Download REFERENTES Y REPRESENTACIONES CONCEPTUALES EN LA
Document related concepts
Transcript
REFERENTES Y REPRESENTACIONES CONCEPTUALES EN LA FORMACIÓN DE PROFESORES DE FÍSICA Jaime Duván Reyes Roncancio jdreyesr@udistrital.edu.co Universidad Distrital Francisco José de Caldas Facultad de Ciencias y Educación. Colombia El articulo muestra un análisis de los referentes conceptuales que sobre el concepto de campo eléctrico manifiestan los estudiantes de licenciatura en física de la Universidad Distrital ¨Francisco José de Caldas¨ en el Curso Didáctica de la Fisica II, orientadas con propósitos de enseñanza. Se presentan los resultados de la aplicación de un instrumento utilizado en el trabajo de investigación de aula, así mismo se revela la importancia de valorar el conocimiento físico como componente del conocimiento didáctico del contenido (Shulman, 1986, Marcelo. G., 1992) de los profesores en formación inicial, Los resultados muestran elementos de lo que Guisasola y Furió (1994,2001) han venido develando en términos de la no claridad del salto cualitativo de orden epistémico que requiere la conceptualización del campo eléctrico en términos del aprendizaje y por ende, para este Caso la futura enseñanza. Se cuestiona así la perspectiva epistemológica que se devela en el análisis y algunas consecuencias para la formación de profesores de física en Colombia. Palabras Clave: Conocimiento del profesor, Formación de profesores, física, campo eléctrico, enseñanza, aprendizaje, PCK. Introducción El conocimiento profesional del profesor no surge espontáneamente de la práctica profesional y tampoco del acumulado de años de experiencia, a menos de que ésta haya sido reflexionada y puesta en consideración de cambio o mejoramiento. Así las cosas tanto el conocimiento pedagógico como el de la Disciplina que se enseña se constituyen en componentes generales del conocimiento profesional que adquiere relevancia investigativa en la medida en que los sujetos profesores los involucran en sus practica diarias con los estudiantes. Estos conocimientos tampoco también devienen de la formación que se desarrolle en los estudios académicos de pregrado. En este sentido los profesores en formación inicial del Proyecto Curricular de Licenciatura en Física tienen la oportunidad de tomar cursos de Didáctica de la Física en los que se abordan referentes teóricos y desarrollos investigativos mediante los cuales se posibilita la reflexión acerca de propuestas de enseñaza y alternativas de manejo didáctico con los estudiantes. Uno de estos grupos, el correspondiente al curso Didáctica de la Física II abordó el problema de la enseñanza de la electricidad, situación en la que se involucran no solo perspectivas pedagógicas y didácticas sino también los conceptos físicos asociados, en este caso ideas como carga eléctrica, campo eléctrico y potencial eléctrico fueron consideradas como parte del conocimiento físico que le es inherente al conocimiento didáctico del contenido (Shulman, 1986). Metodología El grupo de estudiantes aplicó un cuestionario sobre conocimiento de contenido en el tema del campo eléctrico, herramienta cuyos resultados de aplicación son objeto del presente artículo en la medida en que representan una forma de revisar los referentes desde los cuales los estudiantes entienden o explican el concepto de campo Eléctrico y que están a la par de sus propuestas de enseñanza. Se advierte aquí que el cuestionario tiene la intención de indagar por el Conocimiento de contenido que el estudiante de licenciatura en física utiliza a la altura de octavo semestre para proyectar propuestas de enseñanza de los conceptos físicos (Campo eléctrico en este caso). En este sentido, el instrumento tienen una naturaleza de orden exploratorio y reflexivo que busca cuestionar a los estudiantes del curso sobre sus posibilidades de proyectar unidades de enseñanza en relación con la identificación de un tipo de dominio de los conceptos físicos y una intencionalidades didácticas. Por esto las preguntas del cuestionario no solo inquieren por el nivel de representación del campo eléctrico sino que se adjuntan cuestionamientos