Contraste entre Diseño Instruccional basado en el uso de ...

Contraste entre Diseño Instruccional basado en el uso de TIC y Aprendizaje Activo para la

comprensión de la ley de Ohm

Jhonnatan Efrén Pérez Rojas

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Ciencias

Bogotá, Colombia

2020

Contraste entre Diseño Instruccional basado en el uso de TIC y Aprendizaje Activo para la

comprensión de la ley de Ohm

Jhonnatan Efrén Pérez Rojas

Tesis o trabajo de investigación presentada(o) como requisito parcial para optar al título

de:

Magister en la enseñanza de las ciencias exactas y naturales

Director (a):

Rafael Ramón Rey González Dr. Sc.

Línea de Investigación:

Investigación Acción con implementación de un Diseño Experimental

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Ciencias

Bogotá, Colombia

2020

(Dedicatoria)

A mi querida madre, en reconocimiento de su

esfuerzo, su lucha y su amor.

Porque siempre ha encontrado la forma de brindar lo

mejor a sus hijos: un hogar, un abrigo, una voz de

aliento…

Estas cortas líneas, el título otorgado por este trabajo

y mi profesión son el resultado de su lucha

Declaración de obra original

Yo declaro lo siguiente:

He leído el Acuerdo 035 de 2003 del Consejo Académico de la Universidad Nacional.

«Reglamento sobre propiedad intelectual» y la Normatividad Nacional relacionada al

respeto de los derechos de autor. Esta disertación representa mi trabajo original, excepto

donde he reconocido las ideas, las palabras, o materiales de otros autores.

Cuando se han presentado ideas o palabras de otros autores en esta disertación, he

realizado su respectivo reconocimiento aplicando correctamente los esquemas de citas y

referencias bibliográficas en el estilo requerido.

He obtenido el permiso del autor o editor para incluir cualquier material con derechos de

autor (por ejemplo, tablas, figuras, instrumentos de encuesta o grandes porciones de

texto).

Por último, he sometido esta disertación a la herramienta de integridad académica, definida

por la universidad.

Nombre: Jhonnatan Efrén Pérez Rojas

Fecha 31/01/2021

Agradecimientos

Para el desarrollo de este proyecto, fue necesaria la participación y colaboración de un

diligente grupo de estudiantes y el acompañamiento de grandes profesionales, a todos

ellos les manifiesto mi agradecimiento.

Al profesor Rafael Rey por guiarme en la construcción de este proyecto, por su tiempo y

enseñanzas.

A los estudiantes de grado séptimo del colegio Agustiniano Norte promoción 2022, gracias

por escuchar, preguntar y participar de forma activa durante el proceso de implementación

de las estrategias de enseñanza.

A los docentes de la Maestría en Enseñanza de las Ciencias Exactas y Naturales por

compartir sus enseñanzas y transmitir su preocupación por la necesidad de mejorar la

educación de nuestro país.

Resumen y Abstract VII

Resumen

Contraste entre Diseño Instruccional basado en el uso de TIC y Aprendizaje Activo

para la comprensión de la ley de Ohm

El desarrollo de esta investigación involucra las clases de física para estudiantes de grado

séptimo del colegio Agustiniano Norte, con el objetivo de comparar el aprendizaje de la ley

de Ohm alcanzado mediante dos estrategias didácticas, una fundamentada en el diseño

instruccional basado en el uso TIC y otra considerando el aprendizaje activo como enfoque

didáctico y el uso de experimentos dentro del aula. La propuesta cuenta con instrumentos

de evaluación y pruebas estadísticas que permitieron verificar la eficiencia de cada una y

así lograr realizar un contraste.

Pruebas estadísticas no paramétricas como: Kolmogorov-Smirnov (K-S), de rangos con

signos de Wilcoxon y U de Mann-Whitney, permitieron constatar el progreso en el

aprendizaje de los estudiantes luego de la intervención. De esta manera, los resultados

muestran una eficiencia que varía entre el 81 y 98% permitiendo concluir que el uso de

cada una generó cambios estadísticamente significativos en el aprendizaje. Adicional a

esto, un estudio intergrupal establece que la diferencia entre los resultados obtenidos por

ambos grupos es mínima. El coeficiente g de Hedges derivado de comparar los resultados

obtenidos, muestra valores menores que cero (g < 0) en cada una de las pruebas. Esto

significa que, en promedio, los resultados obtenidos con cada una de las estrategias son

equivalentes entre sí. Finalmente, teniendo en cuenta los resultados del análisis cualitativo,

hallados mediante la intervención de aula, se perciben diferencias entre las estrategias

implementadas tales como: tiempo de clase, intervención del estudiante e intervención del

docente.

Palabras clave: Aprendizaje activo, diseño Instruccional, aprendizaje significativo

pruebas no paramétricas, ley de Ohm.

VIII Contraste entre Diseño Instruccional basado en el uso de TIC y Aprendizaje

Activo para la comprensión de la ley de Ohm

Abstract

Contrast between Instructional Design based on the use of ICT and Active Learning

for the understanding of Ohm's law

The development of this research involves physics classes for seventh grade students from

the Agustiniano Norte school, with the objective of comparing the learning of Ohm's law

achieved through two didactic strategies, one based on the instructional design based on

the use of ICT and another considering active learning as a didactic approach and the use

of experiments in the classroom. The proposal has evaluation instruments and statistical

tests that allowed to verify the efficiency of each one and thus achieve a contrast.

Nonparametric statistical tests such as: Kolmogorov-Smirnov (K-S), Wilcoxon signed rank

test and Mann-Whitney U, made it possible to verify the progress in student learning after

the intervention. In this way, the results show an efficiency that varies between 81 and 98%

allowing to conclude that the use of each one generated statistically significant changes in

learning. In addition to this, an intergroup study establishes that the difference between the

results obtained by both groups is minimal. The Hedges g coefficient, derived from

comparing the results obtained, shows values less than zero (g <0) in each of the tests.

This means that, on average, the results obtained with each of the strategies are equivalent

to each other. Finally, taking into account the results of the qualitative analysis, found

through the classroom intervention, differences are perceived between the implemented

strategies such as: class time, student intervention and teacher intervention.

Keywords: Active learning, Instructional design, meaningful learning, non-

parametric tests, Ohm's law.

Contenido IX

Contenido

Pág.

Lista de figuras...............................................................................................................XI

Lista de tablas................................................................................................................XIII

Introducción.....................................................................................................................14

DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA ............................................................................. 16 1.1 Planteamiento del problema ................................................................................ 16 1.2 Objetivos ............................................................................................................... 17

1.2.1 Objetivo general ............................................................................................... 17 1.2.2 Objetivos específicos........................................................................................ 18

FUNDAMENTOS TEÓRICOS..................................................................................... 19 2.1 Marco disciplinar .................................................................................................. 19

2.1.1 Carga eléctrica.................................................................................................. 19 2.1.2 Trabajo mecánico ............................................................................................. 20 2.1.3 Corriente eléctrica ............................................................................................ 21 2.1.4 Densidad de corriente ...................................................................................... 23 2.1.5 Energía potencial eléctrica ............................................................................... 24 2.1.6 Potencial eléctrico ............................................................................................ 25 2.1.7 Resistencia eléctrica ......................................................................................... 27 2.1.8 Ley de Ohm ...................................................................................................... 29

2.2 Marco pedagógico o didáctico ............................................................................. 30 2.2.1 Investigación Acción ......................................................................................... 30 2.2.2 Aprendizaje significativo ................................................................................... 32 2.2.3 Aprendizaje Activo ............................................................................................ 34 2.2.4 Diseño Instruccional basado en el uso de TIC ................................................ 36

2.3 Herramientas estadísticas empleadas para el análisis de datos. ....................... 38 2.3.1 Estadística inferencial....................................................................................... 40 2.3.2 Hipótesis estadística y nivel de significación ................................................... 42 2.3.3 Prueba de Kolmogorov-Smirnov (K-S) ............................................................ 43 2.3.4 Prueba de rangos con signos de Wilcoxon ..................................................... 44 2.3.5 Prueba no paramétrica U de Mann-Whitney ................................................... 46 2.3.6 El tamaño del efecto o magnitud de la diferencia ............................................ 48

ESTRATEGIA DE AULA PARA LA ENSEÑANZA DE LA LEY OHM ..................... 51 3.1 Aspectos generales .............................................................................................. 51

X Contraste entre Diseño Instruccional basado en el uso de TIC y Aprendizaje


3.2 Actividades ........................................................................................................... 52

3.2.1 Actividad 1: actividad de entrada ..................................................................... 52 3.2.2 Actividad 2: materiales conductores: una aproximación a los conceptos corriente, voltaje y resistencia eléctrica ...................................................................... 54 3.2.3 Actividad 3: flujo de corriente a través de circuitos en serie y paralelo........... 58 3.2.4 Actividad 4: Características de la ley de Ohm ................................................. 63

IMPLEMENTACIÓN .................................................................................................... 69 4.1 Diseño de las pruebas ......................................................................................... 69 4.2 Resultados cualitativos ........................................................................................ 83

4.2.1 Actividad 1: actividad de entrada ..................................................................... 84 4.2.2 Actividad 2: materiales conductores, una aproximación a los conceptos corriente, voltaje y resistencia eléctrica ...................................................................... 87 4.2.3 Actividad 3: flujo de corriente a través de circuitos serie y paralelo ................ 90 4.2.4 Actividad 4: Características de la ley de Ohm ................................................. 94

4.3 Resultados cuantitativos ...................................................................................... 96 4.3.1 Prueba de normalidad ...................................................................................... 96 4.3.2 Comparación intergrupal (prueba de Mann-Whitney para muestras independientes) ........................................................................................................... 97 4.3.3 Resúmenes de casos ....................................................................................... 99 4.3.4 Comparación intragrupal (prueba de rangos con signo de Wilcoxon para muestras relacionadas) ............................................................................................. 100 4.3.5 Resúmenes de casos ..................................................................................... 102

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................... 107 5.1 Conclusiones ...................................................................................................... 107 5.2 Recomendaciones ............................................................................................. 109

A. Anexo: Actividad 1....................................................................................................110

B. Anexo: Actividad 2 – Grupo experimental..............................................................111

C. Anexo: Actividad 2 – Grupo control........................................................................112

D. Anexo: Actividad 3 –Grupo experimental...............................................................113

E. Anexo: Actividad 3 – Grupo control........................................................................116

F. Anexo: Actividad 4 – Grupo experimental..............................................................118

G. Anexo: Actividad 4 – Grupo control.......................................................................120

H. Anexo: Formulario de observación de clase.........................................................121

Referencias .............................................................................................................. 122

Lista de figuras XI

Lista de figuras

Pág.

Figura 2.1-1: Átomos de hidrógeno y helio. ...................................................................... 20

Figura 2.1-2: Flujo de corriente en un circuito básico. ...................................................... 22

Figura 2.2-1: Ciclo PODS. ................................................................................................. 35

Figura 2.2-2: Pasos de las clases interactivas con demostración. ................................... 36

Figura 2.2-3: Fases del modelo instruccional ADDIE. ...................................................... 38

Figura 3.2-1: a) Circuito básico, b) Tabla de datos. .......................................................... 55

Figura 3.2-2: Circuito con resistencia. ............................................................................... 55

Figura 3.2-3: a) Tabla de datos serie, b) Circuito con baterías, c) Tabla de datos paralelo.

............................................................................................................................................. 56

Figura 3.2-4: Circuito básico. ............................................................................................. 56

Figura 3.2-5: Circuito básico 1. .......................................................................................... 57

Figura 3.2-6: Circuito básico 2. .......................................................................................... 58

Figura 3.2-7: Circuitos en serie. ......................................................................................... 59

Figura 3.2-8: Tabla de resultados 1. .................................................................................. 59

Figura 3.2-9: Circuitos en paralelo. ................................................................................... 60

Figura 3.2-10: Tabla de resultados 2. ................................................................................ 60

Figura 3.2-11: Circuitos en serie y paralelo. ...................................................................... 61

Figura 3.2-12: Circuito II. ................................................................................................... 62

Figura 3.2-13: Circuitos I y II. ............................................................................................. 62

Figura 3.2-14: Circuito III. .................................................................................................. 62

Figura 3.2-15: Circuito con resistencia. ............................................................................. 64

Figura 3.2-16: Tabla de datos. ........................................................................................... 64

Figura 3.2-17: Corriente Vs Voltaje. .................................................................................. 64

Figura 3.2-18: Corriente en función de la resistencia. ...................................................... 65

Figura 3.2-19: Corriente Vs resistencia. ............................................................................ 65

Figura 3.2-20: Circuito con resistencias en serie. ............................................................. 66

Figura 3.2-21:Tabla de datos 1.......................................................................................... 67

Figura 3.2-22:Tabla de datos 2.......................................................................................... 67

Figura 4.2.1-1: a) Trabajo proporcional a la fuerza, b) Trabajo proporcional a la altura. . 84

Figura 4.2-2: Desarrollo de actividad 2 (grupo experimental). .......................................... 87

Figura 4.2-3: Desarrollo de actividad 2 (grupo control). .................................................... 89

Figura 4.2-4: Desarrollo de la actividad 4 (grupo experimental). ...................................... 92

Lista de tablas XIII

Lista de tablas

Pág.

Tabla 2-1: Conductividades eléctricas a temperatura ambiente. ...................................... 28

Tabla 4-1: Categorías de observación. .............................................................................. 83

Tabla 4-2: Resultados cualitativos de la actividad 1 (Grupo control). ............................... 85

Tabla 4-3: Resultados cualitativos de la actividad 1 (Grupo experimental). ..................... 86

Tabla 4-4: Resultados cualitativos de la actividad 2 (grupo experimental). ...................... 88

Tabla 4-5: Resultados cualitativos de la actividad 2 (grupo control). ................................ 89

Tabla 4-6: Prueba de normalidad de los resultados globales. Comparación entre la

función de distribución de los datos experimentales con la función de distribución normal

teórica.................................................................................................................................. 96

Tabla 4-7: Resultados prueba de Mann-Whiteney para muestras independientes. ......... 97

Tabla 4-8: Resúmenes de casos. Se muestran estadísticos descriptivos y de prueba. .. 99

Tabla 4-9: Prueba de normalidad de las diferencias de resultados obtenidos en las

pruebas de conocimiento. Comparación entre la función de distribución de los datos

experimentales con la función de distribución normal teórica. A) grupo control y B) grupo

experimental...................................................................................................................... 100

Tabla 4-10: Prueba de rango con signo de Wilcoxon. N corresponde a la cantidad de

estudiantes. Contraste entre las pruebas PRETEST Vs POSTEST2019. ...................... 101

Tabla 4-11: Estadísticos de prueba obtenidos con la prueba de rangos de Wilcoxon.

Contraste entre las pruebas PRE2019 Vs POS2019. ..................................................... 102

Tabla 4-12: Resúmenes de casos. Se muestran estadísticos descriptivos y de prueba.

Contraste entre las pruebas PRETEST Vs POSTEST2019. ........................................... 102


estudiantes. Contraste entre las pruebas PRETEST Vs POSTEST2020. ...................... 103





Introducción 14

Introducción

El colegio Agustiniano Norte integra a su plan de estudios la enseñanza de la física, desde

el grado sexto hasta grado once, ofreciendo al estudiante desde temprana edad un

acercamiento a los conceptos propios de la disciplina. Así, al iniciar grado décimo el

estudiante contará con los conocimientos básicos para abordar los contenidos específicos

de las temáticas de este nivel de educación. Para grado séptimo se establece el

electromagnetismo como eje articulador en el proceso de enseñanza-aprendizaje, con una

intensidad horaria de 90 minutos semanales. Un tópico particular para el tercer periodo es

la ley Ohm, lo cual trae consigo una serie de retos. En este nivel de escolaridad, los

estudiantes no cuentan con el dominio de objetos matemáticos correspondientes al estudio

de funciones. Además, el trabajo experimental se ve condicionado por la mínima

experiencia de los educandos para manipular materiales de laboratorio como placas de

prueba, multímetro o fuentes de energía.

Por otro lado, el Proyecto Educativo Institucional contempla, para ciencias naturales

abordar las siguientes competencias: explicación de fenómenos, indagación y uso

comprensivo del conocimiento científico. Se hace recurrente dentro de la metodología

empleada por el docente, implementar las clases magistrales vinculando, a lo sumo,

material audiovisual de apoyo como: videos, simulaciones y esquemas o representaciones

gráficas, negando, con esto, la posibilidad de desarrollar un aprendizaje significativo.

Como alternativa para la enseñanza de las ciencias se propone el uso de simulaciones u

objetos virtuales de aprendizaje, buscando además de la construcción del conocimiento,

motivar al estudiante en su proceso de formación incluyendo el uso de tecnologías de la

información y comunicación (TIC) como estrategia de aula (Delgado, Arrieta, & Riveros,

2009). Sin embargo, en un estudio entregado por la Organización para la Cooperación y

el Desarrollo Económico (OECD, 2015) se menciona que los resultados obtenidos por

estudiantes latinoamericanos en las pruebas PISA de lectura digital y matemáticas

basadas en computadora fueron bajos, a pesar de que estos países figuran como líderes

Introducción 15

en el uso de tecnologías para la enseñanza. Además, para el 2012 la competencia lectora

de los estudiantes que emplean TIC para el desarrollo de actividades escolares descendió.

Mostrando así la necesidad de modificar la actividad del docente, de tal manera que se

logre una mejora en el aprendizaje de los estudiantes, incluyendo el uso de tecnologías

dentro de las estrategias de enseñanza de manera objetiva y eficiente.

Ante esta visión (Castellanos S, 2015) describe, a manera de conclusión, que los

resultados bajos obtenidos al implementar tecnologías de la información y comunicación

en su proceso de enseñanza no son consecuencia de la herramienta tecnológica, sino de

la falta de formación del docente para un adecuado uso de las TIC en la educación. El

resultado final se limita a usos básicos como: “una calculadora, procesadores de texto o

ayudantes de diseño costosos”, reduciéndolas a un adorno dentro de la clase. Para lograr

un máximo aprovechamiento de las TIC, es necesario vincular los conocimientos

disciplinares con la innovación y el uso potencial de simulaciones. De esta manera, al

implementar una herramienta tecnológica en el aula de clase, se debe diseñar una

estrategia didáctica enmarcada dentro de un enfoque pedagógico y disciplinar, fijando

unos objetivos de aprendizaje específicos y realizables. Además, es necesario direccionar

al estudiante frente al uso adecuado de estas herramientas, así como su aplicación dentro

del proceso de enseñanza-aprendizaje.

Buscando una mejora en la práctica docente y en el desarrollo de competencias, es puesto

en marcha un proceso de enseñanza-aprendizaje enmarcado en la metodología de la

investigación acción con diseño experimental, contando con un grupo control y otro

experimental. Este proceso requiere implementar dos estrategias de enseñanza-

aprendizaje, luego comparar los resultados obtenidos con cada una y así cumplir con el

objetivo de contrastar la eficiencia de cada estrategia en función del aprendizaje

significativo sobre la ley de Ohm. La investigación acción permite, además de comprender

la problemática propia del escenario educativo, implementar una estrategia práctica en

busca de la mejora de dicha situación. A través de las acciones previamente diseñadas se

logra recolectar y sistematizar la información que respalda los cambios observados. Esta

metodología ofrece la posibilidad de vincular la teoría con la práctica, genera un espacio

de dialogo entre los participantes y el investigador, de tal manera que a través de la

retroalimentación llevada a cabo dentro del contexto de clase y en la cual se considera la

participación del estudiante, es posible construir los diferentes aprendizajes.

16

DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

1.1 Planteamiento del problema

Lograr construir un aprendizaje significativo y a su vez desarrollar competencias en los

estudiantes, es el reto que asume el docente del colegio Agustiniano Norte. Esto implica

reformar su práctica docente, dejando a un lado la clase tradicional basada netamente en

el desarrollo de conceptos y temáticas, sin poner atención en las necesidades específicas

de los educandos, para vincular actividades centradas en el estudiante con el objetivo de

desarrollar un aprendizaje basado en la reconstrucción de conceptos previos.

Una opción para desarrollar una clase centrada en el estudiante es incluir herramientas

tecnológicas durante el proceso de enseñanza. (Gonzalez López, 2014) concluye en su

trabajo que de esta manera el estudiante interactúa con los conceptos, cambiando la

dinámica de clase haciéndola más interesante y logrando la construcción del conocimiento

a través de la práctica; acercándonos de esta manera a la concepción de un aprendizaje

significativo. No obstante, en el trabajo desarrollado por (Calderon, 2016) se obtienen

resultados óptimos al implementar prácticas de laboratorio virtual en el proceso de

enseñanza de la ley de Ohm. Sin embargo, esta estrategia se centró únicamente en ofrecer

una alternativa para abordar los conceptos disciplinares. De acuerdo con (Díaz Barriga ,

2013) este trabajo se puede mejorar incluyendo estrategias didácticas que contengan

dentro de sus objetivos desarrollar competencias en los estudiantes. Además, obtener

nueva información sobre este proceso sirve como complemento para aportar al

mejoramiento de este campo de estudio.

Desde otra perspectiva (Barbosa, 2008) describe en su artículo las ventajas que ofrece el

uso de prácticas demostrativas o experimentos discrepantes dentro del proceso de

enseñanza-aprendizaje en el campo de la física. Vincular estas prácticas dentro de la

metodología del aprendizaje activo hace que el estudiante desarrolle procesos de

Capítulo 1 17

pensamiento como: explicar, formular, argumentar, analizar, predecir, identificar, relacionar

entre otros. Esto hace que el estudiante adopte una postura participativa en el proceso de

aprendizaje supliendo las necesidades de motivación y gusto por aprender. Por otra parte,

(Orozco Martinez, 2012) destaca el uso del aprendizaje activo como metodología de

enseñanza, porque permite que el estudiante logre cambiar sus preconcepciones o

creencias de acuerdo al resultado de una práctica experimental, resalta la construcción de

conceptos a partir de la observación y discusión, muestra el uso del laboratorio como un

ambiente propicio para el aprendizaje.

De acuerdo con lo anterior surge el interrogante ¿Qué tipo de estrategia didáctica ofrece

mejores resultados en el proceso de aprehensión de los conceptos relacionados en la ley

de Ohm, desarrollando a su vez, con mayor eficiencia las diferentes competencias

científicas1 en los estudiantes de grado séptimo del colegio Agustiniano Norte? Para dar

respuesta al interrogante se propone diseñar y aplicar dos estrategias didácticas, para

luego comparar los resultados obtenidos sobre el aprendizaje significativo de la ley de

Ohm, considerando a su vez el desarrollo de competencias científicas. Por un lado se

empleará la metodología correspondiente al aprendizaje activo empleando material real en

prácticas demostrativas, en contraste se considera el diseño instruccional basado en el

uso de TIC, particularmente con la implementación de objetos virtuales de aprendizaje

proporcionados por la página web Phet Interactive Simulations (Perkins & Wieman, 2002).

