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Entorno de aprendizaje constructivista y colaborativo, enriquecido tecnológicamente, sobre el movimiento armónico simple

D. Mario Rafael Gil Martín1 y D. Agustín García Barneto2

1I.E.S. “Guadiana”. Ayamonte (Huelva) Email: [email protected] 2Departamento Ingeniería Química, Química Física y Química Orgánica. Universidad de Huelva Email: [email protected] Resumen: El paradigma educativo de la nueva sociedad de la información se caracterizará

por modelos constructivistas y colaborativos de aprendizaje en entornos enriquecidos tecnológicamente. En un entorno constructivista de aprendizaje basado en applets java, los estudiantes pueden resolver problemas apoyados por el ordenador. Las simulaciones interactivas contribuyen al proceso de enseñanza/aprendizaje de la física de diferentes maneras: los estudiantes visualizan fenómenos naturales, se modifica la secuencia habitual de enseñanza y se evitan dificultades con las matemáticas.

Palabras clave: entorno de aprendizaje, constructivismo, simulación interactiva, moodle,

didáctica de la física, movimiento armónico simple. Title: Constructivist and collaborative learning environment, technologically enriched, about

the simple harmonic movement. Abstract: The educative paradigm of the new information society will be characterized by

constructivistic and collaboratives models of learning in enriched technologically environments. In the constructivistic environments of learning based on Java applets, students can solve problems supported by the computer. Interactive simulations aid the teaching and learning of Physics in different ways: students visualize natural phenomena, change the habitual sequences of learning and avoid difficulties with mathematics.

Keywords: learning environment, constructivism, interactive simulation, moodle, physics

didactic, simple harmonic movement. 1. Introducción. La investigación realizada en Didáctica de las Ciencias durante las últimas décadas ha puesto

en evidencia que la mayor parte de los conceptos básicos no son comprendidos de modo significativo por los estudiantes, pero no sólo por los que suspenden sino también por los que obtienen calificaciones elevadas. Del mismo modo se han puesto en evidencia otras carencias relacionadas con la capacidad para resolver problemas, con la concepción simplista que adquieren sobre la ciencia y el trabajo científico, con la actitud negativa y la falta de interés hacia la asignatura (Gil y al. 1991).

Este trabajo surgió del deseo de que los alumnos de enseñanza secundaria aprendieran Física al mismo tiempo que mejoraban su actitud hacia la asignatura. Para ello creímos necesario unir un planteamiento constructivista de la tarea con la potencia de un entorno de trabajo colaborativo enriquecido tecnológicamente (Jonassen, 2000). En coherencia con ello, la hipótesis de trabajo que ha guiado nuestra investigación podría ser resumida de la siguiente manera: “Si los alumnos se ven inmersos en un entorno de trabajo enriquecido tecnológicamente, donde resuelven problemas apoyados con simulaciones interactivas con un planteamiento constructivista, aprenderán Física y aumentará su interés por esta ciencia”

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2. Fundamentos de la investigación 2.1. Constructivismo. Uno de los objetivos más valorados y perseguidos dentro de la educación a través de las

épocas, es la de enseñar a los alumnos a que se vuelvan aprendices autónomos, independientes y autorregulados, capaces de aprender a aprender. Sin embargo, en la actualidad parece que precisamente lo que los planes de estudio de todos los niveles educativos promueven, son aprendices altamente dependientes de la situación instruccional, con muchos o pocos conocimientos conceptuales sobre física, pero con pocas herramientas o instrumentos cognitivos que le sirvan para enfrentar por sí mismos nuevas situaciones de aprendizaje pertenecientes a distintos dominios y útiles ante las más diversas situaciones (Díaz Barriga, 2002).

Los roles que tradicionalmente han asumido los docentes enseñando un currículum caracterizado por los contenidos académicos hoy en día resultan inadecuados. Debe redefinirse su papel desde un distribuidor de información y conocimiento hacia una persona que es capaz de crear y orquestar ambientes de aprendizaje complejos, implicando a los alumnos en actividades apropiadas, de manera que los alumnos puedan construir su propia comprensión del material a estudiar, y acompañándolos en el proceso de aprendizaje (Gros, 2004) (Reigeluth, 2000).

