A continuación, se describirán los instrumentos utilizados y la metodología de desarrollo implementados de forma virtual:
Guía SER+ I:
Este instrumento es un requerimiento de trabajo con los estudiantes de acuerdo con la metodología SER+I, que promueve etapas de trabajo y avance con los estudiantes (punto de partida, investigación, desarrollo de la habilidad y relación) el cual será el encargado de orientar el trabajo tanto para los estudiantes como para el analista. En éste se plasman las directrices de trabajo de las competencias que se desean desarrollar, pero también, se indican las evidencias, componentes y aprendizajes que se esperan de acuerdo con los estándares del MEN (2004) y la matriz de referencia de las pruebas de estado. Para este caso, dichas competencias se enunciarán de forma explícita al inicio de la guía SER + I.
Es importante indicar que, al mencionar las competencias a desarrollar en física con los estudiantes, se destacan las sugeridas por la matriz de referencia DEL GRADO 11º en la plataforma de “Colombia aprende” (Instituto Colombiano para la evaluación de la educación, 2015) para el área de ciencias naturales (indagación, uso de conceptos y explicación de fenómenos). En dichas competencias, se tiene como finalidad establecer una transición entre el conocimiento empírico previo sobre la construcción de dispositivos mecánicos y el fundamento del movimiento bidimensional, buscando alcanzar un dominio teórico en el cual se formaliza la modalidad de abstracción simbólica para el lanzamiento de proyectiles. Así pues, la construcción de las etapas de la guía SER+I tratan abordar de manera paulatina las modalidades de representación (Enactiva, Icónica y simbólica), pero al mismo tiempo, se elaboran con el fin de promover una evolución de los aprendizajes al asociar, observar, identificar y explicar fenómenos naturales de esta índole, hasta el punto de lograr una plena aprehensión del fenómeno estudiado.
Actividades diagnósticas:
Esta actividad se usa como un instrumento inicial para observar las nociones previas que tienen los estudiantes conforme a su percepción del movimiento y las variables que se encuentran asociadas a este concepto, adicional a esto, se procura indagar sobre los intereses de proyecto que tienen los estudiantes para el periodo y se ofrece unas alternativas a modo de sugerencia, sin embargo, se deja abierta la posibilidad de establecer una propuesta de proyecto conforme al lanzamiento de proyectiles. Para esta indagación se habilita un espacio en la plataforma Moodle de la Universidad Nacional, en donde a modo de encuesta se indaga por los conceptos teóricos establecidos en las competencias de uso comprensivo del conocimiento (MEN 2004) y en las competencias de la matriz de referencia de la media académica para ciencias naturales. En un segundo momento, se establece un espacio de orientación a un laboratorio virtual sobre el movimiento de los cuerpos, se plantean algunas preguntas a lo largo de la orientación y se hizo un cuestionario acerca de esta actividad.
Actividad de diseño:
Por medio de esta actividad se les presentó a los estudiantes un software educativo de diseño en el que construirían su prototipo de proyecto conforme a la elección de la encuesta inicial, sin embargo, de acuerdo con las dificultades digitales que en algunos casos se pudieron presentar, se les mostró el diseño de un prototipo y conforme a esto, podrían hacer su prototipo en diseño manual. En el anexo F se presenta la guía orientadora del diseño.
Actividad de construcción de dispositivos:
Con esta actividad los estudiantes pusieron en ejecución las ideas de proyecto que plasmaron en los diseños, para esto se valieron de los recursos que tenían a disposición conforme a las dificultades de exposición social que se presentaron a causa de la pandemia, para esto, se diseñó una guía que orientara el proceso y a través de una bitácora ellos llevaron un registro exhaustivo de su progreso en la construcción. Ver anexo G en el que se orienta la construcción de los modelos.
Actividad de exploración:
La idea de esta actividad es que los estudiantes se familiaricen con conceptos propios del movimiento bidimensional y diferencien fenomenológicamente entre situaciones reales e ideas erróneas del movimiento que usualmente se evidencian en
programas televisivos tales como caricaturas, películas y demás, a tal punto que las personas pueden llegar a interiorizar y aceptar un comportamiento del movimiento de esta manera, para esto, los estudiantes ingresaron a la plataforma Moodle de la Universidad Nacional en donde se habilitó un espacio denominado principios en el estudio de la física, así los estudiantes cumplen con parte del compromiso investigativo propuesto en la sección de estructuración a modo de investigación, pero también como actividad inicial para el desarrollo de la habilidad.
