignement de la physique et qu’il faudrait créer de différents types de laboratoire. En plus, on devrait promouvoir l’apprentissage théorique-méthodologique vu qu’il n’existe pas dans un laboratoire traditionnel. On propose une stratégie didactique pour l’apprentissage de la physique dans le laboratoire basé sur la résolution de problèmes réels vu sa potentialité pour le développement conceptuel, méthodologique et épistémologique.
Mots-clés: enseignement de la physique, travail de laboratoire, types d’expérimentation, résolution de problèmes réels, stratégie didactique.
Aprendizagem em laboratório a partir da resolusão de problemas reasis
RESUMO
Atividade-piloto para melhorar o ensino de formação de professores de física é um desafio. Análise das diferentes maneiras de abordar o trabalho experimental, e a caracterização dos tipos de trabalhos de laboratório para fins educacionais se pode concluir que as atividades experimentais são importantes na educação da física e é necessário propor diferentes tipos de laboratório. Além disso, promover a aprendizagem, integrando os conhecimentos teóricos e metodológicos, que não é obtida em laboratório tradicional. Propomos uma estratégia de ensino para a aprendizagem de Física no laboratório a partir da resolução de problemas de aplicação em situações reais, dado o seu potencial para o desenvolvimento conceitual, metodológica e epistemológica.
Palavras-chave: Ensino de Física, trabalho de laboratório, os tipos de experiência, resolução de problemas reais, estratégia de ensino.
Recibido: marzo 2009 Aceptado: julio 2009
]]> Una aproximación a la problemáticaLa enseñanza de las ciencias naturales, entre ellas la física, tiene entre sus objetivos, lograr que el estudiante desarrolle sus capacidades, habilidades y destrezas, pero sobre todo despertar en él, una actitud de indagación, es decir, que no sólo vea la física como una colección de conceptos, datos, principios, sino que sea capaz de relacionar los fenómenos y las situaciones de la vida diaria con esas teorías aprendidas y más que eso, lograr que se pregunte el por qué de las cosas. Una de las formas de conseguir esto es con el trabajo de laboratorio (TL).
La física es una ciencia de carácter fáctico, y en ella el experimento puede tener diversas intenciones, según la relación teoría-experimento, se pueden establecer por lo menos tres tipos de experimentos: los de exploración, los de contraste y los de aplicación. Hay grupos de investigación educativa que ya trabajan en base a la clasificación anterior, entre ellos, el proyecto Investigative Science Learning Environment (ISLE) del grupo de la Universidad Rutgers, quienes proponen un sistema de aprendizaje comprensivo para los cursos introductorios de física, Etkina, (S/F) explica cómo
entienden ellos la actividad experimental y señala: "…los experimentos clásicos se pueden enmarcar dentro de por lo menos uno de los siguientes tres grupos: experimentos demostrativos, experimentos para probar modelos teóricos y experimentos de Aplicación" (p. 2).Lamentablemente, en muchas instituciones educativas en Venezuela, incluyendo la Universidad Pedagógica Experimental Libertador (UPEL), las prácticas de laboratorio son presentadas como recetas, es decir, actividades en las que los estudiantes tienen que seguir una serie de pasos para llegar al resultado esperado, sin darle libertad a que
experimenten y tomen decisiones, promoviendo en ellos la construcción de una visión errada acerca del quehacer científico. Tal como se evidencia en los resultados reportados por Andrés, Pesa y Meneses (2006) para los estudiantes universitarios el trabajo experimental (TE):es la divulgación y la búsqueda de vías que permitan llegar al resultado correcto (p. 360).…resulta ser una actividad científica aislada y auto-consistente, dirigida a verificar y comprobar la teoría o a descubrir nuevas leyes. El diseño experimental implica para ellos, básicamente, establecer qué y cómo medir, donde el referente teórico es utilizado sólo para seleccionar las variables y el valor que deben obtener. Aunque consideran necesario repetir las medidas para disminuir el error aleatorio, conciben a las medidas como válidas en sí mismas, y no como rangos de valores en los cuales es probable encontrar la medida. La interpretación de los datos es una actividad con poco significado para estos estudiantes; la mayoría concibe que esta tarea implica hacer el gráfico, dibujar la curva que mejor se ajuste a los datos y calcular los parámetros que la caracterizan. Por último, el intercambio en el seno de la comunidad, tanto de la ciencia como del ámbito educativo, es considerado importante por este grupo de estudiantes, sin embargo, la finalidad principal