El clásico enfoque conductista donde se parte de un conocimiento confiable y relativamente estable sobre la realidad, la cual se encuentra objetivamente estructurada, ha sido severamente cuestionado (Schank y Jones, 1991). Según este enfoque el aprendizaje consiste en asimilar esa realidad, replicando su contenido y estructura en la mente de quien aprende, de modo que se considera el aprendizaje como el resultado del método expositivo del docente y de la actitud receptiva del estudiante, quien como esponja absorbe y acumula el conocimiento hasta el momento del examen, así como considerar que grandes grupos, al estar sometidos a un mismo contenido, aprenden lo mismo. Este enfoque largamente utilizado, está completamente alejado de lo que la sociedad actualmente requiere de sus individuos, esto es, sujetos que sean capaces de participar activamente en su proceso de aprendizaje, desde la planificación, aplicación y evaluación del mismo (Peters, 2000).

Este cuestionamiento del conductivismo, ha conducido a la búsqueda de otros enfoques más amplios que consideran el aprendizaje como un proceso holístico del individuo en la construcción y desarrollo de sus estructuras cognitivas. Entre esos enfoques ha surgido el constructivismo como concepción educativa de la edad de la información (Comisión on Standars for School of mathematics, 1989).

Un ambiente de aprendizaje constructivista es el lugar en donde los participantes manejan recursos de información, materiales impresos y visuales; y herramientas tales como, programas de procesamiento, correo electrónico, instrumentos de búsqueda, etc. que permiten la construcción de soluciones significativas a diversos problemas (Wilson, B. 1996).

Según el informe PISA1 2003 los resultados promedio de los alumnos españoles de 15 años muestran un rendimiento en ciencias y solución de problemas por debajo del promedio de la OCDE2.

El problema de los errores conceptuales cometidos por los alumnos de todos los niveles en dominios reiteradamente enseñados, vino a confirmar de forma contundente la ineficacia de las estrategias de transmisión de conocimientos, que siguen siendo utilizadas mayoritariamente por el profesorado. En este sentido la investigación educativa ha puesto de manifiesto que ese cambio conceptual se facilita si viene acompañado de un cambio metodológico dirigido a convertir el trabajo académico en un proceso de investigación dirigido a resolver problemas con estrategias coherentes con el proceder científico (Gil D. Y al.,1991).

La estrategia que parece más coherente con la orientación del aprendizaje como construcción de conocimientos científicos es la que asocia el aprendizaje al tratamiento de situaciones problemáticas abiertas que puedan generar el interés de los estudiantes (Gil y al., 1999). Para conseguirlo se propone la siguiente estrategia de enseñanza:

1 Programa para la Evaluación Internacional de los Alumnos 2 Organización para la Cooperación y Desarrollo Económico

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1. Plantear situaciones problemáticas que –teniendo en cuenta las ideas, la visión del mundo, las destrezas y las actitudes de los alumnos y alumnas- generen interés y proporcionen una concepción preliminar de la tarea.

2. Proponer a los estudiantes el estudio cualitativo de las situaciones problemáticas planteadas y la toma de decisiones para acotar problemas precisos (ocasión para que comiencen a explicitar funcionalmente sus ideas) y comenzar a concebir un plan para su tratamiento.

3. Orientar el tratamiento científico de los problemas planteados, lo que conlleva, entre otros: La emisión de hipótesis, incluida la invención de conceptos, la elaboración de

modelos...(ocasión para que las ideas previas sean utilizadas para hacer predicciones). La elaboración de estrategias (incluyendo, en su caso, diseños experimentales) para

contrastar las hipótesis a la luz del cuerpo de conocimientos de que se dispone. La realización de las estrategias y el análisis de los resultados, considerando las

predicciones de las hipótesis, cotejándolos con los obtenidos por otros grupos de alumnos y por la comunidad científica, estudiando su coherencia con el cuerpo de conocimientos … Ello puede convertirse en ocasión de conflicto cognoscitivo entre distintas concepciones (tomadas todas ellas como hipótesis) y obligar a concebir nuevas hipótesis.

4. Plantear el manejo reiterado de los nuevos conocimientos en una variedad de situaciones para hacer posible la profundización y afianzamiento de los mismos, poniendo un énfasis especial en las relaciones Ciencia/Tecnología/Sociedad que enmarcan el desarrollo científico (propiciando, a este respecto, la toma de decisiones) y dirigiendo todo este tratamiento a mostrar el carácter de cuerpo coherente que tiene toda la ciencia. Favorecer, en particular, las actividades de síntesis (esquemas, memorias, recapitulaciones, mapas conceptuales,…), la elaboración de productos (susceptibles de romper con planteamientos excesivamente escolares y de reforzar el interés por la tarea) y la concepción de nuevos problemas.

En este enfoque didáctico, el papel de los alumnos debe ser activo y colaborativo, semejante al que tendría un investigador novel integrado en un equipo de investigación dirigido por un experto (profesor), lejos de una investigación autónoma de los alumnos y de la transmisión del conocimiento acabado del profesor.

