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Aunque se ha realizado una búsqueda bibliográfica en un número relativamente grande de revistas, no se han encontrado demasiados trabajos que aborden el tema del aprendizaje de la óptica ondulatoria. Se han identificado y agregado a esta revisión otros reportes relacionados al tema de interés utilizando la búsqueda en la web, ya sea a través de búsqueda temática o mediante datos extraídos de algunas fuentes que refieren los primeros artículos encontrados. Del total de artículos encontrados y que guardan algún grado de relación con el aprendizaje de la óptica ondulatoria, se han seleccionado aquellos que implican el desarrollo de investigaciones e interpretaciones sobre las dificultades en el aprendizaje y/o desarrollo de propuestas didácticas. En la tabla N° 2.1 se presenta una breve caracterización de los trabajos seleccionados, y a continuación de la misma se describe con más detalle los resultados y aportes de los diferentes autores sobre el tema que nos interesa.

Tabla 2.1

Caracterización de bibliografía referida al aprendizaje de tópicos de la óptica ondulatoria

Autores Año Nivel Tema abordado Metodología

AMBROSE, B.; SCHAFFER, P.; STEINBERG, R.; & MC DERMOTT, L. American Journal of Physics, 67(2) 1999 Universitario básico y superior

Descripción y análisis de las

dificultades de estudiantes: aplicación incorrecta de la óptica geométrica y óptica física, falta de comprensión cualitativa del modelo de onda y falta de comprensión de conceptos de física moderna.

Entrevistas

Cuestionarios de lápiz y papel que describen situaciones experimentales. AMBROSE, B.; HERON, P.; VOKOS, S. & MC DERMOTT, L. American Journal of Physics, 67(10) 1999 Universitario básico

Interpretación de los estudiantes acerca del formalismo matemático y diagramas usados para representar una onda plana electromagnética.

Cuestionarios de lápiz y papel que describen situaciones experimentales. Contexto: sistema tutorial que suplementa las clases teóricas y de laboratorio.

18 WOSILAIT, K.; HERON, P.; SCHAFFER, P. & MC DERMOTT, L. American Journal of Physics, 67(7) 1999 Universitario básico

Identificación previa de dificultades de aprendizaje en la temática. Diseño de un conjunto de tutoriales para suplementar la instrucción en un curso estándar de óptica física.

Cuestionarios de lápiz y papel que describen situaciones experimentales. Contexto instruccional: sistema tutorial agregado las clases teóricas y de laboratorio. COLIN & VIENNOT Didaskalia, v.17 2000 Universitario (2° y 3° año)

Estudian las dificultades de estudiantes sobre situaciones ópticas que se analizan simultáneamente con dos modelos: óptica geométrica y óptica ondulatoria.

Cuestionarios de lápiz y papel con justificación de respuestas

GALILI, I. & HAZAN, A. Educ. Res., Am. J. Phys. Suppl. 68 (7)

2000 Secundario Propuesta de un curso que incorpora

modelos históricos que representan la luz, la visión, Formación de imágenes ópticas y otros. Concluyen que el uso de materiales históricos puede promover significativamente el aprendizaje de la materia.

Construcción de una estructura de esquemas para comparar los resultados obtenidos. Evaluaciones cualitativas y cuantitativas en base a la frecuencia de los esquemas. MC DERMOTT, L. Investigações em Ensino de Ciências, 5(3) 2000 Universitario básico. Graduados

Se presentan ejemplos de óptica física en los tópicos de difracción e interferencia para ilustrar el uso de la investigación en la identificación de dificultades de los alumnos, en el desarrollo de estrategias de enseñanza para abordar estas dificultades, y en la evaluación del aprendizaje del estudiante.

Cuestionarios de lápiz y papel que describen situaciones experimentales. Contexto instruccional: sistema tutorial que suplementa las clases teóricas y de laboratorio. COLIN, P. & VIENNOT, L American Journal of Physics, 69 S36 2001 Universitario superior

Se analizan situaciones donde se observa la difracción y la

interferencia en presencia de lentes. Pone de relieve las dificultades asociadas a planteamientos que han sido clasificados clásicamente de geométricos u ondulatorios, especialmente aquellos en que la difracción y la formación de la imagen se conjugan en una misma situación.