sobre el papel de la historia y la epistemología en este conocimiento, también se pregunta por la importancia del tema en el contexto de la enseñanza y además se solicita presentar lineamientos generales de propuestas alternativas de enseñanza. Análisis de Resultados 1. Definir el campo eléctrico con sus propios términos Según Maxwell (1888): “To render our conception more definite, we shall begin by supposing a conducting body electrified positively and insulated within a hollow conducting vessel. The space between the body and the vessel is filled with air or some other insulating medium. We call it an insulating medium when we regard it simply as retaining the charge of the surface of the electrified body. When we consider it as taking an important part of the manifestation of electric phenomena we shall use Faraday’s expression, and call it a dielectric medium. Finally, when we contemplate the region occupied by the medium as being a part of space in which electric phenomena may be observed, we shall call this region the Electric Field. By using this last expression we are not obliged to figure to ourselves the mode in which the dielectric medium takes part in the phenomena. If we afterwards wish to form a theory of the action of the medium, we may find the term dielectric useful.” (pp. 36-37). En las respuestas de los encuestados la idea de Campo Eléctrico no se asocia en todos los casos con las conceptualizacion de Maxwell y Faraday, especificamente en lo que tiene que ver con la referencia al medio entre cargas, un caso tiene en cuenta el papel del medio en el sentido de igualarlo conceptualmente al campo, en otro caso el campo se entiende como perturbacion del espacio, y llama la atenciòn un caso en el cual el estudiante asume que no hay una definición de Campo Eléctrico. Igualmente un caso representa al campo en términos de la interacción entre un cuerpo cargado y ¨cualquier cuerpo material¨. Esta diversidad de interpretaciones (ver cuadro No. 1) puede estar igual de Eléctrico reflejando diversas como no tal perspectivas solo sino del del epistemológicas concepto fenómeno de Campo de la electrificacion que en la mayoria de los casos pareciera interpretarse de manera implicita desde la perspectiva de acción a distancia. Aquellos casos en donde se hace explicito el papel del medio en el fondo subyace la idea de que la fuerza se debe a las cargas y no al campo. Parece una visión newtoniana en la cual solo actúan las cargas, y no entre el campo y la partícula, como una acción contigua que tarda un tiempo finito para propagarse (como lo introduce Faraday). Tal vez esto se debe al carácter operativo que se le da al campo, así pues, se utiliza el vector intensidad de campo para calcular fuerzas mediante acciones a distancia e instantáneas. Cuadro No.1 Definiciones del campo eléctrico de los estudiantes 1 ¨El campo eléctrico es una propiedad que tiene el espacio para interactuar con los objetos materiales¨. ¨Es un modelo matematico que permite calcular la fuerza que actuaría sobre cualquier carga-la carga de 2 prueba- al interactuar con otra (s)- la carga fuente. - 3 Es una cantidad vectorial¨. 4 ¨El campo eléctrico es aquella región del espacio, la cual representa una fuerza por unidad de carga¨. 5 ¨ Una fuerza de atracción que ejercen las cargas eléctricas y que solo son percibidas por otro cuerpo con carga¨. 6 ¨ El campo eléctrico es la evidencia que se tiene ante la presencia de una carga eléctrica¨ 7 ¨Campo eléctrico. El concepto de campo electrico se introduce para dar explicación de fuerzas a distancia, entre cargas eléctricas, sin embargo no existe una definición estructurada de este concepto¨. 8 ¨Modificación del espacio por la presencia de una carga¨ 9 ¨Es aquella que produce ciertas fuerzas que logra sentir una carga. Otra definción mas matematica es: que es la fuerza que siente la carga por unidad de carga¨. 10 ¨Es aquella región debido a la presencia de una carga electrica, en donde se evidencian propiedades y/o fenomenos electricos¨. 