2.2. Entornos enriquecidos tecnológicamente. Aunque hayan pasado ya unos veinte años desde el primer encuentro entre las TIC y la

educación, Aviram (2002) afirma que las escuelas aún no han integrado realmente las TIC, la mayoría de docentes no las usan todavía o lo hacen de modo superficial, no han conducido a un mejor rendimiento de los estudiantes y no han comportado cambios en la enseñanza/aprendizaje hacia métodos más activos.

En aras de buscar soluciones, en los últimos tiempos se han acuñado términos como entornos enriquecidos tecnológicamente, aprendizaje colaborativo, cognición situada o comunidades de aprendizaje que tienen como referente común el denominado enfoque socioconstructivista. Desde este punto de vista el fundamento del proceso de enseñanza/aprendizaje recae en dos conceptos: construcción del conocimiento por parte de los alumnos, verdadero centro de atención, y aprendizaje en un entorno de relaciones.

Así pues, la integración de las TIC en las aulas ha de ser el resultado de un doble cambio: de planteamiento didáctico en la enseñanza de las ciencias, y de diseño y uso de nuevo software. De una parte la enseñanza de las ciencias debe evolucionar desde la transmisión del conocimiento acabado a su reconstrucción mediante investigaciones dirigidas, de otra la tecnología informática ha de evolucionar desde planteamientos individualistas hasta crear ambientes colaborativos de aprendizaje.

En su mayoría, las aplicaciones informáticas que se usan tienen como principal objetivo la introducción de conceptos nuevos y suelen seguir el esquema conductista, basado en un modelo de enseñanza transmisión-recepción donde el alumno actúa como receptor de la información. Pocas aplicaciones tienen en cuenta el esquema constructivista de la enseñanza-aprendizaje, donde el alumno utiliza simulaciones con las que trabaja de forma interactiva. (Bohigas, X; Jaén, X; Novell, M.,2003).

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En los últimos tiempos han surgido aplicaciones con un gran potencial educativo que, dado su gran componente audiovisual e interactivo, permiten ser usadas para simular y controlar fenómenos naturales en el ordenador, entre ellas son de especial interés los applets, pequeños programas escritos en lenguaje Java (Sun Microsystems) que funcionan con cualquier sistema operativo sin más que instalar la denominada máquina virtual Java. La facilidad con que pueden ser incorporados a una página web y la enorme oferta de applets disponibles en Internet, ha permitido que estos pequeños programas se conviertan en un instrumento con un futuro prometedor tanto en la enseñanza presencial como en la enseñanza a distancia a través de la Web (Bolívar,J.P.; García Barneto,A.; Aguado, J.L.; Vaca, F.,2005).

Las simulaciones interactivas contribuyen al proceso de enseñanza/aprendizaje de la física de diferentes maneras: los estudiantes visualizan fenómenos naturales, se modifica la secuencia habitual de enseñanza y se evitan dificultades con las Matemáticas (García Barneto, A.; Gil Martín, M. R., 2006).

Según Bohigas, Jaén y Novell (2003) las principales características de estos applets son: Son programas relativamente pequeños (suelen tener menos de 100 Kb). Están programados para ser incorporados en una página web y utilizarlos directamente

sobre la misma página. Son configurables. La mayoría permite que el profesor los adapte a sus necesidades. Esto es,

el profesor puede modificar algunos parámetros editando el código HTML del applet. Son interactivos. El estudiante puede manipular determinados elementos, con lo cual el

resultado que aparece en pantalla, sea textual o gráfico, queda modificado. La mayoría de los applets se distribuyen gratuitamente en la web. Su aprendizaje por parte del estudiante requiere un tiempo relativamente corto.

2.3. Entornos constructivistas de aprendizaje (ECA). Jonassen (2000) hace uso de los entornos enriquecidos tecnológicamente para crear lo que él