Cuestionarios de lápiz y papel que describen situaciones problemáticas de tipo experimental. MC DERMOTT American Journal of Physics, 69 (11) 2001 Universitario básico y superior. Graduados

Presenta una investigación sobre el aprendizaje en varios temas de física, entre los cuales aborda la óptica ondulatoria. Identifica una serie de dificultades en la comprensión de los conceptos de interferencia y difracción.

Entrevistas.

Cuestionarios de lápiz y papel que describen situaciones experimentales. Contexto instruccional: sistema tutorial que suplementa las clases teóricas y de laboratorio. COLIN, P., & VIENNOT, L. Bulletin de la Société Française de Physique, N°137 2002 Universitario superior

Estudio sobre las dificultades de alumnos en situaciones donde se conjugan al mismo tiempo la difracción y la formación de imágenes.

Cuestionarios de lápiz y papel que describen situaciones experimentales Preguntas cualitativas con justificación de respuestas MAURINES, L. 2002 Universitario y últimos cursos de secundario

Análisis de la física de las ondas en tres dimensiones y sobre la formación de imágenes. Identifica tipos de razonamiento y se focaliza en la ―geometrización‖ de situaciones ondulatorias

Cuestionarios de lápiz y papel referidos a situa- ciones experimentales. Preguntas cualitativas con justificación de respuestas

19 MAURINES L. & MAYRARGUE A. Journées nationales de l’UdPPC "Paris de Sciences"

2007 Secundario Presentan una secuencia didáctica

sobre la velocidad de la luz y el origen del "color" de la luz. Utiliza una perspectiva histórica que permite presentar el conocimiento científico como una construcción progresiva y no como un conjunto de verdades reveladas. Aborda la utilización de textos históricos en apoyo a las actividades de observación o experimentación.

Se proponen actividades tradicionales en el tema de la velocidad de la luz (la lectura de un texto, cuestionarios y ejercicios) y la investigación experimental en otros temas. MAURINES, L. International Journal of Science Education, 32(14)

2009 Universitario Razonamiento de estudiantes en

situaciones en que necesitan usar la óptica ondulatoria: difracción por una abertura, imagen en presencia de difracción, e imagen de objetos transparentes iluminados por luz coherente.

Cuestionarios de lápiz y papel que describen situaciones experimentales ARAÚJO, S. & DA SILVA, F. Ciência & Educação, 15(2)

2009 Universitario Compara la versión presentada por

Christiaan Huygens en su obra "Traité de la Lumière" en el siglo XVII, con la versión que aparece en algunos libros de texto de Física para la educación superior. Aborda además, el estudio de la percepción de los estudiantes sobre el desarrollo de esta teoría.

Análisis cualitativo de textos de nivel superior. Cuestionario para evaluar la percepción de los estudiantes. GALILI, I. International Handbook of Research in History, Philosophy and Science Teaching. Cap. 4.

2014 Universitario Propone una estructura cultura-

disciplina (DC) para visualizar las transiciones entre las teorías sobre la

luz.Considera que una presentación

de este tipo a los estudiantes contribuye a aclarar el conocimiento disciplinario de la luz y visión, así como la naturaleza del conocimiento científico.

Análisis histórico de las teorías sobre la luz.