1.2 Objetivos

1.2.1 Objetivo general

Comparar el aprendizaje de los estudiantes mediante dos estrategias didácticas, una

fundamentada en el diseño instruccional basado en el uso TIC y otra considerando el

aprendizaje activo como enfoque didáctico, dentro del proceso enseñanza-aprendizaje de

la ley Ohm en grado séptimo del colegio Agustiniano Norte.

1 Las competencias para ciencias naturales evaluadas en la pruebas saber son: indagación, uso comprensivo del conocimiento científico y explicación de fenómenos (Instituto Colombiano para la Evaluación de la Educación (icfes), © Icfes, 2018)

18 Contraste entre Diseño Instruccional basado en el uso de TIC y Aprendizaje


1.2.2 Objetivos específicos

• Reconocer e identificar los conceptos previos, relacionados con la ley de Ohm, que

poseen y emplean los estudiantes de grado séptimo.

• Diseñar y organizar actividades como dos estrategias didácticas diferentes, una

comprendiendo el uso de TIC y otra basada en el aprendizaje activo, acordes a los

fundamentos teóricos y epistemológicos

• Evaluar de forma estadística la eficiencia de cada estrategia, en relación con el

aprendizaje significativo de la ley de Ohm y el desarrollo de competencias propias

de las ciencias naturales (explicación de fenómenos, indagación, y uso

comprensivo del conocimiento científico).

• Identificar cuál estrategia presenta mejores índices de aprendizaje de la ley de Ohm

y el desarrollo de competencias científicas.

19

FUNDAMENTOS TEÓRICOS

Para la elaboración de las estrategias didácticas es necesario fijar dos ejes articuladores,

el primero comprende el marco disciplinar necesario para argumentar, desde la teoría,

cada uno de los conceptos físicos incluidos en el estudio de la ley de Ohm, y el segundo

consiste en un marco pedagógico, el cual fundamenta el diseño y las secuencias de las

actividades de enseñanza. A continuación, se da inicio con el desarrollo del marco

disciplinar.

2.1 Marco disciplinar

La ley de Ohm, a grosso modo, describe la relación de tres conceptos fundamentales,

corriente eléctrica, voltaje y resistencia. Antes de entrar en detalle sobre cada uno, es

necesario comprender la definición de carga eléctrica, trabajo y energía potencial eléctrica.

A continuación, se hace una definición formal de estos.

2.1.1 Carga eléctrica

Para comprender la naturaleza de los fenómenos eléctricos se establece una propiedad

fundamental que posee la materia, esta es la carga eléctrica. En el texto Fundamentos de

Circuitos Eléctricos (Alexander & O. Sadiku, 2013) definen la carga como una “propiedad

eléctrica de las partículas atómicas de las que se compone la materia, medida en coulomb

(C)”. Un coulomb equivale a la carga total de 6.25 x 1018 electrones, así la carga de un

electrón es igual 𝑒 = −1.602𝑥10−19𝐶, un protón posee una carga de igual magnitud, pero

con signo positivo. Cabe resaltar que la carga eléctrica no se crea ni se destruye. Debido

a este principio, el proceso de cargar eléctricamente un objeto consiste en la transferencia

de carga neta desde un cuerpo al otro, manteniendo siempre la misma cantidad de carga

total en el sistema. A este principio se le conoce como conservación de la carga

(Alexander & O. Sadiku, 2013). La Figura 2.1-1 muestra una representación de estas

partículas mediante el modelo atómico propuesto en 1913 por el físico danés Niels Bohr

para los átomos de hidrogeno y helio



Figura 2.1-1: Átomos de hidrógeno y helio.

Fuente: (Boylestad, 2004, pág. 31)

2.1.2 Trabajo mecánico

Los conceptos de trabajo y energía empleados en la teoría mecánica y térmica ofrecen

una buena relación para comprender y explicar conceptos propios del electromagnetismo,

es por esto que surge la necesidad de dar inicio definiendo el concepto de trabajo.

A excepción de la fuerza magnética actuando sobre una partícula con carga eléctrica, se

establece que, si una fuerza logra cambiar el estado de movimiento de un objeto, entonces

dicha fuerza realiza trabajo. El trabajo W realizado por una fuerza F, que varía dependiendo

el desplazamiento s, es igual a la integral de línea de la componente de la fuerza en función

de la trayectoria multiplicada por el diferencial de desplazamiento ds; de manera resumida

es la integral de línea F escalar ds. Esto implica que, si la fuerza aplicada no es paralela a

la dirección del desplazamiento, entonces solo la componente de la fuerza que actúa en la

misma dirección del desplazamiento efectúa trabajo (Feynman, Leighton, & Sands, 1998).

Siendo a y b los puntos inicial y final respectivamente de una trayectoria, el trabajo se

define como

𝑊 = ∫ ∙ 𝑑𝑠𝑏

𝑎. (1)

Como caso particular cuando la fuerza es constante al largo de la trayectoria y la partícula

se desplaza una distancia finita el trabajo será igual al producto entre el desplazamiento

Δs y la componente de la fuerza que actúa en la misma dirección del desplazamiento

Capítulo 2 21

𝑊 = ∙ ∆𝑠. (2)

El trabajo realizado por una fuerza conservativa no depende de la trayectoria. Solamente

se considera el punto de partida a y el punto de llegada b de la partícula en movimiento.

Además, si el punto de llegada es el mismo punto de partida, el trabajo neto es igual a cero

𝑊 = ∮ ∙ 𝑑𝑠 = 0𝑏

𝑎. (3)

En el caso contrario, donde el trabajo realizado por una fuerza depende de la trayectoria

descrita por la partícula, y se obtiene un trabajo neto diferente de cero cuando el punto

inicial coincide con el punto final, esta fuerza F es no conservativa. Dicha fuerza puede

ser o no constante según el desplazamiento. Una fuerza puede variar de acuerdo con el

punto sobre la trayectoria en el cual se aplica dicha fuerza, debido a la disposición de la

curva; también el tipo de superficie hace que F cambie, de tal manera que la superficie

genera un roce sobre el objeto en movimiento haciendo que la fuerza neta aumente o

disminuya (Feynman, Leighton, & Sands, 1998). Para cualquiera de estas situaciones el

trabajo Wnc realizado por una fuerza no conservativa es

𝑊𝑛𝑐 = ∮ ∙ 𝑑𝑠 ≠ 0.𝑏

𝑎 (4)

2.1.3 Corriente eléctrica

La corriente puede ser generada por el flujo de carga neta positiva, negativa o ambas, este

fenómeno surge como consecuencia del desplazamiento de cargas negativas en una

dirección y las positivas en sentido opuesto. Al considerar un material conductor en el cual

la corriente es consecuencia del flujo de electrones libres, y los protones mantienen

posiciones fijas dentro de los núcleos de los átomos que constituyen el material, la corriente

eléctrica se define como “la velocidad de desplazamiento de carga negativa q respecto al

tiempo t” (Alexander & O. Sadiku, 2013). La unidad de medida de la corriente es el Ampere,

el cual representa la relación coulomb/segundo. Se obtiene un Ampere de corriente cuando

6.242 𝑥 1018 electrones atraviesan un punto dentro de un hilo conductor en un intervalo de

un segundo (Boylestad, 2004). Cuando el flujo es siempre en el mismo sentido, la corriente

recibe el nombre de corriente directa (cd) o corriente continua (cc), y en caso contrario si

la corriente cambia el sentido constantemente, recibe el nombre de corriente alterna (ca).



(Serway & Jewett Jr, 2009). La corriente eléctrica puede definirse como la tasa de cambio

de la carga eléctrica por unidas de tiempo así

𝑖 =∆𝑞

∆𝑡 , 𝑐𝑢𝑎𝑛𝑑𝑜 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑛𝑜 𝑐𝑎𝑚𝑏𝑖𝑎 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 (5)

𝑖 =𝑑𝑞

𝑑𝑡 , 𝑐𝑢𝑎𝑛𝑑𝑜 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑠𝑖 𝑐𝑎𝑚𝑏𝑖𝑎 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 (6)

En su estado natural los electrones dentro de un conductor presentan un movimiento

aleatorio, lo cual no genera una corriente eléctrica puesto que no hay un flujo neto de carga.

Al conectar el conductor a un voltaje determinado, es posible direccionar el movimiento de

los electrones libres, produciendo así, una corriente eléctrica. Para la dirección del flujo de

corriente son consideradas dos opciones, la primera corresponde con la dirección del

movimiento de los electrones de valencia, los cuales se dirigen desde la terminal negativa

hacia la terminal positiva de la fuente; la segunda opción es conocida como flujo

convencional, y este inicia en la terminal positiva con dirección a la terminal negativa (ver

figura 2.1-2), esto se debe a que en el inicio de los estudios de esta rama de la física, la

corriente eléctrica es considerada como consecuencia del movimiento de las cargas

positivas (Boylestad, 2004).

Figura 2.1-2: Flujo de corriente en un circuito básico.

Fuente: (Boylestad, 2004, pág. 34)

Capítulo 2 23

2.1.4 Densidad de corriente

La definición anterior describe, para el movimiento de carga neta en una dimensión, una

corriente lineal. Ahora al seleccionar una región del espacio, limitada por sus tres

dimensiones y en cuyo interior se encuentran contenidas cargas eléctricas (ver Figura 2.1-

3), el concepto de corriente se redefine incluyendo la densidad de corriente. De esta

manera, cuando un volumen determinado contiene n cargas eléctricas q del mismo tipo y

que se desplazan en una misma dirección, la corriente eléctrica I se define como el valor

medio de estas cargas que atraviesan una superficie limitada de área a durante un

segundo. El valor de I depende de la cantidad de cargas que atraviesan la sección de área

a por unidad de tiempo (Purcell, 2001).

Figura 2.1-3: Conjunto de cargas q moviéndose con una velocidad v.

Fuente: Adaptado de (Purcell, 2001, pág. 118).

Ahora bien, si las cargas eléctricas contenidas dentro del volumen definido difieren en el

tipo de carga, en su velocidad o en ambas, cada una de ellas contribuirá a la cantidad de

corriente que pasa por el área a. Es así como la densidad de corriente J se refiere al

conjunto de cargas, de cualquier tipo, que pasan por unidad de tiempo. La cantidad de

cargas depende de la velocidad con la que se mueven, esto implica que esta variable

corresponde a una magnitud vectorial. La densidad de corriente se mide en unidades de

corriente eléctrica sobre unidades de superficie (A/m^2). De esta manera, la corriente

eléctrica I es el resultado del producto escalar entre área a y la densidad de corriente J.

Representando a la cantidad de partículas con n, la carga eléctrica con q, el aérea de la



superficie con 𝒂 y velocidad con , la densidad de corriente e intensidad de corriente se

definen, respectivamente, así:

𝐽 = ∑ 𝑛𝑘𝑞𝑘𝑘 , (7)

𝐼 = 𝑎 • ∑ 𝑛𝑘𝑞𝑘𝑘 , (8)

donde el subíndice k se refiere a la clase de carga eléctrica contenida por metro cubico

(Purcell, 2001). Al considerar electrones como la clase de carga que contribuye a la

densidad de corriente, la velocidad media del conjunto compuesto por Ne electrones,

que se mueven con velocidades diferentes, es igual a la sumatoria de los subconjuntos

resultantes al ponderar cada una de las velocidades por la cantidad de electrones en ese

grupo divido en el número total de cargas Ne. Esto queda así:

=1

𝑁𝑒∑ 𝑛𝑘𝑘 𝑘 (9)

Al comparar las ecuaciones (7) y (9) se puede evidenciar que el aporte de los electrones a

la densidad de corriente es el resultado de multiplicar la velocidad media por la cantidad

de electrones Ne y por la carga eléctrica de estos. Finalmente, la densidad de corriente

generada por el flujo de electrones queda determinada como:

𝐽 = −𝑒𝑁𝑒𝑒 , (10)

donde e se refiere a la carga de un electrón 𝑒 = −1.602𝑥10−19𝐶 (Purcell, 2001).

2.1.5 Energía potencial eléctrica

Para lograr que un objeto realice un desplazamiento es necesario efectuar un trabajo W.

Al elevar un objeto una determinada altura h, o al comprimir un resorte una distancia Δs

se efectúa trabajo sobre el sistema. Este trabajo acumulado al final de la trayectoria se

puede transformar en movimiento, proporcionado una rapidez v al objeto correspondiente;

a la magnitud capaz de producir tal efecto se le da el nombre de energía potencial, pues

tiene el potencial de cambiar la rapidez de un objeto. Para la situación en la cual el objeto

considerado es una carga eléctrica, dispuesta en un campo eléctrico uniforme, se define

la energía potencial eléctrica como “el trabajo realizado por la fuerza eléctrica para llevar

Capítulo 2 25

la carga 𝒒𝟐 desde un punto P hasta el infinito” (Martínez de Murguia, 2009, pág. 135). Esto

se relaciona como

𝐸𝑝 = 𝑘𝑞1𝑞2

𝑟. (11)

Donde 𝒒𝟏 𝑦 𝒒𝟐 representan el valor de las cargas eléctricas, r corresponde al valor de la

distancia entre las cargas eléctricas y k es la constante de proporcionalidad la cual

depende del medio en el que se encuentran las cargas eléctricas, si las cargas se

encuentran en el vacío 𝑘 = 9 𝑥 109 𝑁𝑚2/𝐶2.

2.1.6 Potencial eléctrico

En la ecuación (6) se infiere una relación inversamente proporcional entre la energía

potencial eléctrica y la posición de una carga 𝒒𝟐 dentro del campo eléctrico generado por

otra carga eléctrica 𝒒𝟏. A medida que la carga 𝒒𝟐 se aleja de la fuente de campo, la energía

potencial disminuirá. Adicionalmente la energía potencial eléctrica es directamente

proporcional a la magnitud de la carga 𝒒𝟐. Una partícula con carga eléctrica tres veces

mayor a otra obtendrá una energía potencial eléctrica tres veces mayor. Considerando la

cantidad de energía por unidad de carga ambas partículas estarán en igualdad de

condiciones. A esta magnitud se le llama potencial eléctrico o voltaje V. En el sistema

internacional el potencial eléctrico se mide en voltios (volt) (Hewitt, 2004, págs. 428,429).

Esta relación se define como:

𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑒𝑙é𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜 =𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎 𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑒𝑙é𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎

𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑒𝑙é𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎 → 𝑉 =

𝐸𝑝

𝑞→ 𝑉 = 𝑘 𝑞

𝑟. (12)

En (Feynman, Leighton, & Sands, 1998) encontramos otra manera de definir el potencial

eléctrico empleando el concepto de campo eléctrico E. Un campo eléctrico se puede

evidenciar a través de la fuerza que experimenta una carga eléctrica que se encuentra

inmersa dentro de esta región. Esta fuerza es proporcional al campo eléctrico y a la

magnitud de la carga.

Debido a su naturaleza, la fuerza eléctrica es conservativa lo cual implica que el trabajo

realizado por esta a lo largo de una trayectoria solamente depende del punto inicial y final

del recorrido, además, el trabajo total W es igual a la diferencia de energía potencial



eléctrica ∆𝑬𝒑. El trabajo realizado para transportar una carga de prueba 𝒒𝟎 desde un punto

a hasta un punto b a través de cualquier trayectoria s está determinado por:

𝑊 = −𝑞0 ∫ 𝐸 ∗ 𝑑𝑠𝑏

𝑎. (13)

Ahora al considerar la ecuación (7), el potencial eléctrico en los puntos a y b, contenidos

en el campo eléctrico E, son 𝑉𝑎𝑦 𝑉𝑏 respectivamente, de tal manera que la diferencia de

potencial es igual a ∆𝐸𝑝/𝑞0, y como W = ∆𝐸𝑝 se define el potencial eléctrico entre los

puntos a y b como:

𝑉 = − ∫ 𝐸 ∗ 𝑑𝑠𝑏

𝑎. (14)

Dentro del estudio de circuitos eléctricos es común encontrar diferentes términos como:

voltaje, diferencia de potencial, potencial eléctrico, caída de potencial o tensión y fuerza

electromotriz, y cada uno de ellos es medido con la misma unidad, el voltio; lo cual sugiere

que se está refiriendo a la misma magnitud, sin embargo, no deben confundirse, pues,

aunque existe relación entre ellos, no necesariamente tienen el mismo significado. Para

lograr identificar el uso de cada uno, se toma como objeto de estudio el circuito

representado en la Figura 2.1-2. Allí se observa una batería con dos terminales. A través

de un proceso físico-químico dado al interior de esta, la carga eléctrica es distribuida de tal

manera que uno de sus terminales presenta exceso de carga negativa (electrones) y el

otro presenta deficiencia de electrones dando como resultado mayor cantidad de átomos

con carga positiva (iones positivos); de esta manera, debido a la distribución de cargas en

cada terminal se genera una diferencia de potencial entre las dos terminales (Boylestad,

2004).

La diferencia de potencial es el resultado de la resta algebraica del potencial, por lo tanto,

también se medirá en voltios. Si la batería que alimenta el circuito simple es de 9 voltios

esto significa que la terminal positiva tiene un potencial eléctrico que es 9 voltios mayor al

potencial de la terminal negativa (Tipler, 1993). Es usual en los textos escritos para el

estudio a nivel de ingenierías encontrar la palabra tensión o caída de potencial para

referirse a la diferencia de potencial entre dos puntos de un elemento dentro del circuito.

La diferencia de potencial se refiere a la energía por unidad de carga necesaria para hacer

mover una carga libre a través del conductor (Alexander & O. Sadiku, 2013).

Capítulo 2 27

Partiendo de esta definición y considerando los diferentes puntos del circuito donde se

quiere medir dicha magnitud, en (Boylestad, 2004), los diferentes términos mencionados

anteriormente, se definen así:

Potencial: el voltaje en un punto con respecto a otro punto dentro del sistema

eléctrico. Por lo general, el punto de referencia es tierra, al cual se le asigna un

valor de referencia potencial de cero.

Diferencia de potencial: la diferencia algebraica de potencial (o voltaje entre dos

puntos de una red. También suele usarse los nombres voltaje o diferencia de

voltaje.

Fuerza electromotriz (emf del inglés electromotive force): La fuerza que establece

el flujo de carga (o corriente) en un sistema debido a la aplicación de una diferencia

de potencial. Este término ya no se aplica mucho en la literatura actual, sino que se

asocia principalmente con fuentes de energía. Se refiere a un proceso de inducción

electromagnética debido a la propiedad descubierta por Faraday de la generación

de corriente eléctrica debido a la variación temporal del flujo de campo magnético

a través de una espira conductora.

2.1.7 Resistencia eléctrica

Cuando es generada una corriente eléctrica en un conductor, los portadores de carga

negativa pueden presentar colisiones, electrones contra electrones o contra átomos. Esta

interrupción en su movimiento hace que la energía cinética se convierta, en su mayor parte,

en energía térmica. Lo cual se percibe como un aumento en la temperatura del conductor.

Esta oposición al movimiento recibe el nombre de resistencia eléctrica, R, y es propia del

material por el cual circula el flujo de carga. La resistencia R depende del tipo de material,

definido por la resistividad 𝝆, la longitud 𝒍 y el área transversal 𝑨, ver Figura 2.1-. Las

unidades en la cuales se mide son los Ohmios (Ω) (Boylestad, 2004). La anterior relación

se representa así

𝑅 = 𝜌𝑙

𝐴 . (15)



Figura 2.1-4: a) Material resistor, b) Símbolo de una resistencia.

Fuente: (Alexander & O. Sadiku, 2013, pág. 26)

La resistividad 𝝆 es una constante de proporcionalidad, sus unidades en el sistema

internacional son ohmios multiplicado por metro (Ω*m). Los materiales se pueden clasificar

en superconductores, conductores, semiconductores o aislantes dependiendo de la

capacidad de conducir cargas eléctricas debido a la presencia de electrones libres, de esta

manera el material con mayor cantidad de estos electrones será mejor conductor. Además,

si la resistividad tiende a cero el material es un superconductor, y en caso contrario cuando

su valor tiende a infinito este será aislante. El recíproco de la resistividad es la conductancia

o conductividad y se representa con la letra σ, define la capacidad de un elemento para

conducir corriente eléctrica, sus unidades son siemens (S) (Alexander & O. Sadiku, 2013).

La Tabla 2-1 muestra a manera de ejemplo algunos materiales conductores,

semiconductores y aislantes con su respectivo valor de conductividad a una temperatura

de 20°C.

Tabla 2-1: Conductividades eléctricas a temperatura ambiente.

Fuente: Adaptado de (Alonso & Finn, 1967, pág. 608)

Capítulo 2 29

2.1.8 Ley de Ohm

Un campo eléctrico E genera, sobre una partícula cargada eléctricamente, una fuerza

eléctrica que ocasiona un desplazamiento de la carga eléctrica. Al someter una distribución

de cargas de cualquier tipo en la presencia de un campo eléctrico, estas se moverán de

tal manera que las partículas positivas se desplazan en sentido opuesto al movimiento de

las cargas negativas. Al producirse un movimiento de carga neta, el campo eléctrico

produce una corriente en el sentido de E, asimismo, la densidad de corriente J es

directamente proporcional a la intensidad del campo eléctrico. Esta relación se puede

expresar de la siguiente manera:

𝐽 = 𝜎𝐸, (16)

donde σ se refiere a la conductividad, esta es una propiedad intrínseca de cada material,

depende tanto de su naturaleza como de variables físicas por ejemplo la temperatura o el

estado en el cual se encuentra, y es independiente a la intensidad del campo eléctrico. Los

materiales que son muy buenos conductores se caracterizan por tener una conductividad

alta, y los materiales aislantes o malos conductores presentan una conductividad baja. La

conductividad y la resistividad están relacionadas de tal manera que 𝜎 = 1/𝜌. En la Tabla

2-1: Conductividades eléctricas a temperatura ambiente. se pueden observar diferentes

valores de conductividad de acuerdo con el tipo de material (Purcell, 2001).

El físico alemán Georg Simon Ohm, dentro de sus estudios, logra proponer una relación

directamente proporcional entre el campo eléctrico y la densidad de corriente, y cuya

constante de proporcionalidad es la conductividad del material, esta relación se puede

expresar mediante la ecuación (11).