denomina “entornos constructivistas de aprendizaje” (ECA). Para este autor el punto de partida del proceso de enseñanza/aprendizaje puede ser el planteamiento de un problema, planteado en términos abiertos, que despierte interés e involucre a los alumnos en la tarea de resolverlo. Con el término problema abierto queremos indicar un interrogante que no tiene solución evidente, o que, en términos del autor “poseen múltiples soluciones, varias líneas de soluciones o incluso ninguna solución”. Las fuentes de este tipo de preguntas o problemas no son difíciles de encontrar, están presentes en las noticias, en las conversaciones de los propios alumnos y, muchas veces, basta con reformular cuestiones habituales que suelen presentarse en forma mucho más cerrada. Jonassen da mucha importancia a la formulación del problema como elemento impulsor de su resolución, en cualquier caso, el problema ha de ser real, es decir, de interés para el alumno. El proceso de resolución girará en torno a las hipótesis emitidas, resultado del uso de diferentes fuentes de información, y en él se usarán diferentes herramientas dependiendo de las necesidades cognitivas de la tarea. Entre las herramientas cognitivas propuestas por Jonassen encontramos unas que sirven para visualizar o representar el problema con la intención de producir un modelo mental, otras para estructurar el conocimiento (bases de datos, hojas de cálculo, redes semánticas,…), otras para ahorrar recursos en el desempeño de tareas rutinarias (hojas de cálculo), otras para buscar y organizar la información y otras para establecer comunicación entre los grupos de discusión (listas de discusión, correo electrónico, tablones de anuncios, chats, foros, …).

2.4. La plataforma de enseñanza Moodle. La palabra Moodle es un acrónimo de Modular Object-Oriented Dynamic Learning

Environment3, y básicamente es una herramienta informática que permite crear un entorno de aprendizaje basado en los principios pedagógicos constructivistas, con un diseño modular que hace fácil agregar contenidos que motivan al estudiante. Es muy importante este cambio de

3 Entorno de Aprendizaje Dinámico Orientado a Objetos y Modular

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paradigma: pasar del profesor como centro de la clase, al alumno como protagonista.(León, J. L., 2006).

Moodle ha sido elegida porque: - El entorno de aprendizaje es libre y libremente mejorable. - Los datos introducidos son nuestros y podemos reutilizarlos cuando lo deseemos. - Está internacionalizada. - Tiene detrás una comunidad viva y dinámica de desarrolladores y usuarios. - Se basa en los principios de constructivismo social.

3. Materiales y métodos.

3.1. Descripción del entorno de trabajo de los alumnos. El entorno es una propuesta de actuación metodológica para la enseñanza de la Física,

basada en los principios constructivistas, cuyo objetivo principal es fomentar la resolución de problemas interactivos mediados por ordenador en un espacio colaborativo desarrollado bajo la plataforma Moodle.

Básicamente, el modelo concibe un problema como centro del entorno, con varios sistemas de interpretación y de apoyo intelectual a su alrededor. El objetivo de un alumno es interpretar y resolver el problema basado en una simulación interactiva realizada en lenguaje Java. Los ejemplos relacionados y las fuentes de información ayudan a la comprensión del problema e indican posibles soluciones; las herramientas cognitivas ayudan a los alumnos a interpretar y manipular los diferentes aspectos del problema; las herramientas de conversación y colaboración permiten a las comunidades de alumnos colaborar en la elaboración del significado del problema; y los sistemas de apoyo social/contextual contribuyen a que los alumnos pongan en práctica el ECA (Jonassen, 2000).

Como tema de aplicación se ha elegido el movimiento armónico simple (MAS). El tema en cuestión resulta, desde nuestro punto de vista, un tanto marginado en el currículo de Bachillerato, pues no llega a abordarse en la mayoría de los casos en 1º de Bachillerato por lo extenso del temario y se deja su estudio para 2º de Bachillerato, viéndose como introducción al movimiento ondulatorio pero no con el detalle y la atención que merece.

El entorno se halla alojado en un servidor web, lo que permite el acceso en cualquier momento. Para acceder se debe escribir en la barra de navegación la siguiente dirección:

http://mariogil.org/moodle La pantalla inicial del curso se muestra en la figura 1.

Figura 1.- Vista del entorno.

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Precediendo a las unidades temáticas que tratan conceptualmente el MAS, y siguiendo la propuesta de Jonassen (2000) sobre lo que un entorno de aprendizaje constructivista debe ofrecer, el entorno pone a disposición de los alumnos una serie de herramientas de apoyo al aprendizaje: herramientas de conversación y colaboración, ejemplos relacionados, fuentes de información y herramientas cognitivas.

Herramientas de conversación y colaboración. La forma más natural de aprendizaje no tiene lugar de forma aislada, sino mediante equipos

de personas que trabajan juntas para resolver un problema. Se pretende que los alumnos elaboren de forma conjunta un conocimiento socialmente

compartido. Para poder fomentar la colaboración dentro del grupo de alumnos, que puede ser tanto in situ

como a distancia, el ECA proporciona herramientas de comunicación síncrona (sala de chat de la investigación) y asíncrona (foros: novedades y anuncios y los foros que se incluyen en cada unidad).