En este mismo orden de ideas, Reigosa y Jiménez (2000) plantean la siguiente hipótesis:
que poco tienen que ver con la naturaleza del trabajo científico puede provocar que los alumnos y alumnas desarrollen no sólo una visión distorsionada de éste, sino además una mentalidad en la que la realización de un trabajo práctico es igual a la ejecución de un algoritmo cerrado (p. 283).…la frecuente realización en las aulas de actividades prácticas
Seré (2002) en relación al qué se puede aprender con el TE indica: "Hay numerosos objetivos potenciales que pueden ser dirigidos hacia el laboratorio. "Hacer" y "Aprender a hacer" debe ser tomado tan seriamente como "Comprender" y "Aprender"" (p. 638).
]]> Caamaño (2005) es más preciso en cuanto a los objetivos del TE:Los trabajos prácticos constituyen una de las actividades más importantes en la enseñanza de las ciencias porque promueven la adquisición de una serie de procedimientos y habilidades científicas, desde las más básicas (utilización de aparatos, medición, tratamiento de datos, etc.) hasta las más complejas (investigar y resolver problemas haciendo uso de la experimentación), de ahí la importancia que los trabajos prácticos deben tener como actividad de aprendizaje (p. 56).
Por lo anterior el TE debe ser enfocado de manera tal que los estudiantes adquieran tanto las destrezas en el manejo de la parte instrumental, como las habilidades propias del quehacer ciencia con una indisoluble relación teoría-experimento.
Esta nueva forma de orientar el TE en el ámbito de la enseñanza, también logra incidir en el desarrollo conceptual, sin embargo, el fin principal del TE no es que aprendan conceptos teóricos. Así como hay quienes consideran que con el TE se puede continuar el desarrollo conceptual, pero sin ser ese su fin principal (Andrés, 2005, Seré, 2002, otros), están los que defienden el TE como estrategia para el aprendizaje de conceptos. Entre ellos Lopes (2002) escribe:
…el TE es una ocasión privilegiada para construir y desarrollar conceptos, pues al mismo tiempo que moviliza conceptos será necesario reformular algunos, enriquecer y eventualmente aprender otros. Para situaciones más complejas más allá de los conceptos es necesario construir o utilizar un modelo físico que recurra a una conceptualización de la situación física (p. 116).
El nuevo enfoque del método científico plantea que las ciencias según Crowell, (2006) deberían cumplir con los siguientes principios básicos:
]]> Entonces en la enseñanza de la física se debe tomar en cuenta que no sólo se debe trabajar la teoría, como no sólo se deben hacer trabajos de laboratorio (TL) y menos aún de tipo instrumental, ambas cosas deben estar íntimamente ligadas, las estrategias tienen que ser un ir y venir entre la teoría y la experimentación. Es indudable entonces que en los procesos de enseñanza y aprendizaje de la ciencia, en particular de la física, se le dé importancia al trabajo experimental pero con un nuevo rol y una manera diferente de ser desarrollado.(1) La ciencia es un ciclo entre la teoría y el experimento. Las teorías científicas se crean para explicar los resultados de los experimentos que fueron realizados bajo ciertas condiciones. Una teoría también hará nuevas predicciones sobre nuevos experimentos bajo nuevas condiciones. (2) Las teorías deben predecir y explicar, significa que una teoría es solamente significativa si predice algo que se puede comprobar con medidas experimentales. Es decir, una teoría debe ser comprobable. (3) Los experimentos deben ser reproducibles. Cualquier persona con las habilidades y el equipo necesario debe poder conseguir los mismos resultados del experimento. Un experimento no puede ser reproducido si es secreto, así que la ciencia es necesariamente de dominio público (p. 20).