2. Representaciones gráficas del Según campo eléctrico Berkson (1981): ¨Faraday define las líneas de fuerza como líneas cuyas tangentes están siempre en la dirección de la fuerza; en este caso, la fuerza ejercida sobre una partícula cargada en ese punto. En el caso de una sola partícula cargada, las líneas de fuerza son rectas y surgen de la partícula en todas las direcciones como la luz emitida por una fuente luminosa…Pero si tenemos dos partículas cargadas separadas por una cierta distancia, una positiva y la otra negativa el campo resultante presenta líneas de fuerza curvas entre las dos cargas¨. (pg. 119) La representación del Campo Eléctrico (ver grafico No. 1) esta descrita por medio de las líneas de fuerza y en dos casos se utiliza la regla de la Ley de Gauss: “las líneas deben comenzar únicamente en las cargas positivas y terminar en las negativas”. En otro caso la idea Campo Eléctrico pareceria estar asociada a la existencia de minimo dos cargas electricas. Dos casos representan el campo con vectores asociados a puntos del espacio que se pueden extender a todos los puntos del mismo formándose asi las lineas de fuerza. Conviene señalar que algunas representaciones tienen en cuenta el signo de las cargas y la direccion de las lineas de fuerza, aunque en un caso las líneas no son continuas y no presentan dirección como si desde cada punto del espacio saliera una línea. El estudiante 1, no cree que se pueda representar el Campo Eléctrico gráficamente pero si las configuraciones que puede formar el campo con las cargas que interactúa, es decir posiblemente cuando observa el experimento ve las líneas que el conoció como líneas de Campo Eléctrico pero en ningún lado observa tal campo. , Gráfico No. 1. Representaciones Gráficas del Campo Eléctrico 3. La Historia y Epistemología 60 % de los encuestados no reconoce elementos históricos del concepto del campo eléctrico. El 40% (cuadro No.2 ) restante lo relaciona con la problemática asociada a la explicación de las interacciones eléctricas a distancia en términos de la idea de Fuerza. Aquí se reconocen algunos rasgos de que Faraday comenzó a cuestionar respecto a que el espacio no tuviera participación en la interacción entre las cargas (teoría newtoniana). Cuadro No. 2 Referentes histórico epistemológicos ¨Sólo sé que introducido el por la concepto campo inconformidad eléctrico que había fue de que hubiera fuerzas que obraban a distancia¨. ¨Una de las causas fue para poder explicar una ´fuerza a distancia¨. ¨Faraday introdujo el concepto de campo eléctrico para explicar las interacciones a distancia de cargas eléctricas¨. No conocemos con certeza la historia¨. De otra parte, llama la atención que cuando se solicita destacar la importancia de la epistemologia en la enseñanza del concepto de campo eléctrico la tendencia mayoritaria la valora positivamente. En algunos casos se apela a la claridad que brinda el conocer la historia y sus contextos frente a la comprensión del concepto, como lo señalan los siguientes casos: ¨… porque teniendo claro el contexto histórico, y causa epistemológica de su origen, se comprensión facilitara en su el manejo estudio. y Entendido también como una forma de acercamiento al concepto¨. ¨… porque quien conoce de donde surgio una idea se le hace mas fácil entender el concepto¨. Otros casos acuden a la valoración en términos de las difucultades intrínsecas del concepto, en particular a la abstracción compriobar existencia necesaria directamente y (con la imposibilidad los sentidos) de la del campo eléctrico. En este sentido se encuentran afirmaciones como: ¨…porque al igual que las cosas que no podemos ver pero que los fenómenos dan cuenta de que podrian existir, el campo eléctrico damos no cuenta lo de vemos ello y sin al embargo atribuirle propiedades como de que el campo es el que ejerce la fuerza¨. ¨ Porque así como existe el concepto de campo gravitacional para hacer referencia a la propiedad que atrae los cuerpos, así mismo las cargas eléctricas interactúan en el espacio y se construye el concepto de campo eléctrico¨. Se presentan también argumentos a favor de la epistemología como fuente de Conocimiento Didáctico del Contenido en el sentido de valorar el reconocimiento histórico a nivel de las dificultades