Ejemplos relacionados. Los alumnos principiantes carecen fundamentalmente de experiencia, y esta carencia es

especialmente significativa cuando intentan resolver problemas. Por lo tanto, resulta importante que el ECA permita el acceso a un conjunto de experiencias relacionadas que los alumnos con poca experiencia puedan consultar.

Los ejemplos relacionados ayudan al aprendizaje al menos de dos maneras: reforzando la memoria del alumno y aumentando la flexibilidad cognitiva. Pueden reforzar o suplantar la memoria mediante representaciones de experiencias que los alumnos no han tenido.

Fuentes de información. Para investigar los problemas, los alumnos necesitan información con la que elaborar sus

modelos mentales y formular hipótesis que dirijan la manipulación del espacio del problema. Herramientas cognitivas.

Se incluyen aquí herramientas informáticas cuyo propósito es abordar y facilitar tipos específicos de procedimientos cognitivos. Las herramientas cognitivas cumplen con una serie de funciones intelectuales que ayudan al alumno en su interacción con el ECA. Pueden ayudarle a representar de una mejor forma el problema o el ejercicio que están realizando.

Pueden contribuir a que el alumno represente lo que sabe o lo que está aprendiendo sobre algún modelo, por ejemplo, mediante el editor de mapas conceptuales on-line Digidocmap4.

En relación a las seis unidades temáticas que se han desarrollado, la primera unidad se dedica a la presentación del tema y las siguientes cinco unidades siguientes, desarrollan el tema del MAS, todas ellas con la misma estructura, y centradas en la resolución de problemas mediante investigaciones con los applets.

Cada unidad empieza con una información contextual que sitúa al alumno, incluyendo elementos multimedia (sonidos, extractos de vídeos, mapas conceptuales, imágenes,...). Continúa con un problema, auténtico y real, y su espacio de manipulación, basado en una o varias simulaciones físicas interactivas. Al alumno se le ha facilitado para este fin un programa-guía de actividades o cuaderno de investigación y, al tiempo que manipula la simulación, debe hacer de aprendiz de científico, investigando y rellenando su cuaderno.

El siguiente apartado tiene por objeto plantear el manejo reiterado de los nuevos conocimientos en una variedad de situaciones para posibilitar la profundización y afianzamiento de los mismos. Para realizar este apartado se han utilizado cuestionarios de Moodle, con la ventaja de que registra accesos y resultados, de Hot Potatoes, de Jclic, páginas web y actividades C/T/S5 con el fin de acercar el conocimiento adquirido a la realidad cotidiana.

Por último, el foro de cada unidad pretende ser un espacio para colaborar, plantear y resolver dudas. Al ser una herramienta de comunicación asíncrona ofrece la comodidad al alumnado de poder acceder en cualquier momento sin la necesidad de coincidencia en el tiempo.

4 Editor de mapas conceptuales: http://www.mapasconceptuales.com/ 5 Ciencia / Técnica / Sociedad.

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Las razones que justifican estas seis unidades ha de encontrarse en los objetivos que se persiguen en cada una de ellas.

UNIDAD OBJETIVOS QUE PERSIGUE

Figura 2.- Vista de la unidad 1.

Explicar a los alumnos qué ofrece el entorno y qué necesita tener instalado en su equipo. Sondear el interés de los

alumnos por la Física y Química que conocian antes de la investigación.

Figura 3.- Vista de la unidad 2.

Contextualizar el tema del MAS. Presentar la primera

investigación basada en el applet del movimiento de una bola en un cuenco semiesférico. Caracterizar el MAS:

periódico y función sinusoidal. Tratamiento conceptual:

período y relación sinusoidal característica de la gráfica posición-tiempo

Figura 4.- Vista de la unidad 3.

Analizar cualitativa y cuantitativamente las variables que influyen en el período en el péndulo simple y en el sistema masa-muelle. Resolver problemas

siguiendo la metodología científica.

Tratamiento conceptual: el período como una magnitud que depende de las características intrínsecas del sistema

Figura 5.- Vista de la unidad 4.

Investigar la dependencia de las condiciones iniciales en el período y en la amplitud. Construir definiciones para

la frecuencia y la frecuencia angular.

Tratamiento conceptual: influencia de las condiciones iniciales en el período y la amplitud.

Período <=> frecuencia <=>frecuencia angular

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Figura 6.- Vista de la unidad 5.

Relacionar el MAS con el MCU6. Obtener la ecuación de

movimiento. Comprender la importancia

de la fase inicial. Tratamiento formal y

matemático para obtener la ecuación de movimiento.

Figura 7.- Vista de la unidad 6.