AMBROSE, B.; SCHAFFER, P.; STEINBERG, R. & MC DERMOTT, L. (1998) Realizaron una investigación sobre la comprensión de estudiantes universitarios en el ámbito de la óptica física. Sus resultados indican que tanto los estudiantes que han estudiado este tema a nivel introductorio como aquellos de un nivel más avanzado, a menudo no pueden explicar el patrón producido en la pantalla cuando la luz incide sobre una rendija simple o en una doble rendija. Muchos de ellos no saben si deben aplicar la óptica geométrica o la óptica física a una situación y a veces combinan inapropiadamente elementos de ambas. Algunas de las dificultades identificadas tienen tal incidencia que impiden a los estudiantes alcanzar una comprensión cualitativa mínima correspondiente al nivel de sus estudios. Los autores afirman que es imposible construir un modelo coherente para el tratamiento de la luz como una onda sin ser capaz de distinguir y relacionar ciertas ideas básicas, por ejemplo, longitud de onda, la longitud del trayecto, diferencia de longitud del camino, y diferencia de fase. Además, dado que muchos de las características críticas del modelo de onda se basan en inferencias y no en observaciones directas, los estudiantes deberían ser capaces de interpretar diversas representaciones abstractas. Reclaman así, la necesidad de una instrucción que se ocupe de lo conceptual y de las dificultades de razonamiento que

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tienen los estudiantes con el modelo de onda para evitar la persistencia de éstas, especialmente al abordar temas más avanzados como el modelo de fotones.

AMBROSE, B.; HERON, P.; VOKOS, S. & MCDERMOTT (1999)

Investigan acerca de la comprensión de estudiantes en óptica física y encuentran que las dificultades más graves que tienen con este tema pueden deberse, al menos en parte, a una falta de entendimiento de la naturaleza de la luz como una onda electromagnética. La instrucción en ondas y en óptica, se basa principalmente en el uso de representaciones abstractas de cantidades físicas. Las representaciones esquemáticas, gráficas, algebraicas, y vectoriales que se introducen están destinadas a ayudar a los estudiantes a dar cuenta de situaciones físicas en términos de conceptos de óptica física. Sin embargo, cada representación a menudo va acompañada por su propio conjunto de dificultades y es difícil diseñar un diagrama que demuestre eficazmente la variación en el espacio y en el tiempo de la propagación de dos campos vectoriales ortogonales que oscilan y se propagan. Identifican una tendencia a atribuir una extensión espacial a la amplitud de la onda. Algunos alumnos dibujaron diagramas de curvas sinusoidales incidentes en una rendija y basaron su razonamiento sobre la posibilidad de que la luz ''encaje'' en la rendija. Algunos afirmaban que la difracción se produce sólo cuando la longitud de onda o la amplitud es más grande que la anchura de la rendija porque la luz ''tiene que doblar‖ para pasar por la rendija estrecha. Los autores sostienen que si no se realiza un esfuerzo para ayudar a los estudiantes a entender el diagrama clásico E-B, éste no se debe utilizar. Además, sostienen que si se ayuda a los estudiantes a comprender las representaciones, también se les está ayudando a entender los conceptos y relacionar conceptos y representaciones en el mundo real.

WOSILAIT, K.; HERON, P.; SHAFFER, P. & MCDERMOTT, L. (1999).

A partir de la identificación y el análisis de las dificultades de los estudiantes, diseñaron un conjunto de tutoriales para complementar la instrucción de cursos tradicionales. Los tutoriales siguen la siguiente secuencia: 1) desarrollo de un modelo de onda básico para la interferencia de doble ranura. 2) extensión del modelo a la interferencia de múltiples ranuras, 3) extensión del modelo a la difracción por una ranura, usando los resultados anteriores 4) extensión del modelo para dar cuenta de los efectos del ancho de la ranura y del espaciamiento entre ranuras en un patrón de doble ranura. La secuencia comienza abordando el tema en el contexto de ondas de agua, ya que son fácilmente observables y forman una representación visual de los frentes de ondas. Proveen de esa manera un marco de trabajo mucho menos abstracto que las ondas luminosas, en el cual los estudiantes pueden derivar las relaciones para localizar máximos y mínimos de un patrón de interferencia. Estudian la interferencia ayudados por diagramas en transparencias de círculos concéntricos y luego cuantifican sus observaciones deduciendo posición de máximos y mínimos de interferencia. El tutorial está dirigido a ayudar a los estudiantes a establecer una analogía entre la superposición de ondas en agua y la superposición de ondas luminosas, a superar las dificultades para distinguir entre óptica geométrica y óptica física, así como a relacionar un patrón de interferencia con los parámetros del sistema físico. Los autores consideran que es crucial que el

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estudiante tenga la oportunidad de ir paso a paso a través del razonamiento involucrado en el desarrollo y aplicación de los conceptos.