conexas al proceso de construcción conceptual, es decir que si se reflexiona sobre los errores o formas de analizar el fenómeno se puede eventualmente cualificar su enseñanza. Se encuentran aquí las siguiente afirmaciones: ¨… porque uno tiene que conocer la historia para no cometer los mismos errores que otros cometieron¨. ¨… es importante histórico, concepto esto de hacer un reconocimiento permitira campo y elaborar poder el avanzar conceptualmente¨. ¨… ya que ayudaría a una mayor comprensión de porque la definición misma de campo y su importancia¨. ¨… Porque una mirada al desarrollo histórico de un concepto científico, puede permitir que quien aprende, vea como fue desarrollado y cuales necesidades lo hicieron posible¨. 4. Importancia del campo eléctrico en la electrostática Cuadro No.3 ¨Porque La importancia del Campo Eléctrico así como existe el concepto de campo gravitacional para hacer referencia a la propiedad que atrae los cuerpos, así mismo las cargas eléctricas interactúan en el espacio y se construye el concepto de campo eléctrico.¨ ¨Por permite la fuerza que actua sobre cualquier carga si se conoce la magnitud del campo¨. ¨Para definir un espacio o región donde sucedían los fenómenos electrostáticos¨. ¨Para poder explicar como era que se comunicaba una fuerza a una carga de prueba¨. ¨Para explicar la interacción a distancia entre dos cargas¨. ¨Resolver la idea de acción a distancia entre dos o mas cargas¨. ¨Es un concepto interacción entre para dos formalizar cargas y ubicadas aclarar en la diferentes puntos del espacio¨. ¨Porque reune los principales conceptos de esta, carga, fuerza eléctrica, cargas de prueba, cargas positivas y negativas¨. ¨porque se empieza a describir desde su generación por cargas en reposo. Porque a partir de aquel concepto se pueden deducir (hallar), describir propiedades eléctricas de interés de las cargas en reposo (como la fuerza eléctrica, el calor de la carga, etc)¨. Las referencias al papel del medio como justificación del concepto de campo eléctrico surgen como mecanismo explicativo en términos del concepto de ´espacio¨. Aquí el campo es el mediador para la transferencia de las interacciones entre partículas. Aún cuando también se encuentra que el campo es importante porque explica la comunicación de una fuerza a una carga de prueba, sin embargo la fuerza que se menciona no se origina en ninguna parte (carga) y esta fuerza se puede predecir si se conoce la magnitud del campo. Situación que puede tener un origen en las explicaciones tradicionales del campo a partir de las ecuaciones. Se aprecia de manera particular que la idea de campo eléctrico se justifica desde la misma lógica que parece haber justificado la aparición del concepto de campo gravitacional. 5. Alternativas de Enseñanza Una alternativa de enseñanza propuesta en casos es la de utilizar la analogía mas de dos con el campo gravitacional sin ninguna explicación o justificación adicional, lo que puede suponer que el solo mencionarlo garantizaría la comprensión de la analogía, o que no se requiere ni siquiera establecer los alcances de la misma. En solo uno de los casos la analogía con el campo parece provenir de la teoría general de la relatividad asociada con perturbación masa, esta la idea del se de espacio campo tiempo gravitacional por presencia como de la presenta de la siguiente forma: ¨La manera mas sencilla es compararlo con el campo gravitacional, por ejemplo con una sabana y dos masas. Se extiende la sabana si no tiene nada encima y se pone una masa muy pequeña la masa permanecera quieta, grande pero que si ponemos ´unda´ la una masa sabana la muy masa pequeña se movera¨. Esta analogía manifiesta un tipo de comprensión del campo eléctrico en la que habría que diferenciar la existencia del campo en las dos situaciones señaladas, en la primera cuando se coloca una masa pequeña hay que llamar la atención por la configuración de la sabana, y luego cuando se coloca la otra masa mayor se debería establecer algún análisis sobre el cambio configuración de la sabana, de manera que esto de explique el movimiento de la primera masa. El estudiante que propone esta