Conocer la fuerza recuperadora y su dependencia con la posición. Caracterizar la constante

recuperadora del muelle, como algo intrínseco del muelle

Tratamiento formal y matemático para obtener la Ley de Hooke.

En la figura 8, a modo de ejemplo, se muestra la simulación de Fu-Kwun Hwang, que planteaba la investigación 1, que los alumnos realizaron en la unidad 3 y que pretendía estudiar cualitativa y cuantitativamente las variables que influyen en el período de un péndulo simple.

Figura 8.- Imagen del applet de Fu-Kwun Hwang del péndulo simple.

Para resolver el problema los alumnos debían rellenar los siguientes apartados en su programa-guía de actividades:

Plantea la hipótesis, precisando las variables que, a tu juicio, influirán en el período y, aún más importante, la forma en que esperas que lo hagan. Diseña las experiencias necesarias para contrastar la hipótesis emitida, teniendo en

cuenta que en los experimentos las variables deben modificarse una a una. Realiza las experiencias y observa los resultados. Elabora un informe desde un punto de vista cualitativo.

6 Movimiento Circular Uniforme.

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PARA AMPLIAR: Analiza los datos obtenidos y establece las relaciones matemáticas oportunas entre la variable dependiente (periodo) y las variables independientes analizadas (usar hoja de cálculo)

3.2. Esquema de trabajo con los alumnos. La investigación se ha llevado a cabo en el curso académico 2005/2006, en un total de 14

sesiones presenciales, con un grupo de 20 alumnos y alumnas de primero de Bachillerato de ciencias del I.E.S. “Guadiana” de Ayamonte (Huelva).

Se muestra a continuación lo que recogió una pareja de alumnos, en su programa-guía de actividades, acerca de la investigación 1 que se ha mencionado con anterioridad.

Figura 9.- Cuaderno de investigación de una pareja de alumnos.

3.3. Instrumentos de evaluación. En la experiencia se han utilizado los siguientes instrumentos de evaluación: Cuestionario pre-test y post-test relativo al conocimiento de aspectos básicos del

movimiento armónico simple. Respondido por los alumnos antes y después de la experiencia del trabajo en el entorno. El cuestionario relativo a contenidos conceptuales sobre el tema consta de cinco preguntas.

En todas ellas se solicita, además de la respuesta de opción múltiple, una justificación de la misma y una estimación del grado de confianza que le merece en una escala de 0 a 10.

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Cuestionario relativo a diversos aspectos del proceso de enseñanza-aprendizaje y la incorporación de las tecnologías de la información y comunicación. Respondido por los alumnos después del trabajo con los applets. Este cuestionario, contestado por los alumnos después de la investigación, tenía un doble

objetivo: trazar a grandes rasgos la imagen que tienen los alumnos sobre el proceso de enseñanza/aprendizaje en sus vertientes metodológica y evaluadora, y conocer sus opiniones acerca del uso de las TIC en la enseñanza de la Física. Las veintisiete cuestiones, repartidas casi por igual entre ambos objetivos, se presentan a los alumnos sin ordenación y con tres opciones: acuerdo, indiferencia y desacuerdo con la afirmación que la encabeza.

Test de escala Likert (1932) sobre su actitud hacia la física antes y después de la experiencia. Para medir la actitud de los alumnos hacia la asignatura de Física se ha utilizado una escala

de Likert. A los alumnos se les hace la pregunta: ¿te gusta la Física tal como la conoces? y puede elegir uno de los siguientes cinco ítems: me encanta, bastante, regular, poco o nada.

Este test se ha realizado como consulta bajo la plataforma Moodle al principio y al final de la investigación y persigue ver si se produce algún cambio en la actitud de los alumnos hacia la asignatura.

4. Análisis de los resultados.

4.1.Resultados del cuestionario pre-test y post-test relativo al conocimiento de aspectos básicos del MAS.

En el ámbito conceptual la investigación ha estado focalizada en torno a una serie de

conceptos hacia los que los alumnos muestran concepciones alternativas especialmente difíciles de modificar: a) Variables que afectan el movimiento de un sistema oscilante (péndulo)

Figura 10.- Variables que afectan el período del péndulo simple según los alumnos.

Inicialmente la opinión de los alumnos está muy dispersa y, en consecuencia, las referencias

a los efectos de la masa, longitud, amplitud y condiciones iniciales (velocidad y posición iniciales) son significativas. Después de usar el entorno ningún alumno mantenía su opinión acerca de la masa y un 21 % la había modificado a favor de la longitud. La influencia de la amplitud de las oscilaciones y las condiciones iniciales persistían.

b) Efecto de las condiciones iniciales (velocidad y posición) sobre el periodo de un muelle

oscilante vertical Aunque la amplitud de las oscilaciones viene afectada por las condiciones iniciales, no

ocurre lo mismo con el periodo, magnitud que depende de las características intrínsecas del sistema. Esta distinción, sin embargo, no la hacen los alumnos. Dada la relación intuitiva que establecen entre amplitud y periodo, entienden que este último se ve afectado por los mismos factores que influyen en la primera.