Actividades experimentales: Estrategia de enseñanza
Estas actividades se desarrollaron en el marco de la virtualidad y tienen como objetivo abordar componentes teóricos fundamentales acerca del movimiento unidimensional y bidimensional. En estas actividades se buscó que el estudiante no solo interprete los fenómenos y variables asociadas a los simuladores, sino que también pudiera establecer relaciones con el contexto y con el prototipo de proyecto que construyó. A continuación, se nombran las actividades experimentales:
Laboratorio virtual de adición de vectores: este laboratorio consistió en establecer una interpretación gráfica de los vectores conforme a los sistemas de referencia en los que se inscriban, así como también, reconocer los componentes que se asocian a estos (módulo, magnitud, dirección y sentido) y el comportamiento que adquieren al sumarse de forma geométrica, para esto, los estudiantes debieron representar diversas situaciones en una y dos dimensiones, para luego evidenciar situaciones en donde la suma se hace linealmente y en las que se hace a partir de descomposición de los vectores.
Laboratorio virtual de movimiento unidimensional. Componente horizontal: Este laboratorio tuvo como objetivo que los estudiantes reconozcan las propiedades que se encuentran asociadas al movimiento rectilíneo uniforme y al movimiento uniforme acelerado, por medio del movimiento de un sujeto sobre una plataforma horizontal, además, se procuró establecer relación directa a los comportamientos gráficos de los diferentes vectores conforme al paso del tiempo.
Laboratorio virtual de lanzamiento de proyectiles: Este laboratorio consistió en utilizar un cañón para lanzar diferentes proyectiles en el cual los estudiantes reconocieran el comportamiento de las variables en condiciones ideales, conforme a lo establecido en la teoría cinemática, pero también que evidenciaran su comportamiento
en situaciones cotidianas reales en las que la resistencia del aire es un componente determinante.
Laboratorio de implementación de dispositivos: Esta actividad tuvo como propósito implementar el conocimiento teórico adquirido hasta el momento y vincularlo a situaciones reales en las que el dispositivo sea el referente para implementar procedimientos algebraicos, sin embargo, por la situación de virtualidad que ha generado la pandemia, esta situación no se pudo llevar a buen término puesto que requería de la presencialidad para orientar los procesos en los cálculos.
Socialización de los proyectos: Esta actividad tuvo como propósito establecer un conversatorio virtual en el que los estudiantes mostraran los resultados de sus proyectos, compartieran los prototipos construidos y se discutieran las debilidades y fortalezas de cada uno, así como también, que permitiera ofrecer apreciaciones y oportunidades de mejoramiento. Con este ejercicio se esperó que la práctica pedagógica se enriqueciera para cada uno de los actores y se convirtiera en un escenario de oportunidades donde vincularan los prototipos a situaciones problema de su entorno.
Resultados
A continuación, se mostrarán los resultados y se discutirán algunas observaciones del trabajo realizado en cada uno de los instrumentos desarrollados: Actividad diagnóstica (ver anexo B): Esta actividad se desarrolló con un recurso (encuesta) de la plataforma Moodle de la Universidad Nacional y se indagó por los conocimientos previos de los estudiantes acerca del movimiento de los cuerpos y sus propiedades. Es importante resaltar, que se hicieron preguntas abiertas a lo largo de la encuesta, es por esto por lo que los resultados presentados son interpretación del investigador.
Los indicadores que se presentan a continuación se establecen de acuerdo con la pauta de calidad institucional y se utilizan como componente cualitativo de apropiación de los conceptos:
a. Logrado con excelencia b. Logrado
c. Logrado a nivel inicial d. Por lograr
Gráfico 1: Resultados de actividad diagnóstica (encuesta)
De acuerdo con el grafico anterior, se logró evidenciar que los estudiantes presentan nociones a nivel inicial de los conceptos en términos generales, esto puede deberse a la interpretación de fenómenos de discusiones presentadas con anterioridad en la asignatura o incluso a situaciones trabajadas en otros cursos, pero también a situaciones de la vida cotidiana en las que han adquirido nociones someras de los conceptos, sin embargo, también se evidencian casos puntuales en los que se destaca un desconocimiento de los mismos, para lo cual esto se presta como insumo de un posible aprendizaje en la implementación de los instrumentos.
Adicional a lo anterior, dentro de la encuesta también se hizo un sondeo con los estudiantes acerca de la propuesta de proyecto que deseaban trabajar y los resultados obtenidos fueron los siguientes:
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Resultados de la encuesta diagnóstica
Gráfico 2: Resultados de la elección de dispositivos mecánicos
De este modo se llega al acuerdo de que los estudiantes construyan ballestas o catapultas conforme a las sugerencias propuestas por el analista, pero dejando a libre albedrío la elección de estos dispositivos para los estudiantes.
En un segundo momento se propone una clase virtual sobre el uso de un simulador virtual para el movimiento de los cuerpos en una dimensión, se orientan los diferentes montajes que el simulador permite y a continuación se les comparte el cuestionario que asocia la interpretación de variables y situaciones cotidianas del movimiento unidimensional. Como resultado de este cuestionario se sistematizaron las respuestas de los estudiantes en un cuadro categórico que sintetiza la forma de establecer relaciones conforme a lo trabajado en el simulador.