Previamente se definieron las magnitudes; densidad de corriente J y potencial eléctrico V,

dentro de estas es posible observar la relación existente entre la densidad de corriente y

la corriente que circula por un conductor, asimismo, es evidente la relación entre el campo

eléctrico E y el potencial eléctrico V; de tal manera que, si la densidad de corriente es

directamente proporcional a la intensidad de campo eléctrico, entonces la corriente

eléctrica también lo será. Esto permite obtener otra manera de comprender la ley de Ohm,

la cual establece que, manteniendo la temperatura de un conductor metálico constante, y

debido a una diferencia de potencial V entre dos puntos del conductor se genera una

corriente eléctrica I; el cociente entre estas dos magnitudes (V/I) será constante. El



resultado obtenido corresponde al valor de la resistencia eléctrica R del material (Alonso &

Finn, 1967).

𝑅 = 𝑉

𝐼 → 𝐼 =

𝑉

𝑅 . (17)

Es preciso advertir que esta ley es de naturaleza empírica y no universal, puesto que

compila las observaciones realizadas por George Ohm a través de la experimentación y

no todos los materiales cumplen esta ley, la respuesta del material ante este efecto

depende, además, de su temperatura de la intensidad del campo eléctrico externo (Purcell,

2001). Los materiales cuya resistencia eléctrica es igual a la razón entre el voltaje y la

corriente, se designan como materiales óhmicos.

2.2 Marco pedagógico o didáctico

Como segundo eje articulador es constituido el marco pedagógico o didáctico el cual sirve

como base para el diseño de cada una de las estrategias didácticas. Se describen las

características de las metodologías tanto de investigación y de enseñanza, así como la

corriente pedagógica empleada en la construcción e implementación del proyecto.

2.2.1 Investigación Acción

La investigación acción es usada para describir un conjunto de actividades diseñadas y

puestas en práctica por el docente dentro de su aula regular. El fin de estas actividades

comprende resultados en el desarrollo curricular, así como en el avance profesional

mejorando la práctica docente, es decir, busca mejorar los programas educativos, así como

las políticas de educación. La investigación acción tiene como base la generación e

implementación de estrategias, con las cuales el docente interactúa de manera directa con

el grupo, y estas pueden ser observadas, evaluadas y modificadas. Esta metodología va

más allá de encontrar posibles soluciones a las problemáticas identificadas, pues a través

de la investigación acción el docente logra reflexionar sobre su actividad profesional, para

luego diseñar un plan entorno a esta conclusión y finalmente es capaz de implementar

mejoras con la capacidad de avanzar continuamente (Bausela Herreras, 2004).

A lo largo de la historia, la investigación acción ha venido evolucionando de tal manera que

según los aportes de investigadores se han propuesto diferentes definiciones. En la década

Capítulo 2 31

de 1940 Kurt Lewin la definió como “un proceso cíclico de exploración y valoración de

resultados”; además resalta como característica principal, el hecho de ser capaz de

relacionar el trabajo científico con la acción social. Años más tarde en 1970, los autores

Lawrence Stenhouse y John Elliot encuentran en la labor docente la esencia de la

investigación acción, esta deja de ser una técnica cuyo objetivo es ocasionar cambios y se

fortalece incluyendo la necesidad de poner en práctica las ideas educativas. Elliot la define

como “el estudio de una situación social para tratar de mejorar la calidad de la acción

misma”. Finalmente, para los años 80 Stephen Kemmis y Wilfred Carr buscan trascender

el trabajo de la investigación acción desde las prácticas individuales de los docentes hacia

un “proceso de cambio social que se promueve colectivamente” (Bausela Herreras, 2004).

La investigación acción como metodología de investigación dirigida hacia las los problemas

prácticos del sector educativo, tomando como punto de partida el diagnóstico propuesto

por los docentes, configura un conjunto de características que describen su naturaleza. En

el texto “La investigación-acción en educación” (Elliot, 2000) el autor propone ocho

características, las cuales serán expuestas a continuación:

1. Dejando a un lado los problemas teóricos, centra la atención en las problemáticas

evidenciadas en la práctica docente. La investigación puede estar a cargo de los

mismos docentes o de algún agente externo seleccionado por ellos.

2. Tiene como objeto de estudio la problemática evidenciada por el docente, busca

comprender de manera específica y detallada la esencia del problema a través de

un proceso exploratorio que da inicio en las proposiciones del investigador. Este

conocimiento debe ser la base para definir la acción.

3. Es necesario tener un conocimiento completo sobre la problemática, por lo tanto,

no se da inicio a la acción hasta comprender de manera holista el problema

práctico.

4. La investigación acción explica el hecho que está sucediendo a través de una

narración, en la cual describe las posibles interrelaciones que surgen en el

ambiente de investigación. Deja a un lado las bases teóricas de relaciones y en

cambio se describe, desde la observación, la naturaleza de los sucesos presentes

en el contexto.

5. Para lograr interpretar los sucesos que surgen dentro del contexto de la situación

problema, la investigación acción toma como variable observable los integrantes

del entorno (profesores, estudiantes, directivos, entre otros), y a partir de sus



creencias, normas, opiniones, sensaciones o principios hace comprensible los

hechos ocurridos en cada escenario.

6. Así como la comprensión de los hechos se basa en el punto de vista de los

participantes, el lenguaje empleado en la investigación acción para realizar la

descripción o explicación de estos eventos también recae sobre ellos, se emplea

un lenguaje desarrollado desde el sentido común producto de las interacciones

humanas.

7. Para lograr explicar lo que sucede teniendo como base las diferentes posturas de

los participantes es necesario crear un ambiente cómodo y propicio para el diálogo.

Se debe inducir a los integrantes en un proceso de auto reflexión, y el resultado de

estas reflexiones es insumo para constituir un informe de la investigación.

8. Es necesario la consolidación de un marco ético con el cual se logre realizar una

comunicación asertiva entre el investigador y los participantes. La investigación

acción necesita espacios de retroalimentación con el cual la información

recolectada sea expuesta a los participantes. Debe existir un acuerdo

fundamentado en la confianza para la recogida, uso y comunicación de datos.

2.2.2 Aprendizaje significativo

La propuesta educativa del colegio Agustiniano Norte resalta en su misión la tarea de

formar al estudiante en virtudes y conocimientos con un alto grado de calidad, y con base

en esta, propone el modelo de Aprendizaje Significativo como base pedagógica del

Proyecto Educativo Institucional; con el cual se busca que el estudiante logre desarrollar

la construcción del conocimiento necesario para ser competente y mejorar la calidad de

vida. Por lo tanto, es fundamental comprender las características de este modelo

pedagógico, es así que a continuación se hace una descripción del mismo, iniciando con

un breve contexto histórico de su concepción, para luego proponer una definición formal

de su significado y finalmente exponer algunas de sus características.

En el año 1963 Ausubel propone la premisa: el conocimiento es adquirido por el aprendiz

cuando éste logra proporcionar un significado propio a la noción abordada, y esto se logra

cuando él es capaz de descubrir a través de la práctica (Ponce, 2004). Esta teoría sobre

el modelo de enseñanza tiene un carácter evolutivo y desde entonces diferentes autores

como Novak, Gowin, Moreira, Greca, Rodríguez y Caballero han hecho aportes, que, si

Capítulo 2 33

bien no contradicen el modelo inicial, si modifican la concepción de la misma

complementando la teoría (Rodríguez Palmero, 2011).

Una concepción psicológica del aprendizaje significativo tiene como premisa que el

estudiante es quien debe construir su propio aprendizaje, para esto es necesario de una

motivación suficiente para que el alumno direccione la decisión de vincular nueva

información. Para 1978 Ausubel relaciona esta motivación con la significatividad

psicológica, la cual comprende el almacenamiento de conocimientos previos o ideas de

anclaje en los estudiantes los cuales son los conectores con la nueva información (Moreno,

2009).

Para 1979 Vigotsky describe unos rasgos sobre este modelo, los cuales ofrecen una

concepción social, pues menciona la necesidad de desarrollar ambientes de aprendizaje

basados en la cooperación para lograr vincular de manera positiva el conocimiento. Al

implementar actividades de aprendizaje grupales se crea en el estudiante una confianza

propia, rodeada por un ambiente afectivo y funcional se mejora la autoestima de cada uno,

lo cual trae consigo la consolidación de un ambiente propicio para el aprendizaje. (Moreno,

2009).

Luego de concebir el aprendizaje significativo como un modelo dinámico, surge una

definición en la cual se entiende como un modelo de aprendizaje de carácter progresivo

con el cual es necesario actualizar los conocimientos aprendidos. Es decir, corresponde a

proceso complejo mediado por las interacciones con sucesos discrepantes y haciendo uso

del lenguaje, donde finalmente el estudiante debe contar con los elementos necesarios

para atribuir un significado propio, cargado de criticidad, a un conocimiento nuevo

(Rodríguez Palmero, 2011).

La característica principal del aprendizaje significativo es la relación que existe entre los

conocimientos, ideas o conceptos presentes en la mente del estudiante y la adquisición de

un nuevo contenido. En esta relación se produce una transformación de los contenidos

preexistentes a través de un proceso de asimilación de la nueva información (Rodríguez

Palmero, 2010). Además, en el texto “La teoría del aprendizaje significativo en la

perspectiva de la psicología cognitiva” (Rodríguez Palmero, 2011) propone una lista de

rasgos característicos del proceso de aprendizaje significativo los cuales son presentados

a continuación:



• Es una teoría de aprendizaje en el aula.

• Proceso: Asimilación.

• Conocimiento previo. Principal factor que influye en la adquisición de nuevos

conocimientos.

• En el aprendizaje tiene una fuerte influencia el conocimiento previo y, en ocasiones,

se hace necesario romper con él.

• Se ocupa de la adquisición de conceptos explícitos y formulados. Propone los

principios programáticos para organizar la enseñanza, como son: la diferenciación

progresiva, la reconciliación integradora, la organización secuencial y la

consolidación.

• En el conocimiento se da una interacción entre el dominio conceptual y el

metodológico.

• Es posible el aprendizaje significativo receptivo a través del uso de materiales

potencialmente significativos

• Es esencial el conocimiento previo y actitud del aprendiz.

• Evidencias de aprendizaje significativo: la resolución de situaciones problemáticas

nuevas que requieran la transformación del conocimiento adquirido.

• El rol del profesor es el de «organizador» de materiales (incluyendo clases)

potencialmente significativos.

• Problemas como criterio de evaluación del aprendizaje significativo.

2.2.3 Aprendizaje Activo

En el trabajo desarrollado por (Orozco Martinez, 2012) cita a C. Mora (2008) con el fin de

definir la metodología de enseñanza activa propia para el estudio de la física así:

“Consideramos el Aprendizaje Activo de la Física como el conjunto de estrategias y

metodologías para la enseñanza-aprendizaje de la Física, en donde los alumnos son

guiados a construir su conocimiento de los conceptos físicos mediante observaciones

directas del mundo físico”. El aprendizaje activo de la física se desarrolla en torno al ciclo

PODS (Predecir, Observar, Discutir y Sintetizar). Esta metodología se caracteriza por ser

un proceso centrado en el estudiante, donde el papel del profesor es el de un guía dentro

del proceso, la fuente del conocimiento recae sobre la observación del fenómeno, impulsa

la aplicación del trabajo colaborativo, y comprende el laboratorio como el contexto donde

se aprenden conceptos (Orozco Martinez, 2012).

Capítulo 2 35

Figura 2.2-1: Ciclo PODS.

Fuente: Adaptado de (Orozco Martinez, 2012).

La primera etapa del ciclo PODS consiste en la formulación, a cargo del estudiante, de una

predicción sobre una situación problema expuesta previamente por el docente. Para esto

se hace uso de un montaje experimental el cual puede ser físico, compuesto por material

de laboratorio o de fácil consecución, también es posible emplear herramientas virtuales

como applets, objetos virtuales de aprendizaje o simulaciones. El docente debe formular

en forma de pregunta las predicciones sobre el fenómeno a estudiar. Luego de que el

estudiante formule su predicción se procede con la segunda etapa del ciclo, la cual consiste

en poner en práctica el montaje experimental y observar cuál es el resultado de la

interacción. Luego de contrastar las predicciones con los resultados observados, se

continúa con la tercera etapa. Aquí el objetivo consiste en generar un ambiente de

discusión entre los estudiantes teniendo como base la relación entre la predicción, la

observación y las posibles explicaciones del fenómeno de estudio. Finalmente, sintetizar

es la cuarta etapa, se busca a través de la reflexión construir una definición formal de los

hechos, para esto es necesario la orientación del docente apoyado en la teoría científica.

Para lograr cumplir el ciclo PODS se propone el modelo de Clase Interactivas con

Demostración el cual está compuesto por ocho pasos (Orozco Martinez, 2012):

Observar

DiscutirSintetizar

Predecir



Figura 2.2-2: Pasos de las clases interactivas con demostración.

Fuente: Adaptado de (Orozco Martinez, 2012).

“El profesor no explica; el profesor promueve en el estudiante la utilización de las neuronas

y de sus interconexiones y por supuesto de sus saberes sociales, culturales y emocionales,

para que él mismo construya su conocimiento” (Universidad Icesi, 2017). De esta manera,

el aprendizaje activo se refiere a una estrategia de aula, en la cual el docente debe diseñar

una serie de actividades considerando los materiales a usar, el orden de desarrollo de

estas actividades y el contexto donde serán desarrolladas con el fin de buscar que el

estudiante logre construir un conocimiento realizando observaciones, juicos de valor,

predicciones y conclusiones necesarias para el explicar la naturaleza de un objeto de

estudio determinado. Para esto es necesario hacer uso de habilidades de pensamiento y

el desarrollo de competencias, es así que la disposición del estudiante para desarrollar

dichas actividades debe ser completa, es inevitable que esté atento a la información

proporcionada, debe ser capaz de interpretar los resultados y transformar dicha

información en solución a situaciones problema.

2.2.4 Diseño Instruccional basado en el uso de TIC

Ante el acelerado cambio de las tecnologías de la información y la comunicación es

inevitable para el docente comprometerse a incluir estas herramientas dentro del proceso

de enseñanza aprendizaje. Vence Pájaro (s.f) propone una estrategia en la cual vincula las

nuevas tecnologías para la enseñanza, y con esto define como aula digital al contexto en

el cual el estudiante logra cumplir con unos objetivos de aprendizaje interactuando con

métodos y medios digitales, los cuales son propuestos por el docente, quien es el

Descripción de la demostración sin

mediciones

Predicciones de estudiantes (individual)

Discusión de predicciones

(grupal)

Socialización de predicciones

(salón)

Se registran predicciones

finales comunes

Realización de la demostración (mediciones)

Registro, descripción y

análisis de resultados

Discusión plenaria con docente y

sintetización del conocimiento

Capítulo 2 37

mediador. Al Emplear las TIC como material dentro de una planeación que contempla las

necesidades del estudiante, el desarrollo óptimo de instrucciones, el seguimiento y la

evaluación, se constituye esta estrategia como un Diseño Instruccional (Belloch, 2019).

El diseño instruccional como estrategia de aprendizaje ha evolucionado en el tiempo,

presentando cambios respecto a su definición y aplicación. Estos cambios se fundamentan

en las diferentes corrientes pedagógicas de cada época. Así, en la década de 1970 el

conductismo fue el marco de referencia para fijar los modelos de diseño instruccional;

luego, en la década 1980 la teoría de sistemas redirige el diseño instruccional con un

modelo que busca mayor participación en los estudiantes; de esta forma, los cambios

continúan adaptándose a las nuevas concepciones pedagógicas, en 1980 es bajo la teoría

cognitiva que se estructuran los modelos de diseño instruccional; finalmente, son las

teorías constructivas y de sistemas quienes hacen los últimos aportes en estos modelos

(Belloch, 2019).

Bajo estas adaptaciones del diseño instruccional, en 1980 se establece el modelo para la

enseñanza ADDIE, nominado así por las fases que comprende: Análisis, Diseño,

Desarrollo, Implementación y Evaluación Figura 2.2-3. El desarrollo de este modelo

estructurado en sus cinco fases, determina los beneficios por los cuales es adoptado para

diseñar estrategias de enseñanza basadas en el uso de la tecnología. De esta manera se

asegura un diseño de calidad descrito A continuación, (Bates):

Análisis: en esta fase el docente debe identificar y analizar las variables que componen

el contexto donde se implementará la estrategia, tales como: saberes previos de los

estudiantes, necesidades educativas de los mismos, así como recursos disponibles; se

busca describir el entorno de aprendizaje.

Diseño: se toma como punto de partida los objetivos de aprendizaje, para así diseñar las

actividades estableciendo los tiempos de ejecución, lugar, recursos físicos y teóricos,

dinámicas de trabajo entre otros.

Desarrollo: se desarrollan en su forma final las actividades fundamentadas en los

contenidos y recursos establecidos en la fase de diseño. Se presentan de forma material

los contenidos de la estrategia.



Implementación: se da inicio al desarrollo de la estrategia, aplicando las actividades

establecidas previamente, es puesta en práctica la distribución de las actividades teniendo

en cuanta la participación de los estudiantes.

Evaluación: con la implementación de cada actividad se realiza una evaluación formativa,

orientando al estudiante a la concepción del conocimiento establecido en función de sus

resultados. Finalmente, es implementada una evaluación sumativa con el fin de analizar

los resultados logrados con el despliegue de la estrategia.

Figura 2.2-3: Fases del modelo instruccional ADDIE.

2.3 Herramientas estadísticas empleadas para el análisis de datos.

Tomando como base el objetivo general de esta investigación, el cual consiste en comparar

el aprendizaje alcanzado por los estudiantes sobre la ley de Ohm mediante dos estrategias

de aprendizaje, es necesario implementar pruebas estadísticas2 para la comprobación de

hipótesis. La estadística inferencial proporciona las herramientas adecuadas para realizar

el análisis de datos y así obtener una conclusión sobre la hipótesis puesta a prueba.

2 Para realizar el posterior estudio estadístico se emplea el software IBM SPSS Statistics 25 (Statistical Package for the Social Sciences SPSS®)

Análisis

Diseño

Desarrollo

Implementación

Evaluación

Capítulo 2 39

Según la naturaleza del proceso de investigación se propone un diseño experimental, el

cual cuenta con un grupo control y un grupo experimental. Para evaluar la eficiencia de

cada estrategia, por separado, es necesario implementar pruebas estadísticas para

muestras relacionadas. Por otro lado, para identificar cuál de las dos estrategias presenta

mejores resultados en el proceso de enseñanza-aprendizaje de la ley Ohm, debe

efectuarse pruebas estadísticas para muestras independientes. Los pasos descritos a

continuación describen las pruebas implementadas, de acuerdo con su objetivo y orden

dentro del proceso de análisis de datos:

1. Prueba de normalidad: la recolección de información ofrece tres conjuntos de

datos para cada grupo (control y experimental). La primera muestra es obtenida a

través de una evaluación denominada PRETEST, y fue aplicada entre el 23 y 29

de julio del 2019. La segunda muestra corresponde a los resultados obtenidos con

la prueba nombrada POSTEST2019, esta se llevó a cabo el 10 de septiembre del

2019. Finalmente, el tercer conjunto de datos está compuesto por los resultados

obtenidos al aplicar la prueba POSTEST2020 realizada durante los días

comprendidos entre el 28 de enero y el 4 de febrero del 2020. Para verificar si estas

muestras representan una distribución normal se realiza la prueba de Kolmogorov-

Smirnov. Esta prueba tiene un estadístico de prueba característico denominado p-

valor, representado con las iniciales Sig, y que corresponde a la significación

asintótica (bilateral) o probabilidad de ocurrencia de la hipótesis nula (H0).

2. Comparación intragrupal (muestras relacionadas): con el objetivo de conocer

si existe algún cambio en el aprendizaje de los estudiantes al interior de cada uno

de los grupos, se comparan los resultados obtenidos con las evaluaciones

PRETEST POSTEST2019 y POSTEST2020. La hipótesis a comprobar es la

construcción y resignificación de los conocimientos de los estudiantes sobre la ley

de Ohm debido a la implementación de cada estrategia didáctica. Ese cambio se

mide al comparar los resultados obtenidos con los instrumentos de evaluación

preparados para tal fin. La prueba estadística empleada para lograr este objetivo

es la prueba no paramétrica de rangos con signo de Wilcoxon.

3. Comparación intergrupal (muestras independientes): con el objetivo de

encontrar diferencias entre los grupos control y experimental se realiza la



comparación de resultados, obtenidos con los instrumentos de evaluación, en tres

momentos diferentes. La primera fase es realizar una comparación de las

calificaciones obtenidas por ambos grupos en la prueba PRETEST. Con este

análisis se espera encontrar similitudes en los resultados, lo cual implica que los

dos grupos inician el desarrollo de la estrategia en igualdad de condiciones. La

segunda y tercera etapa consisten en comparar los resultados obtenidos en las

pruebas POSTEST2019 y POSTEST2020 respectivamente. Aquí, la hipótesis a

probar es no encontrar diferencias en los resultados de los dos grupos. La prueba

estadística utilizada en este caso es la prueba no paramétrica de Mann-Whitney.

4. Determinación del tamaño del efecto: las pruebas descritas anteriormente

ofrecen resultados que sirven para determinar si existen o no diferencias entre dos

muestras. Sin embargo, no determinan la magnitud de dicha diferencia. Para

verificar la eficiencia de una estrategia o concluir cuál de las dos estrategias ofrece

mejor índice de aprendizaje es necesario calcular el tamaño del efecto. El

coeficiente g de Hedges es útil para responder esta pregunta. Este estadístico de

prueba sirve como complemento a la verificación de las hipótesis para comprobar

si los resultados son estadísticamente significativos.

Para conocer el procedimiento desarrollado en cada una de las pruebas y con esto la forma

adecuada para obtener los diferentes estadísticos de prueba, así como su significado para

su posterior análisis. A continuación, se realiza una descripción conceptual enmarcada en

el campo de la estadística inferencia. Iniciando con la definición propia de esta área de

conocimiento, para luego continuar con conceptos necesarios en el análisis de datos como

los son la hipótesis estadística y nivel de significación, para finalizar se define cada una de

las pruebas y el correspondiente tamaño del efecto.