En consecuencia, parece necesario reorientar las actividades experimentales que habitualmente se realizan en la enseñanza, para intentar darles una visión más próxima al quehacer científico. Una de las formas de lograr ese cambio, es basar el trabajo de laboratorio en la resolución de problemas reales, entendiéndose por estos, problemas que se puedan evidenciar en un contexto real; cambiando por supuesto la forma de organizar el ambiente de aprendizaje tipo receta, donde los estudiantes lo que hacen es seguir unas instrucciones, sino más bien dejar que ellos puedan o bien observar el fenómeno en video o ejecutar la experiencia y en interrelación con modelos teóricos poder arrojar conclusiones sobre lo evidenciado, siempre por supuesto con la orientación de los docentes.
Por otra parte, en algunos textos de física tanto del nivel secundario como universitario (Camero y Crespo, 1994; Brett y Suarez, 2003; Serway, 2005; Resnick, 1998; Tipler, 1999; otros), encontramos al final de cada capítulo problemas reales para ser resueltos con los modelos teóricos expuestos en el mismo, asumiendo una correspondencia exacta entre fenómeno y modelo, sin ningún condicionamiento explícito, simplificando las situaciones reales al punto que los modelos dejan de ser válidos sin que los estudiantes tengan conciencia de esta situación. Una vía para lograr dar cuenta de ello, es contrastar los resultados teóricos con los experimentales, con el consiguiente análisis crítico, ajuste y evaluación empírica de los modelos empleados en la solución teórica o de los diseños para aproximarse a las condiciones del modelo.
En tal sentido, cabe preguntarse entonces:
¿Los resultados derivados de las soluciones teóricas a problemas contextualizados en situaciones reales presentados en los libros de texto, se corresponden con los resultados del estudio experimental de tales situaciones?
¿El estudio experimental de los problemas contextualizados en situaciones reales, permitirá desarrollar actitudes críticas frente a las soluciones dadas en los libros de texto?
¿El desarrollo de trabajos de laboratorios de los tipos exploratorio, contraste y aplicación centrados en la solución de problemas contextuali
zados en situaciones reales contribuyen en la comprensión del significado y rol de los modelos en la ciencia?Propósito de la investigación
El análisis de las diferentes maneras en que se aborda el trabajo experimental en la enseñanza y su efectividad en el aprendizaje, lleva a plantear formas alternativas que combinan lo cognitivo y lo epistemológico. La aplicación del modelo de Andrés (2005) en el abordaje de un problema de mecánica que combina tres tipos de trabajo de laboratorio, nos lleva a proponer una estrategia didáctica para la enseñanza de la física en el laboratorio basada en la resolución de problemas contextualizados en situaciones reales.
Marco Teórico
]]> Al trabajo de laboratorio, TL, en el ámbito educativo, se le asignan tres funciones: conceptual, epistemológica y procedimental, pero aisladas (Seré, 2002). En lo conceptual se reportan dos tendencias, i) Aprender teorías científicas desde el mundo de los fenómenos, como las prácticas para verificar o construir modelos teóricos y leyes físicas, donde parece que la construcción de la teoría es un proceso empírico. ii) Aplicar los conocimientos teóricos en la práctica, considerando que el proceso del trabajo experimental no es posible abordarlo sin conocimientos conceptuales.En el TL lo que los estudiantes hacen es influenciado por su visión acerca de la práctica de la ciencia y de la actividad de los científicos. Si para el TL se le proporcionan los materiales y las instrucciones (receta), muy común en los liceos y universidades (Andrés, 2003), el aprendizaje tiene poco sentido científico y promueve una visión distorsionada de esta.