Variables que afectan al período de un péndulo

3023

28

19

0

44

33

22

Masa Longitud Amplitud Condiciones iniciales

Porc

enta

je

Antes Después

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Inicialmente hay muy pocos alumnos que sean capaces de inferir correctamente el efecto de las condiciones iniciales sobre la amplitud (6 %) y el periodo (12 %). El trabajo con el entorno mejora algo las respuestas pero aún entonces se aprecia la permanencia de las referidas ideas previas (aciertos del 20 % y 29 % respectivamente).

Figura 11.- Efecto de las condiciones iniciales sobre el periodo del muelle. c) Relación lineal entre posición y tiempo durante las oscilaciones El movimiento oscilatorio armónico simple (MAS) no es sencillo de interpretar por los

alumnos. Para la mayoría de ellos lo relevante de la situación física es el cambio de sentido que experimenta, obviándose todo lo que ocurre entre las posiciones extremas. En general los alumnos interpretan el MAS como si fuera un movimiento uniforme que cambia de sentido.

De la resistencia al cambio de esta concepción da fe el hecho de que antes de usar el entorno el 61 % de los alumnos la manifestaban y después de usarlo ese porcentaje sólo había caído hasta el 50 %.

Figura 12.- Relación posición-tiempo en el movimiento oscilatorio. d) Evolución energética de las oscilaciones del muelle. Las oscilaciones del muelle vienen acompañadas de intercambios continuos entre energía

cinética y potencial elástica, conservándose la energía mecánica en ausencia de fricción. Antes de usar el entorno sólo el 10 % de los alumnos era capaz de interpretar un gráfico que representaba la evolución de ambas formas de energía. Después de usarlo las respuestas correctas habían aumentado hasta el 82 %.

Acierto efecto condiciones iniciales sobre amplitud y periodo

6

12

20

27

Amplitud Periodo

Porc

enta

je

Antes Después

Relación lineal posición-tiempo

61

50

Antes Después

Porc

enta

je

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Energías del oscilador libre

10

82

10 9

Antes DespuésPo

rcen

taje

Aciertan Confunden Ec y Ep

Figura 13.- Evolución de la energía en un oscilador. 4.2. Cuestionario relativo a diversos aspectos del proceso de enseñanza-aprendizaje y la

incorporación de las tecnologías de la información y comunicación. Los alumnos piensan que el bajo rendimiento mostrado en la asignatura de Física tiene que

ver con lo difíciles de comprender que son los conceptos que se utilizan (63%). Para la gran mayoría de los alumnos la metodología del profesor guarda estrecha relación

tanto con sus dificultades de aprendizaje (84%) como con la atención que se presta en clase (79%). Por otra parte, los alumnos conceden mucha importancia al trabajo en pequeños grupos (79%) y todos están de acuerdo en la realización de pequeñas investigaciones para familiarizarse con las tareas del trabajo científico, mostrando en el 78% de los casos que las realizadas no son suficientes para tener claro en qué consiste el trabajo científico.

Pese a que los alumnos están cada vez más acostumbrados al uso del ordenador fuera del contexto académico, el 58 % de ellos manifiesta, sin embargo, no usar las TIC habitualmente en el proceso de aprendizaje y que los profesores no hacen uso suficiente del ordenador en las aulas. La mayoría (68 %) reconoce que cuando usa el ordenador fuera del contexto académico lo hace para escuchar música, jugar, leer correo electrónico o chatear, y sólo un 36 % de los alumnos dice usar habitualmente programas informáticos como hojas de cálculo, bases de datos, procesadores de texto,... Es significativo destacar que el 95 % de los alumnos está de acuerdo en que las simulaciones interactivas de fenómenos físicos pueden ayudar notablemente a resolver los problemas que tienen con el aprendizaje de la Física. El 47 % tiene confianza en que el uso del ordenador en el aula mejorará su interés por la Física y, en particular, el 68 % lo ve con mayor interés si tiene la oportunidad de reproducir fenómenos naturales con ayuda del ordenador. Mientras que sólo el 21 % considera que los conceptos físicos se aprenden estudiando, todos están de acuerdo que el uso de simulaciones interactivas facilita la comprensión de conceptos físicos, siempre que estén inmersos en un contexto que les dé sentido y oriente su uso.