2.3.1 Estadística inferencial

La estadística inferencial se emplea para comprobar hipótesis propuestas sobre una

población específica. Se parte del estudio realizado sobre una muestra limitada, y se busca

extrapolar estos resultados de tal manera que se pueda dar una conclusión general sobre

la población. Los resultados encontrados a través de la estadística inferencial se conocen

como estadígrafos, y empleando los métodos apropiados según la muestra de estudio se

Capítulo 2 41

puede encontrar la relación con los parámetros, los cuales determinan las características

de la población. De esta manera la estadística inferencial tiene dos objetivos principales,

el primero ya mencionado es de comprobar hipótesis y el segundo es de estimar

parámetros. (Hernadez Sampieri, Baptista Lucio, & Fernandez Collado, 2010).

Dentro del proceso propio de este estudio estadístico existen dos tipos de análisis. El

primero corresponde a un análisis paramétrico y el segundo a un análisis no paramétrico.

El uso de uno u otro depende de un conjunto de presupuestos establecidos para cada uno.

De acuerdo con (Hernadez Sampieri, Baptista Lucio, & Fernandez Collado, 2010) se

establece que:

Para realizar análisis paramétricos debe partirse de los siguientes supuestos:

1. La distribución poblacional de la variable dependiente es normal: el

universo tiene una distribución normal.

2. El nivel de medición de las variables es por intervalos o razón.

3. Cuando dos o más poblaciones son estudiadas, tienen una varianza

homogénea: las poblaciones en cuestión poseen una dispersión similar en

sus distribuciones (Wiersma y Jurs, 2008).

Para realizar los análisis no paramétricos debe partirse de las siguientes

consideraciones:

1. La mayoría de estos análisis no requieren de presupuestos acerca de la

forma de la distribución poblacional. Aceptan distribuciones no normales.

2. Las variables no necesariamente tienen que estar medidas en un nivel

por intervalos o de razón; pueden analizar datos nominales u ordinales. De

hecho, si se quieren aplicar análisis no paramétricos a datos por intervalos

o razón, éstos necesitan resumirse a categorías discretas (a unas cuantas).

Las variables deben ser categóricas (p. 311-335).

Para realizar el estudio estadístico existe una serie de pruebas las cuales pueden ser

paramétricas o no paramétricas. Este tipo de prueba se elige dependiendo el tipo de

análisis que se quiere efectuar. Se elige en función de la naturaleza de la pregunta de



investigación, la cual puede ser: diferencia de grupos, de correlación, causal o predictiva y

de estructura de variables o validación del constructo. Además de este criterio se debe

considerar el número de variables o grupos y si son muestras correlacionadas o muestras

independientes.

2.3.2 Hipótesis estadística y nivel de significación

Dentro del desarrollo de una investigación se plantean supuestos sobre la variable que es

objeto de estudio. Cuando la variable observable son las probabilidades de distribución de

determinadas poblaciones, a estos supuestos se les da el nombre de hipótesis estadística.

El objetivo de verificar si estas hipótesis son ciertas o no, es obtener conclusiones validas

de una muestra en función de una población (Murray R, 1991).

Para verificar un supuesto que implica diferencias entre dos poblaciones, se debe poner a

prueba una hipótesis estadística de diferencias nulas. Esta hipótesis es conocida con el

nombre de hipótesis de igualdad o hipótesis nula y se representa con el símbolo H0. El

investigador espera que los resultados concluyan en el rechazo de H0 para que la toma de

decisión acepte la hipótesis alterna H1, también conocida como hipótesis del investigador.

Estas hipótesis se pueden resumir así:

H0: supone una igualdad entre las poblaciones. No existe diferencia entre las medias o

medianas de las muestras. Se puede concluir que las muestras provienen de la misma

población.

H1: supone diferencias entre las poblaciones. Es la alternativa a H0. Se puede concluir que

las muestras provienen de poblaciones diferentes.

A la hora de aceptar o rechazar la hipótesis de igualdad se pueden cometer dos tipos de

error. El error tipo I consiste en rechazar H0 cuando esta es cierta. El error tipo II radica en

rechazar H1 cuando debería ser aceptada. Una manera de disminuir estos errores es

incrementar el tamaño de la muestra (Murray R, 1991).

Con el fin de obtener conclusiones acertadas sobre la distribución de la muestra, es

necesario fijar, antes de la medición, un nivel de significación. Este nivel corresponde a la

máxima probabilidad de cometer un error tipo I y se denota con la letra α.

Capítulo 2 43

El nivel de significación es elegido por el investigador, para esto tiene la posibilidad de

seleccionar α entre 0 y 0.05 (0 < α ≤ 0.05). Entre más pequeño sea este valor, menor será

la probabilidad de cometer un error tipo I. Comúnmente suele emplearse los valores 0.05

o 0.01 como nivel de significación. Al elegir α = 0.05 se tiene un 5% de probabilidad de

rechazar H0 cuando debería ser aceptada, esto implica un 95% de confianza sobre la

decisión tomada (Murray R, 1991).

2.3.3 Prueba de Kolmogorov-Smirnov (K-S)

Consiste en una prueba de bondad de ajuste que tiene como objetivo determinar si la

distribución de un conjunto de datos corresponde con una distribución teórica, la cual

puede ser: uniforme, normal, de Poisson o exponencial. Un punto de partida de la presente

investigación es determinar si la distribución de datos obtenida es semejante con una

distribución normal. Esta característica es esencial para elegir el tipo de estadística

inferencial basado en pruebas paramétricas o no paramétricas (Siegel & Castellar , 1998).

Para obtener la conclusión sobre el tipo de distribución correspondiente al conjunto de

datos, la prueba K-S toma en cuenta el valor absoluto de la máxima diferencia entre la

distribución acumulada de la observación 𝐹𝑛(𝑥) y la distribución teórica 𝐹𝑜(𝑥)

𝐷 = 𝑚á𝑥|𝐹𝑛(𝑥𝑖) − 𝐹𝑜(𝑥𝑖)|1≤𝑖≤𝑛. (18)

• 𝑥𝑖 es el i-ésimo valor observado en la muestra (cuyos valores se han ordenado

previamente de menor a mayor).

• 𝐹𝑛(𝑥𝑖) la distribución de frecuencias relativas acumuladas observadas de una

muestra aleatoria de N observaciones.

• 𝐹𝑜(𝑥𝑖) distribución de frecuencias relativas acumuladas predichas para valores

menores o iguales que 𝑥𝑖.

De esta manera entre mayor similitud exista entre los resultados observados y la

distribución teórica más pequeño será el valor obtenido para D. Por otro lado, conforme

aumente las diferencias entre las funciones de distribución, el valor D será mayor (Siegel

& Castellar , 1998).



Para obtener la conclusión de la prueba existen dos métodos. El primero consiste en

comparar el estadístico D con una tabla3 preestablecida de valores críticos Dα asociados

al tipo de distribución teórica. De esta manera si D > Dα se debe rechazar la hipótesis de

igualdad, en el caso contrario donde D ≤ Dα se acepta dicha hipótesis. Cabe resaltar que

este método es válido tanto para muestras pequeñas (n ≤ 35) como para muestras grandes

(n > 35).

El método alterno tiene como criterio para la toma de decisión el p-valor. Este valor se

refiere a la probabilidad de obtener un Dα mayor que D. Si esta probabilidad es mayor o

igual que el nivel de significancia estadística α la decisión es aceptar la hipótesis nula H0

que implica una igualdad. Ahora bien, si el p-valor es menor que α la decisión es rechazar

H0 y aceptar la existencia de diferencias entre la distribución observada y la distribución

teórica.

2.3.4 Prueba de rangos con signos de Wilcoxon

Como característica de las pruebas no paramétricas la prueba de Wilcoxon se puede

implementar en un conjunto de datos de libre distribución. El objetivo del procedimiento

consiste en comparar los resultados obtenidos por un mismo grupo en dos instantes

diferentes, y así comprobar la hipótesis nula que implica igualdad entre las medianas de

las distribuciones de cada población. Es una prueba para muestras relacionadas y se

emplea para verificar, si luego de aplicar un determinado tratamiento, se obtienen cambios

en los resultados (Newbold, Carlson, & Thorne, 2008).

Es necesario realizar dos evaluaciones en el grupo, una al inicio del tratamiento y la otra

al finalizarlo. Esto proporciona dos poblaciones de las cuales se obtiene muestras

relacionadas por pares. Para conocer los cambios, el instrumento de medición debe

contener los mismos criterios de evaluación tanto antes como después de la intervención

sobre la variable observada.

3 Tabla de valores críticos D en la prueba Kolmogorov-Smirnov para una muestra, disponible en la tabla F del apéndice I en (Siegel & Castellar , 1998, pág. 368)

Capítulo 2 45

La prueba de rangos con signos inicia con la determinación del estadístico T de Wilcoxon.

Para esto es obligatorio calcular la diferencia entre las observaciones obtenidas por pares.

Estos resultados son ordenados de menor a mayor, sin considerar el signo. A cada

diferencia le corresponde un rango de acuerdo con la posición que ocupa. De esta manera

al dato más pequeño le corresponde el rango 1, al dato siguiente el rango 2, continuando

así hasta proporcionar a cada diferencia un rango de manera ascendente. Luego de

establecer los rangos es necesario considerar el signo de cada diferencia con el fin de

identificar las diferencias positivas y negativas. En caso de encontrar empates, estos

resultados deben ser excluidos, no se tienen en la cuenta del conjunto de rangos (Newbold,

Carlson, & Thorne, 2008).

La hipótesis de igualdad H0 implica que la población 1 es igual a la población 2. Esto es,

las poblaciones muestran medianas iguales y la misma distribución. En caso tal que la

suma de los rangos positivos sea igual o cercana a la suma de los rangos negativos se

debe aceptar H0. Para rechazar H0 deben existir diferencias significativas entre estos

resultados, es decir obtener un resultado muy pequeño para cualquiera de las sumas. El

estadístico T de Wilcoxon corresponde al menor de estos valores. Para muestras

pequeñas (N≤20), se debe comparar esta cantidad con los puntos de corte4 Tα de la

distribución del estadístico de contraste de Wilcoxon (Newbold, Carlson, & Thorne, 2008).

Definiendo

T+: suma de los rangos positivos,

T-: suma de los rangos negativos,

entonces T = min (T+, T-), y de esta manera:

si T ≤ Tα entonces la conclusión implica rechazar H0,

si T ≥ Tα entonces la conclusión implica aceptar H0.

Para muestras grandes (N>20) y partiendo de la hipótesis de igualdad H0, el estadístico T

de Wilcoxon puede obtenerse haciendo una aproximación a la distribución normal

estándar. De esta manera, la distribución del estadístico T está determinado por:

4 Puntos de corte de la distribución del estadístico de contraste de Wilcoxon, disponible en la tabla 10 del apéndice en (Newbold, Carlson, & Thorne, 2008, pág. 932)



𝜇𝑇 =𝑁(𝑁+1)

4 , (19)

𝜎𝑇2 =

𝑁(𝑁+1)(2𝑁+1)

24, (20)

donde 𝜇𝑇 corresponde a la media y 𝜎𝑇2 es la varianza.

Los valores correspondientes a la media 𝜇𝑇 y la varianza 𝜎𝑇2 se emplean para determinar

el estadístico de prueba Z así:

𝑍 =𝑇−𝜇𝑇

𝜎𝑇, (21)

𝑍 =𝑇−

𝑁(𝑁+1)

4

√𝑁(𝑁+1)(2𝑁+1)

24

, (22)

Se emplea los valores correspondientes a la distribución de probabilidad normal estándar

para obtener la probabilidad (p-valor) asociada a la variable tipificada o estadístico de

prueba Z y así contrastar este valor con el nivel de significación α elegido antes de

implementar la prueba (Newbold, Carlson, & Thorne, 2008).

Para realizar el contraste entre el estadístico de prueba y el nivel de significación α, se

debe considerar que la prueba de Wilcoxon puede ser bilateral o no. Esto implica que, si

la prueba es bilateral o de dos colas, el p-valor asociado al estadístico Z se obtiene

multiplicando por dos el valor de la probabilidad asociada a Z, y en caso contrario se toma

el valor de probabilidad hallado sin modificar. Finalmente, se tiene que:

Si p-valor ≤ α, se rechaza H0,

Si p-valor > α, se acepta H0.

2.3.5 Prueba no paramétrica U de Mann-Whitney

Es la alternativa no paramétrica a la comparación de dos promedios independientes a

través de la t de Student. Esta prueba busca comparar la distribución de dos muestras

independientes correspondientes a dos poblaciones. Puede ser unidireccional cuando se

quiere comprobar si las puntuaciones de la población 1 son mayores que las puntuaciones

Capítulo 2 47

de la población 2 o viceversa. También, puede ser bidireccional, en el sentido que solo

busca comprobar si existen diferencias entre las muestras con las cuales se puede concluir

que provienen de poblaciones diferentes (Newbold, Carlson, & Thorne, 2008).

Para encontrar el estadístico de contraste U, se inicia con el supuesto de que las

distribuciones de ambas poblaciones son iguales. Siendo m y n el número de

observaciones de la muestra de la población 1 y la población 2 respectivamente, se debe

agrupar las observaciones de las dos muestras, organizándolas de menor a mayor

puntuación obtenida. A cada observación se asigna un orden o rango de acuerdo a la

posición que ocupa, en caso tal de presentarse resultados iguales se asigna el promedio

del rango correspondiente. Una vez asignados los rangos se debe sumar el valor de estas

posiciones para cada muestra por separado. De esta manera, R1 representa la sumatoria

de los rangos de la muestra 1 y R2 la sumatoria de los rangos de la muestra 2. Finalmente,

con esta información se procede a calcular el estadístico de prueba como:

𝑈1 = 𝑛𝑚 +𝑛(𝑛+1)

2− 𝑅1 (23)

𝑈2 = 𝑛𝑚 +𝑛(𝑛+1)

2− 𝑅2 (24)

Se elige U como el menor de los resultados obtenidos entre U1 y U2.

Eligiendo como hipótesis nula H0 el hecho que las medianas de las dos distribuciones de

poblaciones son iguales, y además se cuenta con una muestra de n observaciones

mayores que 10, (Newbold, Carlson, & Thorne, 2008) sugiere hacer una aproximación a la

distribución normal con media μU y varianza 𝜎𝑈2 como se describe a continuación:

𝜇𝑈 =𝑛𝑚

2 (25)

𝜎𝑈2 =

𝑛𝑚(𝑛+𝑚+1)

12 (26)

Con estos resultados se encuentra el valor Z o estadístico de prueba, de acuerdo con

aproximación distribución normal estándar, para posteriormente encontrar el p-valor y

compararlo con el nivel de significación α (Newbold, Carlson, & Thorne, 2008).



𝑍 =𝑈 − 𝜇𝑈

𝜎𝑈 (27)

Para la toma decisión sobre aceptar o rechazar la hipótesis nula H0 se consideran los

siguientes criterios:

Si p-valor ≤ α, se rechaza H0,

Si p-valor > α, se acepta H0.

2.3.6 El tamaño del efecto o magnitud de la diferencia

La prueba de hipótesis proporciona información para concluir si existe o no diferencia entre

los promedios o las medianas de dos muestras. A pesar de esto, dicha información no es

suficiente para describir la dimensión de esta diferencia o generalizar la magnitud del

efecto de determinado tratamiento sobre la población. El tamaño del efecto brinda la

información necesaria para poder evidenciar la magnitud de esa diferencia. Así pues, el

tamaño del efecto muestra de forma cuantitativa la efectividad de un tratamiento específico

(Ledesma, Macbeth, & Cortada de Kohan, 2008).

Existen diferentes propuestas para determinar el tamaño del efecto. Las más usuales se

conocen con los nombres: d de Cohen, delta de Glass y g de Hedges; denominadas así

en representación de los personajes que propusieron los algoritmos. Teniendo en cuenta

la posible variabilidad de los grupos, para este trabajo se elige la g de Hedges como medida

del tamaño del efecto. El procedimiento propuesto por Larry Vernon Hedges incluye la

variabilidad de los grupos, disminuyendo así un posible sesgo a favor de uno de ellos

(Ledesma, Macbeth, & Cortada de Kohan, 2008).

Para obtener la g de Hedges se parte de la definición del tamaño del efecto, TE, como una

diferencia estandarizada

𝑇𝐸 = 𝑒−𝑐

𝜎𝑢 . (28)

Donde 𝑒 𝑦 𝑐 es la media de la variable dependiente del grupo experimental y del grupo

control, respectivamente. 𝜎𝑢 corresponde a la desviación estándar unificada, propuesta por

Hedges, y considera datos de ambos grupos:

Capítulo 2 49

𝜎𝑢 = √(𝑁𝑒−1)𝜎𝑒

2+(𝑁𝑐−1)𝜎𝑐2

𝑁𝑒+𝑁𝑐−2. (29)

De esta ecuación, 𝑁𝑒 𝑦 𝑁𝑐 corresponden al tamaño de las muestras de ambos grupos. Así

mismo, 𝜎𝑒 𝑦 𝜎𝑐 representan la desviación estándar de los grupos experimental y control.

Reemplazando (29) en (28) se obtiene el tamaño del efecto representado con la letra g.

Sin embargo, Hedges propone una corrección a su modelo agregando un nuevo factor, de

manera que, la medida del efecto será determinada por

𝑔𝑎𝑗𝑢𝑠𝑡𝑎𝑑𝑎 = 𝑔 (1 −3

4𝑛−5), (30)

donde n representa la totalidad de datos de las dos muestras. Esto es 𝑛 = 𝑁𝑒 + 𝑁𝑐.

Finalmente, combinando las ecuaciones anteriores se encuentra el tamaño del efecto así:

𝑔𝑎𝑗𝑢𝑠𝑡𝑎𝑑𝑎 =𝑒−𝑐

√(𝑁𝑒−1)𝜎𝑒

2+(𝑁𝑐−1)𝜎𝑐2

𝑁𝑒+𝑁𝑐−2

(1 −3

4𝑛−5). (31)

Para comprender el significado de este valor, se puede comparar el resultado obtenido con

las puntuaciones Z5, en cuanto a la representación del número de desviaciones estándar

alejadas de la media. En otras palabras, el tamaño del efecto representa la cantidad de

desviaciones estándar que separan la media de una distribución muestral de la otra. Este

valor representado en términos de percentiles, evidencia el porcentaje del grupo control

que se encuentra por debajo del puntaje promedio del grupo experimental (Coe & Merino

Soto, 2003).

5 Para obtener la función de distribución acumulada correspondiente al valor Z consultar la tabla 1 del apéndice en (Newbold, Carlson, & Thorne, 2008, pág. 899)

51

ESTRATEGIA DE AULA PARA LA ENSEÑANZA DE LA LEY OHM

3.1 Aspectos generales

Para lograr el objetivo de comparar la eficiencia obtenida al emplear dos estrategias de

enseñanza diseñadas para desarrollar un aprendizaje significativo de la ley Ohm en

estudiantes de grado séptimo, se lleva a cabo un proceso de investigación acción

empleando un diseño experimental.

Las estrategias están diseñadas para desarrollar un aprendizaje significativo de la ley Ohm

en estudiantes de grado séptimo. Para el proceso se contemplan dos grupos, un grupo

experimental (cursos 7° A y 7° B), y un grupo control (cursos 7° C, 7° D y 7° E). En el grupo

experimental se implementa la estrategia de diseño instruccional basada en el uso de TIC,

y en el grupo control se emplea el aprendizaje activo basado en experimentos

demostrativos con material real.

El desarrollo de las actividades se distribuye en un periodo académico compuesto por cinco

semanas. Cada sesión semanal tiene una intensidad de noventa minutos. Para cada grupo

es diseñada una estrategia manteniendo semejanzas tales como: objetivo de aprendizaje,

variables de medición y situación problema. Las actividades propuestas son desarrolladas

durante la misma semana para los dos grupos, con el fin de disminuir la posibilidad de

favorecer a una determinada población. A continuación, se describen las características

de cada una de ellas.



3.2 Actividades

3.2.1 Actividad 1: actividad de entrada

Objetivo de aprendizaje

• Reconocer los conceptos de trabajo, energía potencial gravitacional y energía

cinética. Esto se hace debido a que dichas magnitudes ofrecen una buena

equivalencia para construir el concepto de potencial eléctrico y con este el de

corriente eléctrica. La actividad se construye considerando que, en grado sexto, los

estudiantes abordaron esta temática durante dos periodos académicos.

Desarrollo de competencias

• Uso compresivo del conocimiento científico: definir características de la energía

mecánica para describir el movimiento de un objeto empleando la información

proporciona a través de una serie de lecturas.

• Uso compresivo del conocimiento científico: identificar los diferentes tipos de

energía presentes en el movimiento de un objeto para comprender el principio de

conservación de la energía a partir del a análisis de representaciones gráficas

Grupo experimental: empleando una presentación Power Point se proyecta la situación

problema; esta consiste en comparar el trabajo mecánico desarrollado por un mensajero

con la ganancia obtenida por desarrollar dicha actividad. El punto de partida es la noción

intuitiva en la cual el trabajo se refiere a la actividad desarrollada para conseguir algo a

cambio; esto es, hago algo y me pagan en proporción. La actividad está orientada para

que el estudiante encuentre la relación del trabajo mecánico con la fuerza aplicada y el

desplazamiento. Para esto se plantean dos situaciones: la primera es determinar el trabajo

realizado al entregar un paquete de peso constante en diferentes pisos de un edificio, la

segunda es determinar el trabajo realizado al entregar paquetes de diferente peso a un

mismo piso del edificio.

Para abordar los conceptos de energía potencial gravitacional y energía cinética se toma

como base la definición de trabajo previamente desarrollada. De modo que la energía

Capítulo 3 53

potencial es posible entender como un trabajo acumulado que posteriormente se puede

convertir en energía cinética. Durante la clase se proyectan imágenes que ilustran las

situaciones y videos para reforzar las conclusiones. Finalmente, como cierre de clase, son

formados grupos de cuatro estudiantes los cuales deben resolver la actividad N°1 (Anexo

A).

Grupo control: se plantea una actividad en grupo, la cual está compuesta por cinco fases,

a saber:

La primera consiste en formar grupos de cuatro participantes; cada uno está formado de

manera aleatoria, para esto es empleada la página web

http://generadorgrupos.miguelms.es/.

En la segunda fase, a cada integrante le corresponde leer un fragmento diferente en el

cual son descritos los conceptos de trabajo y energía; estas lecturas son tomadas de libros

de texto especializados en física para bachillerato, páginas web o artículos científicos. La

primera lectura busca mostrar el desarrollo histórico de los conceptos trabajo y energía; la

segunda lectura hace una definición descriptiva de los conceptos haciendo uso de

ejemplos sin emplear ecuaciones; la tercera lectura aborda los conceptos desde la

definición analítica, es decir, muestra las relaciones algebraicas de cada uno y también

ejemplos con cálculos numéricos; la última lectura describe una aplicación de los

conceptos y su relación con el principio de conservación de la energía.