En el objetivo procedimental, Seré (2002) señala que el conocimiento de los procedimientos, la experiencia, y los enfoques son la llave para la
autonomía de los estudiantes en el laboratorio. Si no somos conscientes de la importancia de los procedimientos en un experimento, el aprendizaje puede resultar memorístico, o si se hace sin relación con las funciones anteriores lo que se aprende es aislado, como ocurre en las prácticas de manejo instrumental.
El TL es importante en el proceso de enseñanza y aprendizaje de la física, pero debe hacerse con una intencionalidad clara y pertinente, y en consecuencia con una manera adecuada de llevarlos a cabo. Se acepta que la finalidad del TL en la enseñanza de la física sea lograr que el estudiante
alcance una comprensión del quehacer experimental. Andrés (2005) plantea que debe dirigirse al desarrollo conceptual del dominio metodológico en relación con el desarrollo conceptual del dominio teórico referido al problema. Ello incidirá en la formación progresiva de una visión acerca de la naturaleza de la ciencia. Además, el estudiante debe aprender en acción frente a la situación (Andrés, Meneses y Pesa, 2008)En atención a la relación entre teoría-experimento, se pueden establecer tres tipos de actividad experimental: exploración, contrastación y aplicación. En la primera se busca que a partir de la observación e interacción con un
nuevo fenómeno, los estudiantes identifiquen regularidades y modelen. La segunda es para contrastar predicciones derivadas desde el modelaje a partir de un fenómeno o desde un análisis teórico. La de aplicación intenta que los estudiantes aprendan a hacer inferencias experimentalmente y aplicar las ideas de la ciencia en la solución práctica (Etkina, s.f.).Metodología
Se diseñó y desarrolló un TL con el enfoque de Andrés (2005), referido un problema contextualizado en situación real (dos pelotas que caen al piso justo una arriba de la otra) ya que contribuye con la comprensión de los modelos teóricos como explicaciones aproximadas de la realidad, y en la medida en que estos permitan predecir valores con un error aceptable se consideran válidos. Se combinaron los tipos de TE descritos.
La reflexión realizada una vez culminado el TL, permitió hacer explícitos los aprendizajes que se logran y organizar una estrategia didáctica para ser implementada en la enseñanza de la física en el laboratorio introductorio de la universidad.
La secuencia de TLs propuesta estádirigida a lograr los siguientes aprendizajes: Conceptuales teóricos: analizar los modelos teóricos implícitos en la situación planteada. Metodológicos
: comprender los principios de ]]> funcionamiento de los instrumentos de medición, analizar la teoría de errores de medición. Procedimentales: formular hipótesis; recolectar, procesar, analizar e interpretar datos; elaborar síntesis y conclusiones; y derivar nuevas preguntas o acciones para seguir investigando. Epistemológicos: comprender la relación teoría- experimento, analizar críticamente los modelos teóricos empleados en la solución de problemas, así como los resultados experimentales.Estrategia didáctica propuesta
Al diseñar una estrategia didáctica se debe tener muy claro el objetivo que se quiere lograr con la misma. En esta investigación, se establecieron algunos de los objetivos a lograr con el trabajo experimental TE, tales como que los
estudiantes comprendan el quehacer experimental, los procesos del dominio metodológico, y por supuesto, continúen con el aprendizaje del desarrollo conceptual relacionado con el área teórica del problema de laboratorio.La estrategia didáctica que parece ser más apropiada para lo anterior,
debe poseer algunas características: 1) ser abierta, con procesos reflexivos entre los propios estudiantes acerca de lo que sucede en el laboratorio y con mediación permanente del docente, 2) ser flexible, que no sea una camisa de fuerza como el laboratorio receta, que entre el docente y los estudiantes puedan ir planificando y evaluando los pasos a seguir según se presenten los acontecimientos, 3) ser dinámico, siempre estar en ese ir y venir entre la teoría y la experimentación, 4) ser factible, que todas las fases y detalles del TE sea comprendidos por los actores que intervienen en el mismo.En todo momento el TE debe estar centrado en el estudiante, en su formación; el docente serviráde mediador para el logro de los objetivos que se propongan (docentes y estudiantes), en relación con el TE. Por su puesto que el estudiante debe tener disposición para aprender y debe estar consciente de los procesos científicos a los cuales se enfrenta.