4.3. Test de escala Likert (1932) sobre su actitud hacia la física.

Figura 14.- Gráfica sobre la actitud hacia la física de los alumnos.

¿Te gusta la Física tal como la conoces?

06

41

53

00 0

37 38

25

Nada Poco Regular Bastante Me encanta

Porc

enta

je

Antes Después

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Si puntuamos los items de 1 a 5 según seleccionen ‘nada’ o ‘me encanta’, respectivamente, tendríamos una actitud media inicial de 3,47. Después de pasar por el entorno y haber hecho las investigaciones con los applets la actitud mejora hasta 3,88.

5. Conclusiones.

Del análisis de los resultados del cuestionario relativo al conocimiento de aspectos básicos sobre el movimiento armónico simple se pueden extraer las siguientes conclusiones:

1.- En relación con el movimiento armónico simple, los alumnos llegan con una experiencia recogida de sus vivencias personales que se traducen en las siguientes ideas previas: Creen que el período del péndulo viene afectado por la masa. Las magnitudes cinemáticas suelen relacionarlas linealmente con el tiempo. Predicen

cambios temporales de las posiciones y las velocidades usando la regla de tres simple y directa. Existe una asociación lineal algo persistente en la amplitud y el período.

2.- En general el proceso de e/a centrado en el uso de simulaciones interactivas como instrumento para desarrollar pequeñas investigaciones, contribuye a la mejora del aprendizaje de los conceptos físicos y al aumento en la confianza depositada en las respuestas.

Sin embargo: • Cuando la simulación incide sobre creencias erróneas muy arraigadas en los alumnos, el

efecto positivo, si existe, es muy escaso. Tal es el caso de las relaciones lineales que suponen entre posición y tiempo, velocidad y tiempo, y velocidad y posición.

Del análisis de los resultados del cuestionario relativo a diversos aspectos del proceso de enseñanza aprendizaje y la incorporación de las TIC, podemos extraer las siguientes conclusiones: La mayoría de los alumnos explica que el bajo rendimiento mostrado en la asignatura de

Física tiene que ver con la dificultad de los conceptos tratados. El estilo metodológico del profesor que imparte la asignatura de Física influye

determinantemente sobre la atención que prestan los alumnos. Todos prefieren realizar pequeñas investigaciones y trabajar en grupos para así

familiarizarse con las tareas propias del trabajo científico, sin embargo, pese a ser uno de los objetivos que establece el currículo para la etapa de Bachillerato, el 78 % dice no realizar suficientes investigaciones como para tenerlo claro.

La mayor parte del alumnado piensa que la forma de evaluar la asignatura afecta a la atención que se presta en clase y que los resultados no manifiestan lo que realmente se sabe.

A pesar de las medidas adoptadas por la Consejería de Educación y Ciencia de la Junta de Andalucía para la incorporación de las TIC en los centros docentes, todavía el uso que los alumnos hacen de las TIC en el aula es bastante escaso. De hecho, la mayoría reconoce que no hacen uso habitual de las TIC en el proceso de aprendizaje.

Fuera del contexto académico, la mayoría reconoce usar el ordenador básicamente para escuchar música, jugar, leer el correo electrónico o chatear.

La mayoría opina que con ordenadores en el aula aumentaría su interés por estudiar Física. Y, más concretamente, un 68 % dice que su interés por la asignatura aumentaría si tuviese oportunidad de reproducir fenómenos naturales con ayuda del ordenador. Todos, sin excepción, piensan que el uso de simulaciones interactivas, siempre que se inserten en un contexto que les dé sentido, facilita la comprensión de conceptos y ayuda a resolver los problemas relacionados con el aprendizaje de la Física.

En suma, la investigación realizada demuestra que todos los alumnos que han utilizado las

simulaciones interactivas, independientemente de sus preferencias por un estilo docente u otro, reconocen que son útiles para mejorar la comprensión de los conceptos físicos, sin embargo, las concepciones alternativas fuertemente arraigadas son difíciles de modificar a pesar de hacer uso de recursos educativos potencialmente poderosos y de estrategias pedagógicas que potencian la reconstrucción del conocimiento a partir de las ideas previas.

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La incorporación de recursos informáticos en la enseñanza de las ciencias tiene un gran futuro. El ordenador multimedia conectado a la Web da otra dimensión al proceso de enseñanza/aprendizaje, sin embargo ha de pasar algún tiempo para que contemos con las herramientas y las estrategias que optimicen este planteamiento innovador.

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