En la tercera fase se dispone de un tiempo para que cada integrante lea su fragmento y

logre familiarizarse con su objeto de estudio. Los grupos continúan de acuerdo con su

formación original.

En la cuarta fase los estudiantes deben conformar nuevos grupos pidiendo que se ubiquen

por lecturas en común (grupos de expertos). Durante un tiempo determinado,

aproximadamente quince minutos, deben dialogar entre sí, exponiendo el tema central de

cada lectura, así como sus propios puntos de vista. Cada uno debe tomar nota de los

conceptos, definiciones y aportes hechos en el grupo.

En la última fase, los estudiantes deben regresar a sus grupos principales y compartir la

información recopilada. Finalmente, como cierre de clase, cada grupo debe resolver la

actividad N°1 (Anexo A).

http://generadorgrupos.miguelms.es/



3.2.2 Actividad 2: materiales conductores: una aproximación a los conceptos corriente, voltaje y resistencia eléctrica

Objetivo de aprendizaje

• Identificar características de las magnitudes: resistencia, corriente y voltaje a partir

de la observación del funcionamiento de un circuito simple y su relación con

materiales conductores.


• Explicación de fenómenos: identificar la relación entre corriente, resistencia y

voltaje para explicar el funcionamiento de un circuito eléctrico básico, empleando

los cambios observados en el brillo de un bombillo.

• Indagación: observar y relacionar características de las variables: corriente,

resistencia y voltaje, para elaborar conclusiones a partir de la recolección y análisis

de datos.

Grupo experimental: buscando que los estudiantes logren reconocer la corriente eléctrica

como el movimiento de cargas eléctricas y la resistencia del material como la oposición al

paso de esas cargas, se propone una guía de trabajo (Anexo B) distribuida en siete puntos.

El estudiante debe construir un circuito simple, modificar sus elementos y organizar las

observaciones en una tabla de datos. De esta manera la guía describe una serie de pasos

a manera de instrucción, dentro de los cuales es necesario hacer uso de la aplicación

“Circuit Construction Kit: DC”, disponible en https://phet.colorado.edu/en/simulation/circuit-

construction-kit-dc. Finalmente, cada alumno emplea la información recolectada para

resolver una serie de preguntas orientadoras.

Como situación de contexto es empleada una acción cotidiana en el transporte público;

esta consiste en describir el movimiento de un pasajero al interior de un bus durante las

horas valle y pico. El objetivo consiste en relacionar la dificultad en el desplazamiento del

pasajero al interior de un bus con la resistencia de un material y el flujo de corriente.

https://phet.colorado.edu/en/simulation/circuit-construction-kit-dc

https://phet.colorado.edu/en/simulation/circuit-construction-kit-dc

Capítulo 3 55

A continuación, los estudiantes deben observar la respuesta del circuito mostrado en la

Figura 3.2-1 a), de acuerdo con el brillo del bombillo, al ubicar un material determinado

entre los puntos A y B.

Haciendo uso de la aplicación el estudiante construye el circuito y registra su observación

en una tabla de datos, ver Figura 3.2-1. Para completar el circuito ubica uno de los

materiales proporcionados por la aplicación, observa la respuesta del circuito centrando la

atención en el brillo del bombillo y completa la tabla. Finalmente usa esta información para

dar respuesta a los interrogantes propuestos.

Figura 3.2-1: a) Circuito básico, b) Tabla de datos.

Para reforzar el aprendizaje se pide que ubique una resistencia

entre los puntos A y B del circuito, ver Figura 3.2-2); con ayuda

de la aplicación variar el valor de este elemento y con base en el

movimiento de las cargas y el brillo del bombillo observados

completar un párrafo propuesto en la guía. Para esto es

necesario emplear la definición de los conceptos abordados.

Continuando con el desarrollo de la actividad, el estudiante construye un nuevo circuito

con el fin de identificar características del voltaje, ver Figura 3.2-3 b). Haciendo uso de la

aplicación realiza mediciones y registra la información en una tabla de datos mostrada en

la figura 3.2-3 a) y c). Con esta información debe responder una serie de preguntas a

manera de conclusión y análisis del circuito básico.

Figura 3.2-2: Circuito

con resistencia.



Figura 3.2-3: a) Tabla de datos serie, b) Circuito con baterías, c) Tabla de datos paralelo.

Como actividad de cierre, se solicita construir un circuito básico, ver

Figura 3.2-4, y de acuerdo con lo observado responder una serie de

preguntas orientadoras, buscando que el estudiante logre relacionar

el voltaje de la batería, con el voltaje del bombillo y su brillo. Además,

con una opción dispuesta en la aplicación el estudiante puede

reconocer el sentido del movimiento de las cargas, y compararlo con

la dirección convencional de la corriente eléctrica.

Se espera que el estudiante logre reconocer el voltaje como la magnitud medida entre dos

puntos A y B de un elemento del circuito, además que su valor depende de la diferencia

de potencial entre los puntos terminales de la batería. Al conectar baterías en serie el

voltaje total aumenta, y al conectarlas en paralelo el voltaje se mantiene constante sin

importar el número de baterías.

Grupo control: Para alcanzar el objetivo de aprendizaje, la práctica se divide en dos

partes. La primera orientada a la interacción con los conceptos de corriente y resistencia

eléctrica. La segunda está dirigida para abordar el concepto de voltaje. Buscando un mayor

tiempo de interacción verbal entre estudiantes y docente, no se asigna una guía para cada

estudiante, sin embrago, el docente emplea la guía de clase (anexo C) para orientar el

desarrollo de la actividad.

Primera parte: el docente da a conocer el montaje de un circuito simple mostrado en la

Figura 3.2-5, compuesto por una fuente de voltaje, alambre de cobre y un bombillo

incandescente. De acuerdo con la descripción del circuito los estudiantes deben realizar,

de manera individual, cuatro predicciones. Con esta actividad se busca relacionar el brillo

del bombillo con la propiedad de conducir corriente de los distintos materiales, y a partir de

estas definiciones construir los conceptos de corriente y resistencia eléctrica.

Figura 3.2-4: Circuito básico.

Capítulo 3 57

Figura 3.2-5: Circuito básico 1.

Fuente: Elaboración propia, clase de física con los cursos 7 C, 7 D Y 7 E, agosto 8, 9 y

13 del 2019.

El desarrollo de la actividad presenta los siguientes pasos: realizar predicciones

individuales, discutir entre grupos, socializar predicciones y establecer predicciones

comunes entre grupos. Luego de socializar las predicciones individuales y grupales, el

docente pone en funcionamiento el montaje, completando el circuito con diferentes

materiales (puntilla, balso, moneda, silicona, borrador y alambre). Los estudiantes deben

registrar sus observaciones en una tabla, para luego describir y discutir entre grupos estos

resultados. Finalmente, se realiza una discusión plenaria, y apoyado en las observaciones

y la participación del curso, el docente direcciona estas respuestas para reforzar los

conceptos implicados.

Segunda parte: haciendo uso de una fuente de voltaje se realiza un circuito básico

compuesto por un bombillo incandescente y cables de conexión (ver Figura 3.2-6). Con

ayuda de la fuente se modifica el voltaje de tal manera que inicia en cero volts y se aumenta

de manera gradual. El docente realiza la descripción de este procedimiento sin poner en

funcionamiento el montaje.



Figura 3.2-6: Circuito básico 2.

Fuente: Elaboración propia, clase de física con los cursos 7 C, 7 D Y 7 E, agosto 8, 9 y

13 del 2019.

Continuando con la metodología del aprendizaje activo, el docente desarrolla la actividad

siguiendo los pasos descritos en la actividad anterior. Para concluir esta práctica se

emplean las respuestas proporcionadas por los estudiantes, dentro de las discusiones,

para relacionar la corriente eléctrica con el voltaje.

3.2.3 Actividad 3: flujo de corriente a través de circuitos en serie y paralelo

Objetivos de aprendizaje

• Reconocer el principio de conservación de la carga eléctrica a partir de la descripción

del flujo de corriente eléctrica a través de los circuitos serie y paralelo.

• Relacionar el principio de conservación de la energía con la medida del voltaje en los

diferentes elementos del circuito.


• Explicación de fenómenos: observar cómo se distribuye la corriente eléctrica a través

de los circuitos en serie y en paralelo para explicar la naturaleza de la corriente

empleando el principio de conservación de la carga eléctrica.

Capítulo 3 59

• Indagación: elaborar conclusiones sobre la distribución del voltaje en los diferentes

elementos de un circuito para reconocer el principio de conservación de la energía

empleando el resultado de las mediciones.

Grupo experimental: se diseña una guía de trabajo (Anexo D) distribuida en seis puntos,

en los dos primeros el objeto de estudio es el circuito en serie, en los siguientes dos es el

circuito en paralelo y los dos restantes son empleados para el desarrollo de conclusiones.

Para comenzar, el estudiante realiza la construcción de los tres circuitos mostrados en la

Figura 3.2-7, esto a través de la aplicación “Circuit Construction Kit: DC”. Haciendo uso de

las herramientas dispuestas en la aplicación, debe realizar mediciones de corriente y

voltaje, de tal manera que logre completar la tabla N°1: voltaje y corriente en un circuito en

serie Figura 3.2-8.

Figura 3.2-7: Circuitos en serie.

Figura 3.2-8: Tabla de resultados 1.

Con la información recolectada el estudiante responde cinco preguntas orientadas a

relacionar el voltaje de la fuente con el voltaje medido en cada bombillo, así como la

corriente del circuito con la corriente que pasa por cada bombillo. Además, debe relacionar

el brillo del bombillo con estas dos magnitudes. Se debe cumplir que:



𝑖 = 𝑖1 = 𝑖2 = ⋯ = 𝑖𝑛 (32)

𝑉 = 𝑉1 + 𝑉2 + ⋯ + 𝑉𝑛 (33)

La relación (32) describe el principio de conservación de carga eléctrica y la relación (33)

muestra el principio de conservación de la energía.

En la siguiente etapa es necesario construir el montaje mostrado en la Figura 3.2-9, realizar

mediciones de voltaje y corriente para completar la Tabla N°2, mostrada en la figura 3.2-

10. La información recolectada es empleada para responder cinco preguntas orientadas a

cumplir con el objetivo de la actividad.

Figura 3.2-9: Circuitos en paralelo.

Figura 3.2-10: Tabla de resultados 2.

En la parte final de la actividad, puntos cinco y seis, se describen de forma textual cada

uno de los principios y luego cada estudiante debe explicar cuál es la relación de estas

definiciones con lo observado durante la práctica.

Grupo control: para el desarrollo de la sesión, se propone una guía de trabajo (Anexo E).

La actividad tiene como punto partida una situación problema basada en la conexión de

dos bombillos para aumentar la intensidad de luz en una habitación. A partir del desarrollo

de la actividad el estudiante debe responder la siguiente pregunta problema: ¿Cómo son

Capítulo 3 61

los brillos de dos bombillos de un circuito comparados con el brillo de un único bombillo en

un circuito? El objetivo de la práctica consiste en orientar al estudiante hacia la

caracterización de los circuitos serie y paralelo relacionando las variables corriente y

voltaje.

Figura 3.2-11: Circuitos en serie y paralelo.

Siguiendo la metodología del aprendizaje activo, la actividad está dividida en cinco etapas,

las cuales se describen a continuación:

Predicciones individuales: después de hacer la descripción de los circuitos I, II y III

mostrados en la Figura 3.2-11 cada estudiante realiza su predicción respecto al posible

brillo de los bombillos, ordenándolos de menor a mayor de acuerdo con la intensidad de

brillo. Para la construcción de los circuitos fueron empleados los siguientes materiales:

bombillos incandescentes de 3V (bombillos de linterna), portapilas, pilas AA, rosetas para

bombillos de 3V y cable para las conexiones.

Predicciones grupales: formando diferentes grupos de trabajo los estudiantes deben

exponer sus predicciones al interior de cada uno. La intención es la de proponer una única

predicción por grupo; para luego debatir entre grupos.

Predicciones en común: a manera de debate cada grupo expone la predicción elegida

argumentando la razón por la cual fue seleccionada. El docente realiza preguntas

orientadoras con el ánimo de enfrentar las versiones de cada grupo. Luego del debate se

escribe en el tablero del salón cada una de las predicciones.



Desarrollo de la práctica: para lograr evaluar las predicciones

propuestas, el docente hace la demostración siguiendo los

puntos descritos en la guía. En primer lugar, se toma como

objeto de estudio el circuito II, ver Figura 3.2-12, para el cual

los estudiantes responden cinco preguntas orientadas a la

comprensión del principio de conservación de la carga; aquí es

importante relacionar la corriente con el brillo de los bombillos.

Para reforzar la observación, empleando un amperímetro se

realiza la medición de corriente en los puntos 1, 2 y 3 del circuito.

Dando continuidad a la práctica, los circuitos I y II

son empleados como objeto de estudio, ver

Figura 3.2-13. A través de la observación, el

estudiante compara el brillo del bombillo A con el

brillo de los bombillos B y C; así mismo debe

evidenciar una relación entre la corriente y la

resistencia de los bombillos. Para lograr este

procedimiento se proponen dos preguntas

orientadoras, descritas en la guía.

Al aumentar el número de bombillos conectados en serie, la resistencia aumenta y como

consecuencia la corriente disminuye. Para argumentar esta conclusión se realiza la

medición de corriente en el punto 1 de ambos circuitos. Se dispone el salón de clase para

que los estudiantes expliquen sus conclusiones y debatan sus puntos de vista.

El punto 4 consiste en comparar los resultados de los tres

circuitos, y está compuesto por seis preguntas; las tres

primeras dirigidas únicamente a los resultados obtenidos con

el circuito III, ver Figura 3.2-14. Las preguntas están

orientadas para que el estudiante reconozca el principio de

conservación de la carga, evidenciando una igualdad en la

cantidad de corriente que ingresa a cada bombillo y su

relación con el brillo. Para reforzar esta definición se realiza la

medición de corriente en los puntos 1, 2 y 3 del circuito.

Figura 3.2-12: Circuito II.

Figura 3.2-13: Circuitos I y II.

Figura 3.2-14: Circuito III.

Capítulo 3 63

Las siguientes tres preguntas están orientadas a generalizar el principio de conservación

de la carga, comparando los resultados obtenidos en los tres circuitos. Por último, el

estudiante debe reconocer la dependencia de la intensidad de corriente eléctrica con la

cantidad de bombillos y la forma en la cual se conectan, esto es un acercamiento a la ley

Ohm.

Elaboración de conclusiones: Para finalizar la actividad, en el punto 5 son descritos de

forma textual cada uno de los principios. El estudiante debe explicar cuál es la relación de

estas definiciones con lo observado durante la práctica. Como cierre de clase, se realiza

una socialización con la participación de los grupos y docente, tomando como punto de

partida los resultados y conclusiones de cada grupo. Para finalizar el docente expone las

conclusiones generales referidas al objetivo de aprendizaje.

3.2.4 Actividad 4: Características de la ley de Ohm

Objetivos de aprendizaje

• Interpretar fenómenos físicos presentes en los circuitos eléctricos, a través de un

experimento que permita recopilar y presentar la información del mismo.

• Realizar mediciones de voltaje, corriente y resistencia en un circuito, y elaborar

conclusiones frente a los datos recopilados.

• Identificar las características principales de la ley de Ohm a través de la relación

entre las variables físicas: corriente, resistencia y voltaje.


• Explicación de fenómenos: Elaborar explicaciones sobre el tipo de relación

existente entre las variables físicas: corriente, resistencia y voltaje que describen el

funcionamiento de un circuito eléctrico, argumentando a partir de la ley de Ohm.

• Indagación: Interpretar y analizar datos de corriente, resistencia y voltaje para

evaluar predicciones presentando los resultados y conclusiones de manera escrita

y oral.

Grupo experimental: para el desarrollo de la actividad se diseña una guía de clase (Anexo

F), tomando como punto de partida la descripción de una situación de contexto. El

problema de la situación consiste en identificar la manera de gradual la iluminación de una



habitación variando el brillo de un bombillo sin necesidad de cambiar este dispositivo. El

desarrollo de la guía está distribuido en siete puntos, los cuales son descritos a

continuación:

Primer punto: acceder a la aplicación “Circuit Construction

Kit: DC - Virtual Lab” disponible en:

https://phet.colorado.edu/en/simulation/circuit-construction-

kit-dc-virtual-lab con el fin de construir el circuito mostrado en

la figura 3.2-15, compuesto por un bombillo, una resistencia R,

una batería V y un interruptor.

Segundo punto: empleando el circuito construido en el paso anterior realizar mediciones

de corriente, voltaje y observar el brillo del bombillo. Los datos deben ser registrados en la

tabla mostrada en la figura 3.2-16. El valor de la resistencia empleada durante esta práctica

se mantiene constante durante la medición.

Tercer punto: continuando con el desarrollo del aprendizaje, el estudiante debe

representar de forma gráfica los datos recolectados a través de la medición. Para esto

emplea un plano cartesiano (figura 3.2-17), en el cual la variable dependiente es la

corriente eléctrica y la variable independiente es el voltaje. Con el fin de centrar la atención

en la representación gráfica y posterior análisis de datos, la guía cuenta con la

representación del plano cartesiano, mostrando: el titulo de la gráfica, nombre de los ejes

y escala de medición. El estudiante ubica los puntos sobre el plano y traza la línea de

tendencia.

Figura 3.2-16: Tabla de datos.

Figura 3.2-17: Corriente Vs Voltaje.

Figura 3.2-15: Circuito con resistencia.

https://phet.colorado.edu/en/simulation/circuit-construction-kit-dc-virtual-lab

https://phet.colorado.edu/en/simulation/circuit-construction-kit-dc-virtual-lab

Capítulo 3 65

Cuarto punto: el estudiante interpreta y analiza los datos registrados en la tabla y

representados de manera gráfica. El docente propone tres preguntas orientadoras para

conducir al estudiante a un adecuado análisis de datos.

Quinto punto: el estudiante identifica la relación entre la magnitud de la corriente eléctrica

con el valor de la resistencia eléctrica. Realiza mediciones de corriente eléctrica y observa

los cambios en el brillo del bombillo al variar la magnitud de la resistencia. La magnitud del

voltaje proporcionado por la batería se mantiene constante. Los datos son registrados en

la tabla mostrada en la Figura 3.2-18.

Sexto punto: en el plano cartesiano de la Figura 3.2-19 la variable dependiente

corresponde a la corriente eléctrica y la variable independiente es la resistenca. El

estudiante emplea este plano para representar los datos recolectados en el punto anterior.

Séptimo punto: como análisis de datos, se proponen tres peguntas orientadoras,

buscando que el estudiante evidencie la relación inversa entre la corriente y la resistencia

eléctrica.

Grupo control: la guía propuesta para el desarrollo de la actividad (Anexo G) inicia

describiendo la misma situación de contexto empleada con el grupo experimental. Esta

guía esta distribuida en cuatro puntos: predicciones individuales, predicciones grupales,

observación y análisis y discusión.

El docente hace una descripción del circuito mostrado en la Figura 3.2-20, el cual esta

compuesto por un par de baterias AA, un bombillo, un juego de resistencias de cerámica y

cable.

Figura 3.2-18: Corriente en función de la resistencia.

Figura 3.2-19: Corriente Vs resistencia.



Figura 3.2-20: Circuito con resistencias en serie.

Fuente: Adaptado de

https://www.edu.xunta.es/espazoAbalar/sites/espazoAbalar/files/datos/1464947843/conti

do/pilasenserie.jpg

Primer punto: el estudiante propone dos predicciones, la primera busca relacionar el valor

de la corriente con el voltaje, y la segunda busca relacionar la corriente eléctrica con la

resistencia eléctrica. En este punto las predicciones se realizan de manera individual.

Segundo punto: los estudiantes forman grupos de trabajo para compartir las predicciones

individuales. Luego de la discusión el grupo propone, si es posible, una predicción general.

El docente establece un ambiente de debate, invitando a los grupos para que socialicen

sus predicciones. Cada grupo debe defender su posición y confrontar los puntos de vista

de los demás compañeros. Finalmente, se establecen predicciones generales del curso.

Tercer punto: el docente realiza la demostración, poniendo en funcionamiento el circuito.

La práctica esta dividida en dos partes: la primera consiste en variar el voltaje empleando

baterias AA conectadas en serie a una resistencia de valor constante, la segunda, en

cambio, mantiene el voltaje constante y varía el valor de la resistencia agrupando

resistencias en serie. Los resultados de la práctica son consignados en las tablas de datos

1 y 2 mostradas en la Figura 3.2-21 y en la Figura 3.2-22 respectivamente.

Capítulo 3 67

Punto cuarto: para evidenciar la relación directamente proporcional que exite entre la

corriente eléctrica y el voltaje, y la relación inversamente proporcional entre la corriente y

la resistencia eléctrica, los estudiantes responden cuatro preguntas orientadoras de

manera individual. Formando grupos de discusión cada estudiante expone sus respuestas,

luego debaten respecto a la validez de cada una y construyen respuestas generales a las

preguntas planteadas. Se dispone el salón para realizar la socialización general,

escuchando la participación de cada grupo e invitando a la discusión entre ellos.

Finalmente, el docente basado en estas intervenciones muestra como conclusión la

ecuación que describe la ley de Ohm (I=V/R), y expone las características de la misma.

Figura 3.2-21:Tabla de datos 1.

Figura 3.2-22:Tabla de datos 2.

IMPLEMENTACIÓN

4.1 Diseño de las pruebas

Con el objetivo de reconocer el cambio en el aprendizaje de los estudiantes como

consecuencia de implementar las estrategias de enseñanza, se diseña una prueba

compuesta por siete preguntas de selección múltiple con única respuesta. Esta actividad

es llevada a cabo antes y después de dar inicio al proceso de enseñanza-aprendizaje. La

prueba es denominada PRETEST o POSTEST2019 de acuerdo al momento en cual se

aplica.

Para verificar si los cambios en el aprendizaje se mantienen con el paso del tiempo y

posteriormente contrastar la eficiencia de cada estrategia, es necesario realizar una nueva

evaluación. Esta prueba está compuesta por nueve preguntas de selección múltiple con

única respuesta. Cada pregunta se construye a partir de situaciones problemáticas nuevas,

involucrando material potencialmente significado, el cual fue usado durante las prácticas

de aula, y donde se debe contar con un dominio conceptual y metodológico para obtener

cada respuesta. Esta actividad es denominada POSTEST2020.