En el laboratorio tradicional el estudiante es pasivo, en el sentido que espera que el docente le indique los pasos a seguir: cómo hacer el montaje, le entregue los materiales, y le señale cómo obtener los datos, para luego entregar un informe en el próximo encuentro.
En la estrategia que proponemos los estudiantes deben ser activos, ya que, deben estudiar el modelo teórico del fenómeno que abordaran como solución al problema, para luego, diseñar el experimento, llevarlo a cabo, procesar, analizar y discutir con el grupo en general los resultados obtenidos
para finalmente preparar y entregar un reporte del trabajo realizado. El docente lo revisará y entregará con las indicaciones de las cosas que se deben corregir, mejorar o propondrá un debate entre los diferentes grupos.En el caso tradicional de la actividad experimental en los institutos educativos tanto de secundaria como universitarios lo importante es hacer una gran cantidad de prácticas. Con nuestra propuesta lo que se busca es que los estudiantes aprendan a diseñar y ejecutar los procesos del quehacer
científico y a su vez profundicen en el desarrollo conceptual de la teoría asociada con cada TL, por lo que no importa si se hacen pocos TL en un período académico, siempre y cuando que con él se logren los objetivos de aprendizaje explícitamente planteados.La organización del ambiente de aprendizaje para la propuesta didáctica que presentamos para un nivel universitario, la dividimos en 5 momentos:
Momento 1, exploratoria: Se plantea el problema a abordar, se hacen preguntas para activar las ideas y debatir, y además despertar el interés de los estudiantes. Después se puede observar el video del fenómeno o invitar a los estudiantes a realizar la experiencia. Contrastar las respuestas dadas por los estudiantes con lo observado, y analizar los modelos considerados en sus respuestas iníciales. Derivar la necesidad de revisar el cuerpo teórico de la disciplina para encontrar explicaciones.
]]> Momento 2, de contraste: Se orienta a los estudiantes para que investiguen los modelos teóricos que permiten explicar el problema, para discutirlo en plenaria. En esta actividad se identifican los conceptos claves, las relaciones (modelos) y las hipótesis derivadas de ellas, con sus condiciones teóricas. Se formulan nuevas preguntas de tipo experimental que conllevan al diseño y ejecución de experimentos.Momento 3: Derivar de la discusión de resultados, la evaluación de posibles factores que permitan explicar la discrepancia modelo-resultados, proponiendo ajustes en ellos.
Momento 4: Retomar el modelo explicativo del problema incorporando los ajustes y diseñar experiencias de aplicación.
Momento 5: Los estudiantes presentan el reporte de la actividad realizada, haciendo una reflexión de todo el proceso del TL a la luz de la V del laboratorio, que se empleó para guiarlo (Andres, Pesa y Meneses, 2006).