COLIN, P. &VIENOT, L. (2000)

Los autores destacan las dificultades de los estudiantes de segundo y tercer año universitario, sobre situaciones ópticas que se analizan durante la enseñanza con la ayuda de dos modelos: óptica geométrica y óptica ondulatoria. Los resultados de tres cuestionarios confirman la existencia de grandes problemas para lograr una comprensión integrada de estos dos enfoques. Sugieren la necesidad de elaborar una presentación del contenido (situaciones ópticas que implican tanto la difracción y la formación de imágenes) que se adapte al nivel de los alumnos de esos cursos sin dejar de ser consistente. Proponen algunas ideas, tales como: la importancia del concepto de "grupo de rayos" y el razonamiento "hacia atrás", es decir, a partir del punto de observación.

GALILI, I. & HAZAN, A. (2000)

Presentan la propuesta de un curso que, en gran medida, incorpora modelos históricos que representan la luz, visión, imágenes ópticas y otros. El diseño y contenido de la propuesta ha sido guiado por investigaciones previas sobre el conocimiento de los estudiantes secundarios en relación a fenómenos ópticos y se lo implementó durante un año. Se elabora una estructura de esquemas que luego sirve para comparar los resultados obtenidos durante la instrucción regular. Se realizaron evaluaciones cualitativas y también cuantitativas en base a la frecuencia de los esquemas. Se encontraron claras diferencias en el conocimiento conceptual de los estudiantes, que pueden apoyar el razonamiento adoptado y el enfoque de la enseñanza. Concluyen que el uso de materiales históricos seleccionados de manera adecuada, que aborden cuestiones de conocimiento relevante para los estudiantes, puede promover significativamente el aprendizaje de la materia.

MCDERMOTT, L. (2000).

Los resultados de este trabajo indican que muchos estudiantes no desarrollan un modelo coherente de onda que puedan aplicar para dar cuenta de la difracción y la interferencia de la luz. Además, se han identificado dificultades similares sobre la naturaleza ondulatoria de la materia entre los estudiantes de cursos más avanzados, es decir, no se han superado las dificultades conceptuales y de razonamiento del nivel introductorio. Se presentan tutoriales desarrollados en respuesta a esta necesidad, para ayudar a los estudiantes a aprender un tipo de razonamiento cualitativo que puede hacer que la física sea significativa para ellos. Los resultados muestran que el desempeño de los alumnos con este tipo de tutoriales es más efectivo en diversos aspectos, comparado con el desempeño con una instrucción estándar. Las implicaciones para el diseño de la instrucción se pueden extender más allá del tema de la óptica física y más allá de la física introductoria.

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COLIN, P. &VIENOT, L. (2001)

Este artículo se refiere a las dificultades que implica el análisis, a nivel universitario, de situaciones que involucran tanto la óptica geométrica como la óptica ondulatoria. Se analizan situaciones donde se observa la difracción y la interferencia en presencia de lentes, y se presta especial atención al significado que los estudiantes atribuyen a los ''rayos'' trazados en sus diagramas. Se ponen de relieve las dificultades asociadas a planteamientos que han sido clasificados clásicamente de geométricos u ondulatorios, especialmente aquellos en que la difracción y la formación de la imagen se conjugan en una misma situación. El discurso de los estudiantes se centra exclusivamente en el trazado geométrico y en las funciones clásicas del sistema, es decir, formación de imagen por la lente o difracción por una rendija. La propuesta está dirigida a un nivel universitario intermedio (Licenciatura) que precede a un tratamiento completo e integral sobre la Óptica de Fourier. Se apoya sobre el conocimiento de los obstáculos esperados e incluye sugerencias para poner de relieve la multiplicidad de caminos desde un objeto de difracción y para acentuar la idea de la selección de haces desde ―atrás hacia adelante‖. Es el punto donde llega la luz el que determina la selección de las trayectorias pertinentes para el análisis de la intensidad luminosa en ese punto.