Las características de cada prueba son establecidas según los criterios dispuestos por el

Instituto Colombiano para Evaluación de la Educación (icfes) descritos en la guía de

orientación saber 11 (Instituto Colombiano para la Evaluación de la Educación (icfes), ©

Icfes, 2018). Para el caso de la prueba de ciencias naturales son evaluadas tres

competencias: uso del conocimiento científico, indagación y explicación de fenómenos. A

continuación, se describe cada una de las actividades evaluativas:

• Prueba de entrada y salida (PRETEST Y POSTEST2019)



1. Se necesita conducir corriente eléctrica de un punto A hasta un punto B, para esto

se dispone de tres objetos de diferente material. El objeto 1 es una varilla empleada

para la construcción de casas, el objeto 2 es un tubo de pvc empleado para

transportar agua, y el objeto 3 es una barra de silicona utilizada en el ámbito escolar.

Suponiendo que cualquiera de los tres objetos tiene la longitud suficiente para

conectar los dos puntos, ¿cuál de los tres objetos se puede utilizar para conducir la

corriente desde el punto A hasta el punto B?

A. El objeto 1

B. El objeto 2

C. El objeto 3

D. Ninguno sirve para conducir la corriente eléctrica

Competencia Uso comprensivo del conocimiento científico

Afirmación Asociar fenómenos naturales con conceptos propios del conocimiento científico.

Respuesta correcta

A

El estudiante debe reconocer la existencia de materiales, conductores y aislantes; así como, la relación entre la resistencia eléctrica y el flujo de corriente eléctrica.

2. Un estudiante de grado décimo afirma que la corriente eléctrica es consecuencia del

movimiento de cargas eléctricas y agrega que los electrones son los únicos

portadores de carga que se pueden mover y así generar la corriente. Esta afirmación

es

A. falsa, porque la corriente es la acumulación de carga eléctrica en un objeto.

B. verdadera, porque los electrones pueden moverse de un átomo a otro.

C. falsa, porque la corriente es producida por pilas o generadores y no intervienen los

electrones del material.

D. verdadera, porque los electrones son los únicos portadores de carga eléctrica.


Afirmación Identificar las características de algunos fenómenos de la naturaleza basado en el análisis de información y conceptos propios del conocimiento científico.

Respuesta correcta

B

El estudiante debe identificar los conceptos empelados en el enunciado de la pregunta, y compararlos con las características que determinan el flujo de corriente eléctrica en un material ferromagnético. El estudiante debe comprender que el movimiento de cargas eléctricas, esto es electrones en materiales conductores, genera una corriente eléctrica.

Capítulo 4 71

3. Al revisar la información al respaldo de la batería de un celular, se encuentra la

siguiente frase “voltaje = 9V “este mensaje se refiere a

A. la cantidad de carga eléctrica almacenada la pila.

B. la cantidad de energía almacenada en la pila.

C. el voltaje que se mueve a través del circuito que componen el celular.

D. la cantidad de energía por unidad de carga eléctrica.


Afirmación Identificar las características de algunos fenómenos de la naturaleza basado en el análisis de información y conceptos propios del conocimiento científico.

Respuesta correcta D

El estudiante comprende que la diferencia de energía potencial puede generar un trabajo para desplazar una partícula a lo largo de una trayectoria. La proporción entre el trabajo y la carga eléctrica está determinada por el voltaje de la fuente.

4. Algunas linternas de mano funcionan conectando en serie dos pilas de 1.5 voltios

cada una. Con esto se puede lograr

A. aumentar el voltaje para aumentar la corriente que ingresa al bombillo.

B. aumentar el voltaje para disminuir la corriente que ingresa al bombillo.

C. solamente aumentar el voltaje, porque la corriente que ingresa al bombillo no cambia.

D. disminuir el voltaje para aumentar la corriente que ingresa al bombillo.

Competencia Explicación de fenómenos.

Afirmación Explicar cómo ocurren algunos fenómenos de la naturaleza basado en observaciones, patrones y conceptos propios del conocimiento científico.

Respuesta correcta A

El estudiante debe relacionar las variables: voltaje y corriente, que describen el funcionamiento de un circuito eléctrico basándose en la ley de Ohm, para elaborar explicaciones frente a la naturaleza del potencial eléctrico.



5. Para una linterna se debe cambiar el bombillo, pero solo está disponible uno de

mayor resistencia eléctrica. Esto quiere decir que al usar este bombillo y las mismas

pilas del punto anterior

A. la corriente eléctrica que pasa por el bombillo debe aumentar.

B. la corriente eléctrica que pasa por el bombillo debe disminuir.

C. La corriente que pasa por el bombillo se mantiene igual, no cambia.

D. La corriente eléctrica cambiara constantemente entre un valor minio y otro valor

máximo.

Competencia Explicación de fenómenos.

Afirmación Explicar cómo ocurren algunos fenómenos de la naturaleza basado en observaciones, patrones y conceptos propios del conocimiento científico.

Respuesta correcta B

El estudiante debe relacionar las variables: voltaje, resistencia y corriente, que describen el funcionamiento de un circuito eléctrico basándose en la ley de Ohm, para elaborar explicaciones frente a la naturaleza del flujo de corriente eléctrica.

Figura 1. Circuito en serie. Tomado de

https://co.pinterest.com/pin/282178732881880110/?lp=true

6. Al comparar la corriente que pasa por cada bombillo se puede encontrar la siguiente

conclusión:

A. la corriente en el bombillo 1 es mayor, porque de acuerdo con la dirección de la

corriente ésta ingresa en primer lugar a este bombillo.

B. la corriente en el bombillo 3 es mayor, porque está más cerca a la pila.

C. la corriente en el bombillo 2 es mayor, porque recibe corriente de los bombillos 1 y

3.

D. la corriente tiene el mismo valor en los tres bombillos.

Competencia Indagar

Afirmación Observar y relacionar patrones en los datos para evaluar las predicciones.


El estudiante debe interpretar y analizar la información presentada en la figura, para determinar el tipo de circuito eléctrico y basado en el principio de conservación de la carga eléctrica y la caracterización de un circuito en serie evaluar su predicción.

https://co.pinterest.com/pin/282178732881880110/?lp=true

Capítulo 4 73

Figura 2. Circuito en paralelo. Tomado de:

https://www.pinterest.es/pin/560909328572039624/

7. Al comparar el voltaje en cada bombillo se puede encontrar la siguiente conclusión:

A. el voltaje en el bombillo 1 es mayor porque se suma el de los bombillos 1 y 2.

B. el voltaje en el bombillo 3 es mayor porque se encuentra más cerca a la pila.

C. el voltaje es igual en los tres bombillos.

D. el voltaje en el bombillo 2 es mayor porque está en el centro del circuito.

Competencia Indagar

Afirmación Observar y relacionar patrones en los datos para evaluar las predicciones.

Respuesta correcta C

El estudiante debe interpretar y analizar la información presentada en la figura, para determinar el tipo de circuito eléctrico y basado en el principio de conservación de la carga eléctrica y la caracterización de un circuito en paralelo evaluar su predicción.

https://www.pinterest.es/pin/560909328572039624/



• Prueba de verificación (POSTEST2020)

En la figura se muestran cuatro esquemas, los cuales representan un circuito básico

compuesto por una batería y un bombillo de linterna, conectados a través de cables y

un accesorio de uso cotidiano. Los bombillos y las baterías empleados en los cuatro

circuitos cumplen con las mismas características.

Circuito 1

Circuito 2

Circuito 3

Circuito 4

1. Al poner en funcionamiento los cuatro circuitos se puede esperar que

A. los bombillos en los cuatro circuitos brillen con la misma intensidad.

B. solamente brillaran los bombillos que conforman los circuitos 3 y 4.

C. el único bombillo que brillará es el que conforma el circuito 3.

D. brillen los bombillos que conforman los circuitos 1, 2 y 3.


Afirmación Asociar fenómenos naturales con conceptos propios del conocimiento científico.


El estudiante debe reconocer la existencia de materiales conductores, aislantes; así

como, la relación entre la resistencia eléctrica y el flujo de corriente eléctrica.

Adaptada de (Calderon, 2016)

Capítulo 4 75

2. A una resistencia de 2 Ω se le conectan una fuente de 20 voltios y una fuente de

30 voltios como se muestra en la figura. ¿La diferencia de potencial entre los

puntos A y B del circuito es?

A. 50 voltios, ya que para obtener la diferencia de potencial entre los puntos A y B

es necesario sumar las fuentes de voltaje que conectan a cada punto.

B. 30 voltios, ya que la fuente de voltaje de mayor magnitud anula la fuente de

menor magnitud.

C. 20 voltios, ya que la fuente de voltaje de menor magnitud anula la fuente de

mayor magnitud.

D. 10 voltios, ya que para obtener la diferencia de potencial entre los puntos A y B

es necesario restar el potencial del punto A menos el potencial del punto B.

Competencia Explicación de fenómenos

Afirmación Explicar cómo ocurren algunos fenómenos de la naturaleza

basado en observaciones, patrones y conceptos propios del

conocimiento científico.


Elabora explicaciones al relacionar el potencial eléctrico que describe un sistema

electrónico, argumentando a partir de los modelos básicos de circuitos.

Referencia: (Londoño Londoño, 2014)



3. De las situaciones siguientes diga cuál explica correctamente lo qué sucede con

la corriente eléctrica:

A. La corriente sale de un polo de la pila y se consume en la bombilla.

B. La corriente sale de un polo de la pila, pasa por la bombilla y vuelve menos

corriente a la pila, entrando por el otro polo.

C. La corriente sale por un polo de la pila, pasa por la bombilla, y entra la misma

corriente por el otro polo.

D. La corriente sale de los dos polos de la pila y se consume en la bombilla.

Competencia Explicación de fenómenos

Afirmación Explicar cómo ocurren algunos fenómenos de la naturaleza

basado en observaciones, patrones y conceptos propios del



Elabora explicaciones al relacionar el flujo de carga eléctrica neta con la corriente

eléctrica para describir un sistema electrónico, argumentando a partir de los modelos

básicos de circuitos.

Referencia: (Periago Oliver & Bohigas Jonoher, 2005)

Capítulo 4 77

Inicialmente se tiene un circuito simple compuesto por una batería y un bombillo, tal

como se observa en la figura de la izquierda, luego se adhiere una resistencia

conectándola en serie como se muestra en la figura de la derecha.

4. Una vez conectada la resistencia R1 conectándola en serie como se muestra en

la figura de la derecha se espera que el brillo del bombillo:

A. Disminuya, ya que el voltaje en el circuito aumenta proporcional al valor de la

resistencia.

B. Aumenta, ya que la corriente en el circuito aumenta proporcional al valor de la

resistencia.

C. Aumenta, ya que el voltaje en el circuito disminuye proporcional al valor de la

resistencia.

D. Disminuye, ya que la corriente en el circuito disminuye proporcional al valor de

la resistencia.

Competencia Uso comprensivo del conocimiento científico.

Afirmación Asociar fenómenos naturales con conceptos propios del



Relaciona los componentes de un circuito en serie con sus respectivos voltajes y

corrientes haciendo usos de la ley Ohm.

Referencia: imagen adaptada de:

https://www.edu.xunta.es/espazoAbalar/sites/espazoAbalar/files/datos/1464947843/co

ntido/pilasenserie.jpg



La figura muestra el esquema de dos circuitos compuestos por baterías, un interruptor,

y un bombillo conectados en serie a través de cables. Cada una de las baterías y los

bombillos mostrados en ambos circuitos cumplen con las mismas características.

5. Al poner en funcionamiento los dos circuitos y comparar el brillo de los bombillos

se puede concluir que:

A. El brillo del bombillo en el circuito 2 es más intenso porque la corriente que circula

es mayor debido a que el voltaje generado por las tres baterías es mayor.

B. El brillo del bombillo en el circuito 1 es más intenso porque la corriente que circula

es mayor debido al voltaje generado por las dos baterías.

C. El brillo en ambos bombillos es igual porque la corriente no depende del voltaje

proporcionado por las baterías conectadas en serie.

D. El brillo en ambos bombillos es igual pero en el circuito 1 dura menos tiempo

encendido debido al voltaje de las baterías conectadas en serie.

Competencia Indagar

Afirmación Derivar conclusiones para algunos fenómenos de la naturaleza

basándose en conocimientos científicos y en la evidencia de su

propia investigación y la de otros.


Elabora conclusiones a partir de la ley de Ohm describiendo la relación entre los

variables corriente y voltaje.




Capítulo 4 79

6. La figura muestra el esquema de un circuito mixto compuestos por tres bombillos

iguales (B1, B2 y B3). Al poner en funcionamiento el circuito es correcto afirmar:

A. La corriente que pasa por B2 es mayor a la corriente que pasa por B3

B. La corriente que pasa por B3 es mayor a la corriente que pasa por B1

C. La corriente que pasa por B1 es mayor a la corriente que pasa por B2

D. La corriente que pasa por la batería es igual a la corriente que pasa por B2

Competencia Indagar



propia investigación y la de otros


Hace predicciones basado en el principio de conservación de la carga, entendiendo la

corriente eléctrica como el flujo de carga neta.

Referencia: (Periago Oliver & Bohigas Jonoher, 2005)



7. La figura representa el esquema de un circuito compuesto por una resistencia

R1, un bombillo de linterna, un iterruptor y una bateria conectados en serie con

ayuda de cables. Si se reemplaza la resistencia por otra con el doble de valor

que R1, se puede concluir:

A. La corriente que ingresa al bombillo aumentará el doble.

B. La corriente que ingresa al bombillo dismuirá a la mitad.

C. La corriente que ingresa al bombillo no cambia.

D. La corriente que ingresa al bombillo cambia constantemente.

Competencia Uso comprensivo del conocimiento científico.

Afirmación Asociar fenómenos naturales con conceptos propios del


Respuesta correcta B

Relaciona los componentes de un circuito en serie con sus respectivos voltajes y

corrientes haciendo usos de la ley Ohm.




Capítulo 4 81

La figura muestra el esquema de un circuito mixto compuesto por tres bombillos identicos

B1, B2 y B3, una bateria y un interruptor.

8. Al accionar el interruptor se cierra el circuito permitiendo el flujo de corriente a

tráves de los bombillos. Cuál de las siguientes opciones muestra el orden

correcto de los bombillos de acuerdo con el brillo que emite cada uno.

A. El brillo del bombillo B1 es mayor que el brillo de los bombillos B2 y B3, además,

el brillo de B2 es igual al de B3.

B. El brillo del bombillo B2 es mayor que el brillo de los bombillos B1 y B3, además,

el brilo de B1 es igual al brillo de B3.

C. El brillo del bombillo B3 es mayor que el brillo del bo,billo B2, además, el brillo

de B2 es igual al brillo de B1.

D. El brillo es igual en los tres bombillos.

Competencia Indagar






corriente eléctrica como el flujo de carga neta.

Referencia: (KÜÇÜKÖZER & KOCAKÜLAH, 2007)



La figura muestra el esquema de tres circuitos: simple, serie y paralelo respectivamente,

para los cuales se emplean en total cuatro bombillos identicos B1, B2, B3 y B4; y tres

baterias también idénticas.

9. Al poner en funcionamiento los tres circuitos, los bombillos empiezan a brillar al

mismo tiempo. Cuál de las siguientes opciones muestra el orden correcto de los

bombillos de acuerdo con el brillo que emite cada uno.

A. (B1 > B2 = B3 > B4 = B5) : El brillo del bombillo B1 es mayor que el brillo de los

bombillos B2 y B3, los cuales brillan igual, pero su brillo es mayor que el brillo

de los bombillos B5 y B4 los cuales tambien brillan igual.

B. (B1 = B2 > B3 = B4 > B5): El brllo del bombillo B1 es igual al brillo del bombillo

B2, el cual brilla mayor que los bombillos B3 y B4, los cuales brillan igual, y

además, el brillo del bombillo B4 es mayor que el brillo del bombillo B5.

C. (B1 > B4 = B5 > B2 = B3): El brillo del bombillo B1 es mayor que el brillo de los

bombillos B4 y B5, los cuales brillan igual, pero su brillo es mayor que el brillo

de los bombillos B2 y B3 los cuales tambien brillan igual.

D. (B1 = B4 > B5 = B2 > B3): El brllo del bombillo B1 es igual al brillo del bombillo

B4, el cual brilla mayor que los bombillos B5 y B2, los cuales brillan igual, y

además, el brillo del bombillo B2 es mayor que el brillo del bombillo B5.

Competencia Indagar






corriente eléctrica como el flujo de carga neta y la ley Ohm.

Referencia: (KÜÇÜKÖZER & KOCAKÜLAH, 2007)

Capítulo 4 83

4.2 Resultados cualitativos

Dentro del ejercicio de la práctica docente es necesario verificar la eficiencia de una

estrategia didáctica en términos cualitativos. El docente interactúa de manera directa y

continua con sus estudiantes; es esa interacción la que permite realizar una construcción

de los conocimientos abordados. De esta manera, la investigación acción provee al

docente las herramientas necesarias para interpretar los resultados de cada actividad de

enseñanza, además permite emplear dicha información para replantear su actuación y así

buscar una mejora en el proceso de enseñanza-aprendizaje.

En el momento de implementar cada actividad en los diferentes cursos, se empleó un

formulario de observación (Anexo H) con el fin de registrar de forma textual las

características del desarrollo de cada clase. Este formulario fue adaptado de la versión

dispuesta en (Stake, 1998). Dentro los criterios obsérvales se incluyen: temática, tiempo

de clase, resumen de la clase, comentarios sobre los temas de la enseñanza de las

ciencias (desarrollo conceptual y de competencias), descripción del aula, orientación

pedagógica, objetivo de la sesión y referencias. Otro elemento observable se refiere a la

interacción entre el docente y los estudiantes, de modo que las intervenciones del profesor

y de los de los estudiantes son características incluidas dentro de los criterios. Para lograr

realizar dichas observaciones es empleado, como marco de referencia, el conjunto de

categorías descrito a continuación:

Tabla 4-1: Categorías de observación.

Categorías disponibles para la comprobación

Inte

rve

ncio

ne

s d

el pro

feso

r

Influencia

indirecta

1. Acepta las opiniones: Acepta y clarifica las diversas opiniones de los

alumnos sin ningún tipo de coacción. Las opiniones pueden ser positivas o

negativas. Se prevén y se permite que afloren de nuevo.

2. Encomia o anima: Encomia o anima la acción o la conducta del alumno,

hace bromas para relajar la tensión, no a expensas de otro alumno, asintiendo

con la cabeza o con un "um hm" o "sigue".

3. Aceptación de las ideas del alumno: Las clarifica.

4. Pregunta: Hace preguntas sobre los contenidos o sobre los procedimientos

para que las responda un alumno.

Influencia

directa

5. Explicaciones: Presenta hechos u opiniones sobre los contenidos o los

procedimientos.

6. Instrucciones: Directrices, deberes u órdenes que se espera siga el alumno.

7. Crítica y justificación de la autoridad: Palabras dirigidas a cambiar el modelo

de conducta negativa del alumno a un modelo de conducta positiva,

regañinas, explicaciones de por qué el profesor hace lo que hace; referencia

exagerada a sí mismo.



Categorías disponibles para la comprobación

Intervenciones

del alumno

8. Respuestas del alumno: Respuesta del alumno al profesor. El profesor

inicia el contacto o requiere la explicación al alumno.

9. Iniciativa propia del alumno: Actuación espontánea del alumno. "señalar" al

alumno sólo sirve para indicar quién es el siguiente en hablar.

10. Silencio o confusión: Pausas, periodos cortos de silencio, y periodos de

confusión en los que el observador no sabe entender la comunicación.

Fuente: Tomado de la versión de MEDLEY Ymitzel (1963). Citado en (Stake, 1998, págs.

37-38).

A continuación, se presenta el análisis cualitativo del desarrollo de cada actividad para los

dos grupos de trabajo (control y experimental).

4.2.1 Actividad 1: actividad de entrada

El desarrollo de la clase es dirigido de tal manera el estudiante logre reconocer los

conceptos de trabajo y energía, y así más adelante poder vincularlos en la construcción de

la definición de potencial eléctrico.

Grupo experimental: iniciar indagando en los estudiantes sobre la concepción de trabajo,

muestra que existe un referente teórico al respecto. Emplean palabras como fuerza,

energía, altura, velocidad dentro de sus explicaciones. Esto de acuerdo con los

aprendizajes alcanzados en el grado sexto.

Figura 4.2.1-1: a) Trabajo proporcional a la fuerza, b) Trabajo proporcional a la altura.

a) b)

Fuente: Adaptado del curso enseñanza de la física mecánica, Universidad Nacional de

Colombia, 2018.

Capítulo 4 85

Emplear la actividad desarrollada por un mensajero como punto de partida, tomando la

idea intuitiva de trabajo (hago algo y me pagan en proporción) y usar imágenes como

apoyo visual (Figura 4.2.1), generan, en aproximadamente la mitad del total de estudiantes

del curso 7A, una participación correspondiente con las categorías 8 y 9 de la Tabla 4-1.

De este modo, la influencia indirecta del docente se articula con las intervenciones del

grupo de estudiantes, en la medida en que se considera sus aportes con el desarrollo de

la temática y formula nuevas preguntas para orientar sus aportes. Ahora bien, la influencia

directa del docente es media, debido a que en algunas diapositivas es necesario hacer

explicaciones frente a los contenidos para lograr definir los conceptos de trabajo y energía

mecánica. Respecto al curso 7B se observa una gran diferencia puesto que la intervención

de los estuantes es mínima, se observa en gran parte de la clase la categoría 10, producto

de la falta de participación espontánea del grupo, lo cual genera una mayor intervención

directa del docente.

De acuerdo con la información recolectada en la actividad de cierre (Anexo A) se observan

las siguientes conclusiones para cada concepto

Tabla 4-2: Resultados cualitativos de la actividad 1 (Grupo control).

Concepto Conclusiones

Trabajo • Fuerza necesaria para mover un objeto.

• Idea intuitiva (actividad o proceso para recibir un pago).

• Acción necesaria para mover un objeto, depende de la fuerza, masa y altura (desplazamiento).

Energía potencial • Energía acumulada por el cambio de posición.

• Energía acumulada que se puede convertir en movimiento.

• Energía que depende del peso y la altura (posición).

Energía cinética • Energía asociada al movimiento.

• Energía acumulada en forma de impulso.

• Transformación de la energía potencial.