Conclusiones
No cabe duda que hay que darle un giro al proceso de enseñanza en el laboratorio que se lleva a cabo en nuestras instituciones de secundaria y
universitarias, la actividad experimental realizada por los docentes muestra deficiencias en el ámbito pedagógico y didáctico, puesto que, muchos de
los docentes en ejercicio aplican el método tradicional de enseñanza con los laboratorios tipo receta.Las actividades experimentales son importantes en la enseñanza de
la física; el objetivo que se quiera lograr con ellas determinaráel tipo de trabajo experimental a desarrollar (exploratorio, de contraste y de aplicación), estos se pueden realizar independientes, o combinados según lo que se espere aprender.Se hace necesario fomentar la realización de experiencias de laboratorio que contribuyan de manera decisiva a incentivar el interés de los
estudiantes, posibilitando con ello un aprendizaje significativo de la física. Además, consideramos que la estrategia didáctica propuesta para el TL mejora el aprendizaje, ya que, en ella lo importante son lo procedimental, lo metodológico y lo epistemológico integrados con los contenidos teóricos, cosa que no se logra con el laboratorio tradicional. Esta forma de organizar el aprendizaje puede significar hacer menos TLs por período, pero desde este enfoque menos es más.En nuestra propuesta el estudiante parte de una situación real inicial, donde se activan interrogantes y análisis que de ella hagan los mismos. Luego se hace el contraste de lo que se predice en una primera experiencia y lo que dice el modelo experimental, es aquí donde se deben cuidar los detalles inherentes al modelo experimental y que muchas veces en los problemas planteados no se toman en cuenta. Los resultados también pueden llevar a replantear el diseño experimental, algo que hay que dejar muy claro es que en la actividad experimental no se puede separar la teoría de la práctica, es una relación indisoluble, es un ir y venir de la teoría a la práctica y viceversa, en este trabajo consideramos que esto se hace evidente de manera clara. Ya analizado y llevado a cabo el experimento se buscan situaciones donde se puedan aplicar los conceptos y principios estudiados en las experiencias
anteriores, como el caso de la determinación del coeficiente de restitución de las pelotas en este trabajo. ]]> Esta propuesta didáctica puede servir de prototipo para los docentes de otras áreas científicas, ya que, se puede adaptar a diferentes niveles y fenómenos que se quieran estudiar.Con la estrategia didáctica propuesta, se pueden alcanzar múltiples objetivos, y los estudiantes pueden adquirir conocimientos y destrezas, que no conseguirían con ninguna otra actividad de enseñanza. El laboratorio de física se puede convertir en un escenario para que los estudiantes se
apropien del conocimiento del quehacer experimental y para promover la
construcción de una visión acerca del hacer científico más cónsono con lo aceptado hoy en día.Algunas Recomendaciones
Al aplicar la propuesta se debe tener en cuenta:
La intencionalidad educativa, lo que se quiere lograr con esa actividad y por último, pero no menos importante el contexto en el cual se realiza. ]]> Debería prepararse material escrito que sirva de guía a los docentes para llevar a cabo estrategias didácticas como la que se propone y ofrecer talleres a los docentes en servicio, donde se le presenten este tipo de estrategias y así puedan aplicarlas en sus aulas de clase. Así mismo, preparar videos de situaciones problemas como el de este trabajo para organizar un banco de películas a ser usadas en los cursos tanto de teoría como de laboratorio, con los datos ya previamente obtenidos según diferentes preguntas experimentales, para ser usados en contextos educativos donde no se tiene acceso a computadoras para todos los estudiantes.1. En primer lugar el nivel educativo al que va estar dirigido el trabajo experimental, si es a la Educación Básica, o al Nivel Medio, Diversificado y Profesional, con el fin de establecer los objetivos de aprendizaje esperados y el grado de medidas a realizar.
2. El tipo de estudiantes al que está dirigido el trabajo de laboratorio, si se están formando en el área tecnológica, científica, docente o es para cultura general (conocimiento desde la ciencia que debe poseer cada individuo para enfrentar su vida cotidiana), se puede entonces establecer que para el área tecnológica es más idóneo el laboratorio de aplicación; en el área científica es más pertinente a nivel investigativo, de contrastación; ó, el que se forma para ser docente, necesita abordar los tres roles.
3. El tipo de curso también es importante, ya que pueden ser cursos netamente teóricos, teórico-prácticos o netamente prácticos.
4.
Referencias
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