alternativa no advierte las limitaciones de considerar las cargas eléctricas como masas y tampoco señala algún análisis particular sobre la interacción atractiva propia interacciones del campo atractivas y gravitacional repulsivas propias y las de los campos eléctricos en términos de potencial. En otro caso de uso de analogía (Ver cuadro No. 4) se utiliza la idea de la sensación térmica como indicador de la intensidad del campo eléctrico. En este caso se establecen los componentes relacionan con los de conceptos la analogía asociados eléctrico como carga, Intensidad del campo y al y se campo carga de prueba. La analogía utilizada no solo implica entender el campo desde la perspectiva configuración de Cuadro No. 4 Analogía térmica del campo eléctrico del medio entre cargas eléctricas, invita sino a considerarlo también para caso una carga de el sola eléctrica (un solo bombillo). Se sitúa aquí también la idea de fuerza eléctrica asociada a la sensación térmica de la mano, pero se olvida de advertir la naturaleza de la idea de carga que aquí se expone, ya que adquiere dos connotaciones diferentes, por un lado la carga es el bombillo (los filamentos incandescentes) y por otro lado la carga es la mano. Comentarios Finales 1. La posibilidad de describir las representaciones de los estudiantes sobre el campo eléctrico desde el trabajo de investigación en el aula, permite establecer procesos de intervención didáctica de acuerdo a los contextos construidos en este proceso. 2. Los referentes epistemológicos resultan tener mayor relevancia a la hora de validar la enseñanza del concepto de campo eléctrico en el bachillerato. 3. Se desconocen los referentes históricos asociados a la construcción del concepto del campo eléctrico, tan solo se hacen referencias de segundo orden sobre una supuesta polémica de la explicación de las interacciones entre cargas, lo que permite afirmar que este no es un conocimiento significativo en los encuestados. 4. La idea de generar propuestas de enseñanza alternativas tampoco es un conocimiento significativo a nivel generalizado en los encuestados, situación que cuestiona la formación de los profesores de física desde la perspectiva del aprendizaje creativo. 5. La evidencias señalan posibles caminos para re estructurar cursos de formación didáctica de profesores de física en formación inicial en lo que respecta a la enseñanza del campo eléctrico. Donde uno de los énfasis podría ser el desarrollo de un plan académico de asignatura centrado en el pensamiento creativo y el desarrollo de analogía (Duit, R., 1991) para la enseñanza desde una perspectiva de modelación como lo planteado por Justi R. (2006). 6. Aunque la importancia de la epistemología del concepto de campo es fundamental y tiene una valoración muy alta, los encuestados reconocen que desconocen los referentes histórico epistemológicos de este concepto. REFERENCIAS Berkson, W. (1981). Las teorías de los campos de fuerza desde Faraday hasta Einstein. Madrid: Alianza editorial. Duit, R. (1991). On the role of analogies and metaphors in learning science. Science Education. 75(6). 649 – 672 Furió, c. & Guisasola, J. (1999).Concepciones alternativas y dificultades de aprendizaje en electroestática. Selección de cuestiones elaboradas para su detección y tratamiento. Enseñanza de las Ciencias, 17(3), p. 441-452. Furió, c. & Guisasola, J. (2001). La enseñanza del concepto del campo eléctrico basada en un modelo de aprendizaje como investigación orientada. Revista de Enseñanza de la Física, 19(2), pp. 319-334. Justi, R. (2006) La Enseñanza de Ciencias Basada en la Elaboración de Modelos. Enseñanza de las Ciencias. 24 (2) , 173 – 184. Marcelo, C. (1992) Como Conocen Los Profesores La Materia Que Enseñan. Algunas Contribuciones De La Investigación Sobre Conocimiento Didáctico Del Contenido. Las Didácticas específicas en la Formación del profesorado. Santiago de Compostela (pp 191-211) Maxwell, J. (1888). An Elementary Electricity. Second Edition. New PUBLICATIONS ,2005, INC. Treatise on York: DOVER Shulman, S. L. (1986). Those Who Understand: Knowledge Growth in Teaching. Educational Researcher(February), 414.