Principio de conservación de la energía

• Cambio de energía potencial a energía cinética.

• La energía no se crea, ni se destruye, se transforma.

• Ahorrar energía.

Finalmente, el tiempo de clase es suficiente para desarrollar en su totalidad la guía de

clase, lograr describir la trayectoria de la montaña rusa relacionando los conceptos a través

del principio de conservación de la energía.

Grupo control: al momento de describir los pasos de la actividad los estudiantes muestran

una actitud de asombro y emoción, se escuchan comentarios tales como: “nos vamos a



levantar del puesto varias veces”, “vamos a compartir mucha información solo con leer una

hoja”, “trabajaremos en grupo toda la clase”.

En la primera fase de la actividad (lectura individual) los estudiantes muestran una actitud

de compromiso con la actividad tomando apuntes en los cuadernos de clase, realizan

preguntas sobre palabras desconocidas, símbolos y ecuaciones. Buscan una aprobación

sobre el resumen de la lectura, por parte del docente, para luego explicarla a los

compañeros del grupo.

En el momento de la discusión en grupos, se observa una participación activa de la

mayoría de los estudiantes, comentan sus apuntes, discuten sobre las explicaciones de

los demás, solicitan ayuda del docente para contrastar las diferentes versiones y así lograr

una definición sobre los conceptos. De esta manera la intervención del estudiante

corresponde a la categoría 9, mientras que la intervención del docente se limita a

responder y formular preguntas cuando los estudiantes solicitan su participación de

acuerdo con las categorías 3 y 4.

Como actividad de cierre, al interior de los grupos iniciales, cada integrante socializa la

información recopilada y finalmente el docente facilita la misma guía empleada con el grupo

experimental (Anexo A), con la cual se obtienen los siguientes resultados:

Tabla 4-3: Resultados cualitativos de la actividad 1 (Grupo experimental). Concepto Conclusiones

Trabajo • Fuerza necesaria para mover un objeto.

• Acción necesaria para mover un objeto, depende de la fuerza, masa y desplazamiento (dirección).

• Resultado de multiplicar fuerza por desplazamiento.

Energía potencial • Energía acumulada al estar estático.

• Energía acumulada que se puede convertir en trabajo.

• Energía que depende del peso y la altura (posición).

• No responde o No muestra una definición clara.

Energía cinética • Energía asociada al movimiento (menciona algo de historia).

• Energía acumulada para producir trabajo.

• Fuerza necesaria para mover un objeto.

Principio de conservación de la energía

• La energía no se crea, ni se destruye, se transforma (primera ley de la termodinámica, proceso metabólico, fotosíntesis)

• No responde o No muestra una definición clara.

Capítulo 4 87

Cabe resaltar que en ninguno de los cursos se logró completar la actividad, solamente se

dio respuesta al punto N°1 de la actividad, esto debido a que es necesario emplear más

tiempo en los momentos de discusión en grupo, el tiempo de clase no fue suficiente.

4.2.2 Actividad 2: materiales conductores, una aproximación a los conceptos corriente, voltaje y resistencia eléctrica

La clase inicia realizando una retroalimentación de acuerdo con los resultados obtenidos

en la actividad 1, en la cual se pide a algunos estudiantes compartir las respuestas

descritas en la guía de clase, y con base en estos aportes el docente hace una definición

de cada concepto.

Grupo experimental: luego de la retroalimentación, el docente describe la actividad a

realizar, asignado un computador a cada estudiante y explica comandos básicos de la

aplicación. La primera reacción de los estudiantes muestra una actitud de sorpresa y

entusiasmo. Los educandos mencionan frases como: “vamos a ir a la sala de sistemas en

física”, “que chévere se pueden ver los electrones” “podemos hablar con el compañero”.

El grupo comprende con facilidad el uso de la aplicación, sin embargo, es necesario apoyar

a algunos estudiantes en la manipulación de los comandos facilitados por el software.

Realizan preguntas relacionadas con la forma correcta de conectar los elementos del

circuito o de seleccionar los elementos correctos.

Figura 4.2-2: Desarrollo de actividad 2 (grupo experimental).

Fuente: Elaboración propia, clase de física con los cursos 7 A y 7 B, agosto 14 del 2019.



En algunos casos, los estudiantes logran observar que algunos materiales como el lápiz,

borrador o billete pueden conducir corriente si se emplea una batería de alto voltaje y su

capacidad aumenta. Esta actividad no hacía parte de la guía, sin embargo, la manipulación

de la aplicación genera que estos estudiantes modifiquen parte del circuito como respuesta

a su curiosidad.

Mediante las respuestas proporcionadas con el desarrollo de los puntos descritos en la

actividad (Anexo B) se logró identificar las siguientes conclusiones para definir los

conceptos de corriente, voltaje y resistencia en las repuestas:

Tabla 4-4: Resultados cualitativos de la actividad 2 (grupo experimental).


Corriente • Electricidad que se mueve a través del circuito.

• Energía que se mueve a través del circuito.

• Flujo de electrones que depende del voltaje.

• Flujo de electrones que depende de la resistencia.

• Tiene dos direcciones (convencional y de electrones)

Voltaje • Capacidad de la batería para aumentar la velocidad de los electrones.

• En el circuito depende de los puntos donde se quiere medir.

• En serie aumenta y en paralelo no cambia.

Resistencia • Capacidad del material para soportar energía.

• Propiedad del material encargada de disminuir el paso de energía (corriente).

• Oposición al flujo de corriente.

La mayoría de los estudiantes logran completar la actividad, mostrando una intervención

correspondiente a la categoría 9, aunque en el curso 7 B la iniciativa de los estudiantes es

limitada correspondiente con la categoría 8, por lo cual es necesario la intervención del

docente realizando preguntas sobre la actividad. En cuanto a la intervención del docente,

se resalta la influencia indirecta, la clase se desarrolló de acuerdo con las intervenciones

de los estudiantes, respondiendo sus preguntas y verificando la solución de cada numeral.

Grupo control: al momento de describir el circuito básico, los estudiantes muestran un

gran interés por el desarrollo de la clase; realizan preguntas como: ¿cuál es la función de

cada material?, ¿podemos tocarlos?, ¿se van a usar durante toda la clase?, luego de

resolver las inquietudes, se socializa la dinámica de la clase exponiendo los paso de las

clases interactivas demostrativas contemplados en la sección 2.2 de este documento, y se

Capítulo 4 89

observa una respuesta positiva por parte de los cursos, generan expresiones de asombro

y entusiasmo.

En el momento de proponer las predicciones individuales propuestas en la guía de clase

(Anexo C), existen estudiantes que proponen el balso o borrador como buenos

conductores debido a su textura, forma y rigidez En cuanto al concepto de voltaje las

predicciones corresponden con una relación directamente proporcional con el brillo del

bombillo, debido a la cantidad de carga almacenada en la batería.

Figura 4.2-3: Desarrollo de actividad 2 (grupo control).

Fuente: Elaboración propia, clase de física con los cursos 7 C, 7 D Y 7 E, agosto 8, 9 y 13

del 2019.

Después de realizar las correspondientes conexiones en el circuito y puesta en

funcionamiento como práctica demostrativa, dentro del espacio de resultados y discusión,

se logra identificar las siguientes conclusiones:

Tabla 4-5: Resultados cualitativos de la actividad 2 (grupo control).


Corriente • Electricidad que se mueve a través del circuito.

• Energía (cinética y potencial) que se distribuye a través del circuito.

• Energía representada por el movimiento de electrones.

Voltaje • Cantidad de carga eléctrica almacenada en la batería.

• Directamente proporcional al número de baterías, sin importar el tipo de conexión.

Resistencia • Propiedad del material encargada de disminuir el paso de energía (corriente).

• Oposición al flujo de corriente.

• Depende del tipo de carga eléctrica (positiva o negativa).



Partiendo de las explicaciones dadas en cada grupo es necesario plantear preguntas

orientadoras para acercar a los estudiantes a la definición de cada concepto dispuesta en

la literatura (sección 2.1). Definiendo así, la corriente como el movimiento de electrones

por cada segundo, la resistencia como la oposición que presenta un material al movimiento

de electrones y depende la longitud, diámetro y tipo de material, sin embargo, se observa

mayor dificultad en la comprensión del voltaje como una relación entra la energía y la carga

eléctrica.

La intervención del alumno corresponde con las categorías de observación 8 y 9, esto en

respuesta a la influencia indirecta del docente, la cual corresponde con las categorías de

observación 1, 2, 3 y 4. En algunos momentos de la clase es necesario una influencia

directa por parte del docente, debido a que el trabajo en grupo o las pausas, mientras se

realizan las conexiones, generan un espacio de distracción para el desarrollo de la clase.

4.2.3 Actividad 3: flujo de corriente a través de circuitos serie y

paralelo

Se da inicio a la sesión realizado una retroalimentación teniendo en cuenta los resultados

obtenidos con el desarrollo de cada práctica. El docente hace una intervención mostrando

las definiciones erróneas sobre los conceptos corriente, voltaje y resistencia. Se busca

explicar la manera correcta en la cual se presentan las relaciones: corriente y energía,

voltaje y flujo de energía, resistencia y forma del material.

Grupo experimental: luego de la retroalimentación, la pregunta general del curso fue

¿vamos a ir a la sala de sistemas?, lo cual evidencia una motivación respecto a la

herramienta empleada en la sesión anterior. Para esta ocasión se desarrolló la actividad

indicada en el Anexo D, con esta se busca que el estudiante logre reconocer el principio

de conservación de la carga y la energía a través de la medición de las variables corriente

y voltaje en circuitos serie y paralelo.

Los resultados obtenidos se describen en tres partes, la primera se refiere al estudio

realizado sobre el circuito en serie, la segunda comprende los resultados obtenidos en el

estudio del circuito en paralelo y la última se refiere a las respuestas encontradas respecto

al principio de conservación de la carga y al principio de conservación de la energía. Para

Capítulo 4 91

esto se identifican las respuestas que presentan descripciones semejantes dentro de su

explicación, de esta manera se obtienen las siguientes conclusiones:

i. Circuito en serie:

- El voltaje proporcionado por la batería se divide de manera equitativa de acuerdo

con la cantidad de bombillos, cada bombillo necesita un voltaje para funcionar.

- La batería genera una corriente determinada que circula por el circuito con un solo

bombillo. Al aumentar el número de bombillos esta cantidad disminuye y se

distribuye en el número de bombillos de tal forma que la suma de estos valores

corresponde al valor de la corriente del primer circuito.

- La corriente que pasa por cada elemento del circuito es la misma, la corriente no

aumenta ni disminuye en función del elemento.

- El brillo de los bombillos es proporcional al valor de la corriente y del voltaje.

ii. Circuito en paralelo:

- El voltaje de los bombillos es igual al de la batería, este valor permanece constante

sin importar el número de bombillos.

- La corriente generada por la batería es repartida de manera equitativa en el número

de bombillos, de tal manera que al sumar este valor se obtiene la corriente inicial.

- La corriente aumenta dependiendo el número de bombillos.

- El brillo de los bombillos no cambia, esto se debe a que el voltaje y la corriente

permanecen constantes.

iii. Principio de conservación de la carga y principio de conservación de la energía:

- La energía asociada al movimiento de los electrones se transforma en luz, la cual

es transmitida o cedida al exterior, al aumentar la corriente, también aumenta el

brillo del bombillo.

- La energía asociada al voltaje de la batería se transforma en luz, para aumentar el

brillo es necesario aumentar el voltaje.



Relacionar los principios de conservación de la carga y la energía con los datos

recolectados durante la práctica genera mayor dificultad en los estudiantes, de tal modo

que 16 de ellos nos responder las preguntas correspondientes dentro de la guía.

En cuanto a la intervención del estudiante, se observaron reacciones correspondientes con

la categoría 9, los estudiantes solicitaron atención por parte del docente en busca de una

aprobación de sus respuestas, solución de debates generados entre ellos, de esta manera,

la influencia del docente se refiere a las categorías de la 1 a la 4. Por otro lado, la influencia

directa es necesaria a la hora de realizar mediciones, puesto que los estudiantes muestran

preocupación por la manera correcta de conectar los instrumentos de medición, es útil el

uso del video-beam para mostrar a todo el grupo la forma correcta de realizar las

mediciones e incluso asistir a los puestos de trabajo para explicar de manera personal el

proceso adecuado.

Figura 4.2-4: Desarrollo de la actividad 4 (grupo experimental).

Fuente: Elaboración propia, clase de física con los cursos 7C, 7D Y 7 E, agosto 8, 9 y 13

del 2019.

Grupo control: para esta sesión se debe desarrollar la guía de clase (Ver Anexo E)

fundamentada en la metodología de aprendizaje activo. Los estudiantes muestran interés

por el montaje a emplear; la mayoría reconoce los tipos de circuitos construidos y hacen

comentarios respecto a su experiencia en clase de tecnología durante grado sexto. Los

estudiantes aseguran saber construir ese tipo de circuitos. Muestran inquietud respecto al

desarrollo de la clase, esperan hacer algo diferente a la clase de tecnología.

Capítulo 4 93

Para la descripción de resultados se considera la metodología empleada anteriormente

con el grupo experimental. Las conclusiones son descritas en tres secciones diferentes,

esto de acuerdo con el objeto de estudio: circuito en serie, circuito en paralelo y principios

de conservación de la carga y la energía.

i. Circuito en serie:

- El valor de la corriente, dentro de un mismo circuito, se mantiene constante sin

importar el elemento en el cual se está midiendo.

- La corriente que ingresa a un elemento del circuito es igual a la corriente que sale

del mismo.

- Al aumentar el número de bombillos la corriente disminuye y como consecuencia

el brillo también disminuye.

- El voltaje de la batería es distribuido en cada bombillo de manera equitativa, de tal

manera que la suma del voltaje de cada bombillo es igual al voltaje de la batería.

ii. Circuito en paralelo:

- La corriente se distribuye en partes iguales para cada bombillo, esta distribución se

produce en un punto en cual el camino se divide y se recombina para ingresar de

nuevo a la batería.

- El voltaje de cada bombillo es igual al de la batería.

iii. Principio de conservación de la carga y principio de conservación de la energía:

- La carga eléctrica se distribuye de acuerdo con el número de elementos que

componen el circuito. La corriente total que circula por el circuito debe ser siempre

la misma.

- La energía eléctrica proporcionada por la batería genera una corriente que permite

el funcionamiento de los elementos del circuito.

El tiempo de clase no fue suficiente para completar todos los numerales de la guía, en este

grupo hubo cerca de 25 estudiantes que no lograron responder los puntos referentes al

principio de conservación de la carga y conservación de la energía. Durante la clase se

presentan focos de indisciplina, esto debido a los instantes de preparación de cada circuito



pues sin la supervisión del docente aumentan las distracciones al interior de los grupos.

Es necesaria una influencia directa por parte del profesor, haciendo referencia las

categorías 5, 6 y 7. La participación del estudiante corresponde con la categoría 8, pues

su intervención es mediada por la formulación de preguntas por parte del docente.

4.2.4 Actividad 4: Características de la ley de Ohm

Antes de dar inicio al desarrollo de la actividad, se realiza una retroalimentación sobre los

resultados observados en la sesión anterior. Para esto, el docente emplea el tablero para

dibujar dos esquemas correspondientes con los circuitos serie y paralelo; contrastando las

afirmaciones de los estudiantes describe las características de cada uno y con base en

esto expone los principios de conservación de la energía y de la carga eléctrica.

Grupo experimental: una vez ubicados en la sala de sistemas se hace uso del video-

beam para socializar la guía a desarrollar (Ver Anexo F). Al ser la cuarta sesión en sala de

sistemas la reacción del grupo es neutral, no hay evidencia de asombro o expectativa

frente al desarrollo de la clase. Hay una reacción aparente de programación basada en la

repetición; el estudiante toma la guía, busca la aplicación en internet y da inicio al desarrollo

de cada numeral.

El tiempo de la sesión es suficiente para desarrollar por completo los puntos indicados en

la guía de clase. Verificando las respuestas proporcionas dentro del desarrollo de la

actividad se evidencia que los estudiantes logran identificar las dos características

principales de la ley de Ohm:

- La corriente eléctrica es directamente proporcional al voltaje.

- La corriente eléctrica es inversamente proporcional a la resistencia del material.

En las explicaciones expuestas para argumentar sus respuestas se observa una evolución

en la definición de las variables corriente, voltaje y resistencia, puesto que describen la

corriente como el flujo de electrones, la resistencia como la oposición a ese flujo de carga

y el voltaje como el encargado de provocar el movimiento de estas cargas; sin embargo,

no se logra percibir la relación del voltaje con la energía potencial.

Capítulo 4 95

La intervención del estudiante en el desarrollo de la actividad corresponde a la categoría

8, su participación se ve limitada a seguir las indicaciones de la guía, manipular la

aplicación y responder las preguntas de cada punto. De esta manera, la influencia indirecta

del docente corresponde con la categoría 4, pues es necesario dirigirse al puesto de trabajo

y formular preguntas para constatar el desarrollo de los conocimientos esperados.

En la actividad de cierre la influencia del docente corresponde con la categoría 5. Haciendo

uso del video-beam proyecta la imagen de un depósito de agua del cual es conectada, en

la parte inferior, una manguera de salida. Realiza una comparación entre el depósito de

agua y una batería para describir los conceptos: corriente, resistencia y voltaje. Además,

emplea las observaciones de los estudiantes durante la práctica para transformarlas de su

forma textual o verbal al lenguaje algebraico, y de esta manera definir la ley de Ohm de

acuerdo con la ecuación

𝑅 = 𝑉

𝐼 → 𝐼 =

𝑉

𝑅 . (1717).

Haciendo énfasis en la relación directa e inversamente proporcional el docente muestra la

dependencia entre cada una de las variables físicas. Finalmente se explica la limitación de

la ley respecto al tipo de materiales y los cambios de temperatura.

Grupo control: la clase inicia dando a conocer el montaje a emplear, el docente describe

cada una de sus partes y muestra la forma real de un resistor de cerámica; para esto hace

que cada estudiante manipule y observe las características físicas de este dispositivo.

Posteriormente dando inicio a la metodología del aprendizaje activo basado en el uso de

prácticas demostrativas, cada alumno debe escribir en la guía de clase (ver anexo G) las

predicciones individuales sobre el funcionamiento del circuito.

Con el desarrollo de la práctica y de acuerdo con las respuestas proporcionadas a lo largo

de clase, los estudiantes logran evidenciar la relación existente entre los pares corriente-

voltaje y corriente-resistencia. La participación del grupo, en gran parte de la clase,

corresponde con la categoría 9; puesto que la participación espontánea es recurrente,

surgen intervenciones de cada grupo de trabajo. Sin embargo, al momento de analizar los

datos y proponer conclusiones, el curso adopta una postura de silencio y confusión

referidos a la categoría 10.



Por otro lado, la intervención del docente corresponde con las categorías 5 y 7. Es

necesaria la influencia directa para guiar al grupo frente al análisis de datos. El docente

debe explicar los hechos observados durante la práctica describiendo las características

de la ley de Ohm. Además, en los momentos de adecuar los montajes experimentales, los

estudiantes encuentran distracciones que generan conductas de indisciplina; por lo tanto,

se debe intervenir de manera verbal invitando al cambio de conducta y a centrar la atención

en el desarrollo de la actividad.

Para finalizar, el tiempo de clase no es suficiente para desarrollar la totalidad de los puntos

descritos en la guía. En este grupo no se logra realizar la representación gráfica de los

datos recolectados durante la práctica.

4.3 Resultados cuantitativos

4.3.1 Prueba de normalidad

H0: los resultados obtenidos por los estudiantes en la prueba aplicada describen una

distribución normal.

H1: los resultados obtenidos por los estudiantes en la prueba aplicada no describen una

distribución normal.

Tabla 4-6: Prueba de normalidad de los resultados globales. Comparación entre la función

de distribución de los datos experimentales con la función de distribución normal teórica.

GRUPO

Kolmogorov-Smirnova Estadístico gl Sig.

PRE2019 CONTROL ,220 93 ,000

EXPERIMENTAL ,213 62 ,000

POS2019 CONTROL ,191 93 ,000


POS2020 CONTROL ,206 93 ,000


a. Corrección de significación de Lilliefors

En los resultados obtenidos en las tres pruebas se observa p-valor (Sig.) menor que 0.05

(p<0.05), por lo tanto, se rechaza la hipótesis nula, lo cual implica que los datos obtenidos

en las pruebas PRETEST, POSTEST2019 y POSTEST2020 no tienen una distribución

Capítulo 4 97

normal. De esta manera, se deben aplicar pruebas no paramétricas para los respectivos

análisis.

4.3.2 Comparación intergrupal (prueba de Mann-Whitney para muestras independientes)

H0: las calificaciones de los estudiantes pertenecientes a la estrategia basada en el uso de

TIC serán iguales a las obtenidas por los estudiantes que hacen parte de la estrategia

basada en el uso de material real.

H1: las calificaciones de los estudiantes pertenecientes a la estrategia basada en el uso de

TIC no serán iguales a las obtenidas por los estudiantes que hacen parte de la estrategia

basada en el uso de material real.

Tabla 4-7: Resultados prueba de Mann-Whiteney para muestras independientes.

Estadísticos de pruebaa PRE2019 POS2019 POS2020

U de Mann-Whitney 2835,000 2697,000 2713,000

Z -,184 -,701 -,632

Sig. asintótica(bilateral) ,854 ,483 ,527

a. Variable de agrupación: GRUPO

Los resultados obtenidos en cada uno de los tres momentos de evaluación muestran un p-

valor (significancia asintótica bilateral) mayor que 0.05, lo cual implica que se debe aceptar

la hipótesis nula. De acuerdo con estos resultados no se evidencia diferencia entre los

resultados obtenidos por los estudiantes del grupo control y los resultados obtenidos por

los estudiantes del grupo experimental. Por lo tanto, es correcto afirmar que no existen

diferencias estadísticamente significativas entre los grupos sobre el aprendizaje de la ley

de Ohm después de la implementación de las dos estrategias de enseñanza-aprendizaje.

Es decir, se obtienen resultados similares en el aprendizaje de los estudiantes

implementando una estrategia de aprendizaje instruccional basada el uso de TIC o una

estrategia de aprendizaje activo basada en el uso de material real.

Con el objetivo de observar de manera gráfica los resultados obtenidos a partir de la

estadística inferencial, presentados en el párrafo anterior, a continuación, se muestran los

diagramas de cajas y bigotes o boxplot, con los cuales se puede observar algunos

estadísticos descriptivos como: máximos, mínimos, medianas y cuartiles.