Analizan las dificultades de los alumnos en este caso complejo, considerando algunas situaciones muy clásicas y relativamente simples que son comunes en situaciones tradicionales de enseñanza. Los estudiantes se enfrentan a los mismos elementos en cada situación: un objeto iluminado, una lente y una pantalla en la que se observa un patrón de intensidades. En este nivel, los estudiantes pueden utilizar dos modelos con el fin de entender todas las variantes de la situación: el modelo de rayo de la óptica geométrica y el modelo de onda. En algunos casos, el modelo geométrico de la óptica es suficiente y en otros casos, se deben usar los dos modelos juntos. También se presentan extractos de libros de texto que pueden producir obstaculizar una adecuada comprensión de la materia y se presenta un análisis de contenido que subraya dos características importantes que se requieren para hacer frente a este tipo de situaciones: la interpretación correcta de los dibujos, y el análisis ''hacia atrás'' de los rayos de la luz. El análisis de las respuestas de los estudiantes mostró que muchos no dominan el uso de los modelos de la óptica. Las dificultades observadas parecen estar fuertemente conectadas con una mala interpretación de los dibujos utilizados clásicamente en la óptica y puede estar relacionado con la falta de conciencia sobre el significado de las líneas representadas. Con el enfoque del análisis ''hacia atrás'' se analiza la situación comenzando desde el punto de llegada de la luz, lo que evitaría una lectura superficial de los diagramas y todos los malentendidos posteriores, otorgando además significado a las trayectorias. Plantean como siguiente paso el establecimiento de una relación entre el significado de la trayectoria de la luz, el significado de la iluminación de la pantalla, y el significado de las fuentes.

MC DERMOTT, L. (2001)

Realizó entrevistas individuales e implementó cuestionarios, a partir del comportamiento de la luz en un sistema formado por una pequeña fuente de luz, una pantalla y una pequeña abertura rectangular. Se pidió a los alumnos la predicción de lo

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que se iba a ver en la pantalla a medida que la abertura se estrechaba cada vez más hasta una rendija muy estrecha. En sus respuestas, los estudiantes utilizan modelos híbridos con características de la óptica geométrica y de la óptica física. Por ejemplo, algunos estudiantes afirmaron que el máximo central del patrón de difracción es la imagen geométrica de la ranura y que las franjas se deben a la luz que se curva en los bordes. Otra dificultad de los estudiantes era la tendencia a atribuir una extensión espacial a la longitud de onda o la amplitud de una onda, que determinan si la luz puede '' encajar '' a través de una rendija. Algunos estudiantes afirmaron que si la anchura de la rendija fuera mayor que la amplitud de la onda, la luz sería capaz de pasar por la rendija, pero que si la anchura de la rendija era menor, no habría luz del otro lado. Algunos estudiantes de física moderna extendieron estas mismas ideas a los fotones distribuidos a lo largo de caminos sinusoidales. Otra dificultad reportada en este trabajo es la falta de reconocimiento de un patrón de interferencia resultante de dos o más ranuras. Todos los resultados indicaban que los alumnos no habían desarrollado un modelo básico de onda que pudiera utilizar para dar cuenta de la difracción y la interferencia de luz en el campo lejano, una cuestión importante ya que tener un modelo de onda de la luz parece ser un requisito previo para la comprensión de la naturaleza ondulatoria de la materia. Los resultados de la investigación indican que las dificultades con la física avanzada a menudo tienen sus raíces en la materia elemental.

COLIN, P. &VIENOT, L. (2002)

Al igual que en artículo de 2001, tratan con situaciones que involucran tanto la óptica geométrica como la óptica ondulatoria. Se analizan las dificultades de los alumnos en la aplicación del principio de superposición de ondas en esta clase de situaciones, y las dificultades inherentes a la enseñanza del principio de Huygens-Fresnel. Abordan además, desde el planteo de la formación de imágenes con iluminación coherente, una