Gráfica 1: Resultados para el PRETEST de los grupos control y experimental.

Gráfica 2: Resultados para el POSTES2019 de los grupos control y experimental.

Gráfica 3: Resultados para POSTES2020 de los grupos control y experimental.

Capítulo 4 99

4.3.3 Resúmenes de casos

Como complemento a los resultados obtenidos en la verificación de la hipótesis nula, es

necesario calcular el coeficiente que muestra el tamaño del efecto de la implementación

de la estrategia de Aprendizaje Instruccional basada en el uso de TIC comparada con la

implementación de la estrategia de Aprendizaje Activo basada en el uso de materiales

reales. Debido a que los datos no cumplen con una distribución normal se calcula el

coeficiente g de Hedges, el cual determina un tamaño del efecto para verificar la magnitud

de la diferencia entre las dos muestras.

En Tabla 4-8 se muestran los resultados obtenidos para los estadísticos descriptivos media

y desviación estándar (DE), así como los estadísticos de prueba incluyendo el coeficiente

que determina el tamaño del efecto. N representa el número de estudiantes que

presentaron la prueba de conocimientos.


Grupo experimental Grupo control Estadísticos de prueba

Media DE N Media DE N g de Hedges Z p-valor

PRE2019 2,95 0,982 62 3 1,17 93 0,045 -,184 ,854

POS2019 4,37 1,163 62 4,16 1,271 93 0,170 -,701 ,483

POS2020 6,13 1,722 62 6,24 1,885 93 0,060 -,632 ,527

Los datos expuestos en la Tabla 4-8 complementan la verificación de la hipótesis nula,

puesto que en los resultados obtenidos en las tres pruebas de conocimientos es posible

observar una semejanza en los valores correspondientes a la media y desviación estándar

entre los grupos experimental y control respectivamente. Adicional a esto, el coeficiente g

de Hedges en las tres pruebas presenta valores menores a cero, este valor se refiere a la

diferencia que existe entre los dos grupos. Mostrando que la calificación promedio obtenida

en la prueba PRETEST por el grupo experimental se encuentra 0,045 DE por encima de

la calificación promedio del grupo control, 0,17 DE en la prueba POSTEST2019 y 0,06 DE

en el la prueba POSTEST2020. A su vez, se infiere que un estudiante con calificación

promedio perteneciente al grupo experimental se encuentra por encima del 50 % de los

estudiantes del grupo control, lo cual es semejante a un estudiante con calificaciones

promedio perteneciente a ese grupo.



4.3.4 Comparación intragrupal (prueba de rangos con signo de Wilcoxon para muestras relacionadas)

H0: los resultados de la diferencia entre las calificaciones obtenidas antes y después de

implementar cada estrategia describen una distribución normal.

H1: los resultados de la diferencia entre las calificaciones obtenidas antes y después de

implementar cada estrategia no describen una distribución normal.

Tabla 4-9: Prueba de normalidad de las diferencias de resultados obtenidos en las pruebas de conocimiento. Comparación entre la función de distribución de los datos experimentales

con la función de distribución normal teórica. A) grupo control y B) grupo experimental.

A

Pruebas de normalidada

Kolmogorov-Smirnovb

Estadístico gl Sig.

DIF2019 ,180 93 ,000

DIF2020 ,159 93 ,000

a. GRUPO = CONTROL

b. Corrección de significación de Lilliefors

B

Pruebas de normalidada

Kolmogorov-Smirnovb

Estadístico gl Sig.

DIF2019 ,181 62 ,000

DIF2020 ,123 62 ,020

a. GRUPO = EXPERIMENTAL

b. Corrección de significación de Lilliefors

La fila DIF2019 corresponde a la diferencia entre los resultados obtenidos por los

estudiantes en la prueba POSTEST2019, presentada al finalizar la implementación de

estrategia, y la prueba PRETEST, presentada antes de dar inicio a las actividades

contempladas dentro de la estrategia de enseñanza.

La fila DIF2020 corresponde a la diferencia entre los resultados obtenidos por los

estudiantes en la prueba POSTEST2020, presentada en enero del 2020 y la prueba

PRETEST, presentada en julio del 2019, antes de dar inicio a las actividades contempladas

dentro de la estrategia de enseñanza.

Los resultados muestran un p-valor menor a 0.05 (p<0.05) lo cual implica que se debe

rechazar la hipótesis nula y aceptar la hipótesis alterna, la cual sugiere que no existe una

distribución normal entre los datos. Debido a estos resultados es necesario realizar la

prueba de rangos de Wilcoxon para comparar el progreso de cada grupo. De esta manera

Capítulo 4 101

a continuación se presenta la hipótesis nula, que se busca verificar, y su correspondiente

hipótesis alterna:

H0: Luego de implementar la estrategia de enseñanza-aprendizaje los estudiantes

obtendrán calificaciones iguales que las obtenidas al inicio del proceso.

H1: Luego de implementar la estrategia de enseñanza-aprendizaje los estudiantes

obtendrán calificaciones diferentes que las obtenidas al inicio del proceso.

Tabla 4-10: Prueba de rango con signo de Wilcoxon. N corresponde a la cantidad de estudiantes. Contraste entre las pruebas PRETEST Vs POSTEST2019.

Prueba de rangos con signo de Wilcoxon PRETEST VS POSTEST2019

GRUPO N Rango

promedio Suma de rangos

CONTROL POS2019 - PRE2019

Rangos negativos 13a 36,81 478,50

Rangos positivos 67b 41,22 2761,50

Empates 13c

Total 93

EXPERIMENTAL POS2019 - PRE2019



Empates 13c

Total 62

a. POS2019 < PRE2019 b. POS2019 > PRE2019 c. POS2019 = PRE2019

En la Tabla 4-10 se observan mejoras en los puntajes obtenidos en la prueba

POSTEST2019 por los estudiantes, tanto del grupo control como del grupo experimental.

Para el grupo control se encontró que 13 estudiantes obtuvieron puntajes menores en la

prueba POSTEST2019 comparado con lo obtenido en la prueba PRETEST, esto

representa cerca del 14 % de la población. Sin embargo, 67 estudiantes alcanzaron

puntajes mayores en la prueba POSTEST2019, es decir cerca del 72 % de la población

mejoró respecto a los resultados de la prueba PRETEST. Finalmente, el restante 14 % de

estudiantes presentó resultados iguales en ambas pruebas.

Para el grupo experimental se encontraron resultados muy similares, puesto que 45

estudiantes presentaron mejores resultados en la prueba POSTEST2019, los cuales

equivalen a 72.6 % de la población. Solo 4 estudiantes obtuvieron resultados menores a

los que habían obtenido en la prueba PRETEST, lo cual equivale a un 6.5 %, y por último

13 estudiantes obtuvieron resultados iguales en ambas pruebas, esto es 20.9 % de la

población.



Para lograr verificar si los datos anteriormente descritos presentan una significancia

estadística es necesario analizar los estadísticos de prueba, los cuales se muestran en la

a continuación:

Tabla 4-11: Estadísticos de prueba obtenidos con la prueba de rangos de Wilcoxon. Contraste entre las pruebas PRE2019 Vs POS2019.

Estadísticos de pruebaa GRUPO POS2019 - PRE2019

CONTROL Z -5,574b

Sig. asintótica(bilateral) ,000

EXPERIMENTAL Z -5,653b


a. Prueba de rangos con signo de Wilcoxon. b. Se basa en rangos negativos.

En tabla se observa que para ambos grupos se obtuvo un valor de significancia asintótica

menor que 0.05, esto es p < 0.05, lo cual implica rechazar la hipótesis nula y aceptar la

hipótesis del investigador. Mostrando así, que existen diferencias estadísticamente

significativas entre los resultados obtenidos por ambos grupos de estudiantes en las

pruebas PRETEST Y POSTEST2019.

4.3.5 Resúmenes de casos

Ahora para verificar que estas diferencias se deben al tipo de estrategia de enseñanza-

aprendizaje implementada, es necesario calcular el tamaño del efecto de cada estrategia

para luego comparar si existen diferencias entre estos valores. De acuerdo con los

resultados de la prueba de normalidad se debe calcular el coeficiente g de Hedges, pues

la distribución de los datos no es normal.

Tabla 4-12: Resúmenes de casos. Se muestran estadísticos descriptivos y de prueba. Contraste entre las pruebas PRETEST Vs POSTEST2019.

GRUPO CONTROL GRUPO EXPERIMENTAL

Media DE N g de Hedges Media DE N g de Hedges

PRE2019 3 1,17 93 0,895

2,95 0,982 62 1,244

POS2019 4,16 1,271 93 4,37 1,163 62

En el resumen de casos se puede observar que tanto para el grupo control como el grupo

experimental el valor de la media aumentó en más de una unidad, además el valor de la

desviación estándar varía en el orden de las décimas, manteniendo diferencias mínimas.

Capítulo 4 103

Esto sugiere cambios favorables respecto a los resultados obtenidos por los estudiantes

en la prueba realizada en septiembre del 2019. Ahora, el coeficiente g de Hedges

determina un tamaño del efecto igual a 0,895 en el grupo control, esto significa que los

resultados de los estudiantes en la prueba POSTEST2019 se encuentran alejados 0,895

DE; además este resultado representa aproximadamente un 81,33 % de estudiantes con

resultados menores en la prueba PRETEST comparados con los obtenidos por el

estudiante promedio en la prueba POSTEST2019. Para el grupo experimental el valor g

obtenido determina que los resultados obtenidos en la prueba POSTEST2019 por el

estudiante promedio se encuentran por arriba del 89,25 % de los resultados obtenidos en

la prueba PRETEST. Finalmente, la diferencia entre la eficiencia de las estrategias

empleadas en ambos grupos corresponde al 7,92 %. Estos resultados muestran que luego

de implementar las estrategias de enseñanza-aprendizaje se obtienen mejores resultados.

Sin embargo, la información muestra que se obtienen resultados semejantes con el uso de

las dos estrategias.

A continuación, se realiza este análisis con resultados obtenidos por los estudiantes al

presentar la prueba POSTEST2020, la cual fue aplicada aproximadamente seis meses

después de la prueba PRETEST.


estudiantes. Contraste entre las pruebas PRETEST Vs POSTEST2020.

Prueba de rangos con signo de Wilcoxon PRETEST VS POS2020

GRUPO N Rango

promedio Suma de rangos

CONTROL POS2020 - PRE2019



Empates 6c

Total 93

EXPERIMENTAL POS2020 - PRE2019



Empates 3c

Total 62

a. POS2020 < PRE2019 b. POS2020 > PRE2019 c. POS2020 = PRE2019

Al comparar los resultados obtenidos por los estudiantes del grupo control y grupo

experimental en la prueba POSTEST2020 con los resultados obtenidos en la prueba

PRETEST se observan cambios favorables para ambos grupos.



En la Tabla 4-13 se observa que en el grupo control 81 estudiantes obtuvieron mejores

resultados al presentar la prueba realizada en enero del 2020, lo cual representa que un

87.1% de la población mejoró en su aprendizaje sobre las características principales de la

ley de Ohm. Solamente 6 estudiantes presentaros resultados menores que los obtenidos

en la prueba PRETEST presentada en el año 2019, lo cual representa un 6.5 % de la

población total. Para finalizar, se observa una cantidad de 6 estudiantes con resultados

iguales en ambas pruebas, es decir que un 6.5 % no presentó cambios.

Respecto al grupo experimental se evidencia que 57 estudiantes obtuvieron resultados

superiores en la prueba POSTEST2020 comparados con los resultados de la prueba

PRETEST presentada en el 2019, esto representa cerca del 92 % de la población. Solo 2

estudiantes presentaron resultados inferiores en la prueba presentada en enero del 2020,

cerca del 3 % de la población. Finalmente, 3 estudiantes mantuvieron resultados iguales

en ambas pruebas, esto es cerca del 5 % de la población total.

Al igual que en el contraste de datos entre el PRETEST Y POSTEST2019 es necesario

calcular el coeficiente que determina el tamaño del efecto obtenido al implementar cada

una de las estrategias de enseñanza-aprendizaje, así como los estadísticos de prueba.

Esto con el fin de comprobar si existe una significancia estadística en los datos anteriores.


Contraste entre las pruebas PRETEST Vs POSTEST2020.

Estadísticos de pruebaa GRUPO POS2020 - PRE2019

CONTROL Z -7,757b


EXPERIMENTAL Z -6,630b


a. Prueba de rangos con signo de Wilcoxon b. Se basa en rangos negativos.

Los estadísticos de prueba de la Tabla 4-14 muestran un valor de significancia asintótica

menor que 0.05 (p < 0.05), y debido a que la probabilidad de que se cumpla la hipótesis

nula es menor que 0.05 esta es rechazada y se da por cierta la hipótesis alterna. Dejando

así suficiente evidencia estadística para concluir que los resultados obtenidos por los

estudiantes del grupo control y del grupo experimental en la prueba de conocimiento

realizada en enero del 2020 son diferentes a los resultados obtenidos en la prueba

implementada en julio del 2019.

Capítulo 4 105

Ahora es necesario verificar si estos cambios son producto de la intervención pedagógica

implementada al interior de los grupos. De acuerdo con la distribución de datos se debe

calcular el coeficiente g de Hedges para determinar el tamaño del efecto de cada estrategia

de enseñanza-aprendizaje. La Tabla 4-15 muestra el resumen de los casos donde se

puede evidenciar un avance satisfactorio y el correspondiente estadístico de prueba que

determina el tamaño del efecto para cada grupo.


Contraste entre las pruebas PRETEST Vs POSTEST2020.

GRUPO CONTROL GRUPO EXPERIMENTAL

Media DE N g de Hedges Media DE N g de Hedges

PRE2019 3 1,17 93 1,947

2,95 0,982 62 2,139

POS2020 6,24 1,885 93 6,13 1,722 62

Respecto al coeficiente g de Hedges para el grupo control se obtiene un valor igual a 1,947

el cual indica que la calificación promedio de los estudiantes en el examen POSTEST2020

esta aproximadamente por encima del 97 % de las calificaciones obtenidas en la prueba

PRETEST. Para el grupo control este resultado es similar, en este grupo el coeficiente g

es igual a 2,139, esto muestra que la calificación promedio en el examen POSTEST2020

se encuentra por encima del 98 % de las calificaciones obtenidas en la prueba PRETEST.

En ambos casos la estrategia de enseñanza muestra diferencias significativas en el

aprendizaje de los estudiantes con una diferencia del 1% de eficiencia entre ambas.

Tanto para el grupo control como experimental los datos muestran que el valor de la media

aumentó un poco más de tres veces lo obtenido en la prueba inicial. La información

presente en el resumen de casos confirma que el proceso de enseñanza-aprendizaje de

la ley de Ohm desarrollado con los estudiantes de grado séptimo del colegio Agustiniano

Norte presenta resultados satisfactorios debido a la implementación de la estrategia de

aprendizaje Instruccional basado en el uso de TIC así como con el desarrollando de la

estrategia de Aprendizaje Activo basado en el uso de material real para experimentos

demostrativos. Además, las diferencias en los resultados logrados con cada estrategia no

son estadísticamente significativas. A continuación, se muestra de manera gráfica estos

resultados.



Gráfica 4: Resultados obtenidos por los estudiantes del grupo control en las pruebas PRETEST, POSTEST2019 y POSTEST2020.

Gráfica 5: Resultados obtenidos por los estudiantes del grupo experimental en las pruebas PRETEST, POSTEST2019 y POSTEST2020.

CONCLUSIONES y RECOMENDACIONES

5.1 Conclusiones

Al finalizar el proceso de enseñanza-aprendizaje desarrollado con los estudiantes de grado

séptimo del colegio Agustiniano Norte, es posible comparar el aprendizaje de los

estudiantes mediante dos estrategias didácticas. Para lograr contrastar la eficiencia

obtenida con la implementación de cada estrategia se emplearon pruebas no paramétricas

referentes a la estadística inferencial. Además, el análisis cualitativo permite considerar

características propias del entorno de aprendizaje generado con la implementación de

cada estrategia. De esta manera el proceso desarrollado permite evaluar el aprendizaje de

la ley de Ohm aplicando la estrategia de enseñanza fundamentada en el aprendizaje activo

haciendo uso de prácticas demostrativas con material real y la estrategia de enseñanza

fundamentada en el diseño instruccional basada en el uso de TIC.

El diseño e implementación de la prueba PRETEST permite reconocer e identificar los

conceptos previos, relacionados con la ley de Ohm. Los estudiantes muestran un bajo

dominio conceptual sobre las variables físicas: corriente, resistencia y voltaje. Además,

presentan dificultad al relacionar dichas variables, necesarias para describir el

funcionamiento de circuitos eléctricos (serie y paralelo); sin embargo, diferencian la

estructura de cada circuito. Finalmente, los resultados muestran que los dos grupos inician

el proceso en igualdad de condiciones conceptuales.

Para la elaboración e implementación de las actividades correspondientes a cada una de

las estrategias de enseñanza-aprendizaje se consideraron las características propias de

cada metodología. En el grupo experimental se empleó el diseño instruccional ADDIE

conformado por: análisis, diseño, desarrollo, implementación y evaluación. Para esto se

consideró el uso de TIC como herramientas didácticas. El grupo control se basó en el ciclo



PODS característico del aprendizaje activo: predecir, observar, discutir y sintetizar; estas

actividades se desarrollaron empleando material real para las prácticas demostrativas.

Partiendo del análisis estadístico se observó que la implementación de cada una de las

estrategias de enseñanza-aprendizaje generó cambios positivos en los estudiantes de

acuerdo con el aprendizaje de la ley de Ohm. Comparando los resultados de las pruebas

PRETEST y POSTEST2019, en el grupo control se obtuvo una eficiencia de 81,33%,

mientras que en el grupo experimental la eficiencia fue de 89,25%. Algo semejante ocurre

con los resultados de las pruebas PRETEST y POSTEST2020; el grupo control obtuvo una

eficiencia de 97% y el grupo experimental de 98%. Teniendo en cuenta dichos resultados,

el uso de cada estrategia genero cambios estadísticamente significativos en el aprendizaje

de los estudiantes sobre la ley de Ohm.

De acuerdo con el análisis cuantitativo, se infiere que no existe diferencia en la calidad de

aprendizaje medido con el mismo instrumento de evaluación. En términos estadísticos se

muestra que no hay diferencia en cuanto al aprendizaje logrado con la implementación de

la estrategia de enseñanza constituida por el diseño instruccional basado en el uso de tic,

y la estrategia fundamentada en el aprendizaje activo empleando practicas demostrativas

con material real.

El estudio intergrupal muestra que la diferencia entre los resultados obtenidos por ambos

grupos de estudiantes es mínima. Para realizar el contraste entre los dos grupos fueron

empleados los mismos instrumentos de evaluación (PRETEST, POSTEST2019 Y

POSTEST2020). El coeficiente g de Hedges derivado de comparar los resultados de los

estudiantes debido al uso de cada estrategia, muestra valores menores que cero (g < 0)

en cada una de las pruebas. Esto significa que, en promedio, el grupo experimental logra

en cada etapa de evaluación resultados equivalentes a los conseguidos por el grupo

control.

Por otra parte, teniendo en cuenta los resultados del análisis cualitativo, hallados mediante

la intervención de aula, se perciben diferencias entre las estrategias implementadas. De

acuerdo con la categoría intervenciones del profesor, en el grupo control predomina la

influencia directa; mientras que en el grupo experimental se marca la influencia indirecta.

Capítulo 5 109

En cuanto a la intervención del alumno, el grupo control opta por una iniciativa propia, el

estudiante actúa de manera espontánea durante la clase; en el grupo experimental es el

docente quien debe iniciar la conversación, realizar preguntas o solicitar explicaciones.

El tiempo de clase y descripción del aula son dos categorías que permiten evidenciar

diferencias entre los resultados de implementar cada estrategia. En el grupo control, el

tiempo empleado en las actividades 1,3 y 4 no fue suficiente para cumplir con la totalidad

de las tareas programadas. La participación de los estudiantes prolongo el tiempo

establecido para la discusión. En cuanto a la descripción de aula, el grupo control presenta

intervalos en los cuales el ambiente escolar es alterado debido a una pérdida parcial de la

atención de los estudiantes. Esto es consecuencia del tiempo de contacto visual que pierde

el docente mientras realiza el montaje de algunos experimentos. En contraste en el grupo

experimental el tiempo de clase siempre fue suficiente para culminar las actividades y no

se presentaron situaciones de perdida de la atención.

5.2 Recomendaciones

Se recomienda diseñar el material empleando en las prácticas demostrativas de tal

manera que el docente minimice el tiempo invertido en la adecuación de los montajes. Para

esto puede hacer uso de un monitor de clase o llevar los montajes ensamblados

previamente. En caso de ser necesario emplear tiempo de la clase para acondicionar las

prácticas demostrativas, se recomienda contar con actividades alternativas (lecturas,

pausas activas, videos, entre otras) para centrar la atención de los estudiantes y evitar

distracciones que generen un ambiente inadecuado de aprendizaje.

El uso de simulaciones virtuales para la enseñanza de las ciencias puede generar

supuestos parcialmente erróneos en los estudiantes sobre los fenómenos naturales. Las

simulaciones son diseñadas bajo condiciones ideales por lo tanto se recomienda que

dentro del espacio de retroalimentación el docente de a conocer dichas condiciones y los

posibles resultados de no considerarlas. Para esto el docente puede actualizar sus

conocimientos disciplinares pensando en la aplicación en situaciones reales o que

impliquen un mayor grado de complejidad.

Anexo: Actividad 1

A. Anexo: Actividad 1

Anexo: Actividad 2 – Grupo experimental

B. Anexo: Actividad 2 – Grupo experimental

Anexo: Actividad 2 – Grupo control

C. Anexo: Actividad 2 – Grupo control

Anexo: Actividad 3 –Grupo experimental

D. Anexo: Actividad 3 –Grupo experimental

115 Contraste entre Diseño Instruccional basado en el uso de TIC y Aprendizaje Activo

para la comprensión de la ley de Ohm


E. Anexo: Actividad 3 – Grupo control

Contraste entre Diseño Instruccional basado en el uso de TIC y Aprendizaje


117

Anexo: Actividad 4 – Grupo experimental

F. Anexo: Actividad 4 – Grupo experimental

Contraste entre Diseño Instruccional basado en el uso de TIC y Aprendizaje


119


G. Anexo: Actividad 4 – Grupo control

Anexo: Formulario de observación de clase

H. Anexo: Formulario de observación de clase

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