Nº Situación Opciones Estudiante Observaciones
1 Al dejar caer una hoja de papel y una piedra llegan al suelo en tiempos a. La densidad de los objetos y la resistencia del aire 8 En términos generales comprenden que la masa no es el elemento b. La piedra es más pesada 0 c. La hoja es más débil 0
diferentes, esto se debe a:
d. La piedra corta el aire con mayor facilidad
2
diferenciador de la caída de los cuerpos.
2 Un cuerpo se encuentra en movimiento rectilíneo uniforme cuando su velocidad es:
a. Mayor a cero 0 Han establecido una relación entre la palabra uniforme y constante. b. Curvilínea 1 c. Constante 9 d. Variable 0 3 Desplazarse es: a. a. Recorrer una distancia en un tiempo determinado 2 Se evidencia una posible diferencia entre cantidades escalares y vectoriales. b. Acumular distancia 1 c. Cambiar de posición 7 d. Igual a recorrer una
distancia 0 4 Cuáles de las siguientes variables o características hacen parte del movimiento rectilíneo uniforme: a. Desplazamiento 6 Se evidencian algunas contradicciones entre los estudiantes, sin embargo, logran caracterizar en términos generales las variables del movimiento. b. Trayectoria Rectilínea 6 c. Velocidad constante 8 d. Tiempo 6 e. Trayectoria curvilínea 1 f. Masa 3 g. Fuerza 1 h. Velocidad variable 2 5 Cuáles de las siguientes características o variables NO pertenecen al movimiento
a. Masa 7 A pesar de que no se
evidencia una claridad general del movimiento, destacan de forma diferenciada b. Tiempo 3 c. Aceleración 2 d. Desplazamiento 2 e. Trayectoria curvilínea 7
uniforme acelerado: f. Trayectoria rectilínea 1 características que no corresponden. g. Velocidad constante 6 6 Un cuerpo que se lanza verticalmente hacia arriba se ve influenciado por: a. Energía cinética constante 1 Se destaca la influencia de la gravedad y el concepto de velocidad en el movimiento, pero aún se consideran algunas causas del movimiento. b. Una disminución en la velocidad a medida que sube 6 c. La gravedad 7 d. Una velocidad inicial determinada 6 e. Tiempo variable 3 f. Una altura máxima 5
g. Su masa 3
Tabla 4: Resultados del cuestionario de movimiento unidimensional
Con este cuestionario se pudo establecer que los estudiantes han venido adoptando una comprensión del movimiento unidimensional, por lo menos desde una perspectiva fenomenológica, diferencian algunas variables asociadas a tales movimientos, sin embargo, aún se evidencia que algunos estudiantes tienen en cuenta las causas que producen el movimiento e integran características de la dinámica con las de la cinemática, es decir, todavía no hay un criterio diferenciador entre ambas ramas de la física, lo que implica un fortalecimiento en el desarrollo de estas competencias.
Es importante destacar el desempeño en la actividad del estudiante que presenta autismo, ya que, en el desarrollo de la misma, indicó correctamente las variables y características correspondientes a cada movimiento, incluso, al indagar por la diferencia entre una cantidad escalar y una vectorial como lo son la masa y el peso, logro dar una apreciación lo suficientemente acertada dando su ejemplificación respectiva, a continuación, se presenta su respuesta:
Imagen 1: Interpretación de masa y peso (estudiante con autismo)
Es importante dejar claro, que esta pregunta se pone en consideración de acuerdo con que los objetos que se desplazan de forma vertical y en movimiento bidimensional, se encuentran condicionados a la atracción gravitacional del lugar donde sean arrojados.
Actividad de Exploración
Durante el desarrollo de esta actividad se buscó que los estudiantes establecieran relaciones entre el movimiento de los cuerpos en una dimensión y el movimiento bidimensional, pero también que se cuestionaran sobre el comportamiento real de estos movimientos, para esto se presentaron diferentes escenas de caricaturas, películas y deportes extremos en cámara lenta, de tal modo, que caracterizaran sus trayectorias y pudieran poner en consideración la importancia de variables como la velocidad y el ángulo de lanzamiento.
A continuación, se presentan algunas percepciones de los estudiantes, presentadas en categorías frente al comportamiento de los cuerpos y a las variables que intervienen en los mismos:
Nº Categoría # de
aproximaciones 1 El movimiento curvilíneo de algunos objetos es una
sumatoria de trayectorias rectilíneas.
2
2 Los objetos cambian de dirección de acuerdo con la acción de la gravedad y algunos de estos la desafían.
3 El ángulo de incidencia del movimiento determina el alcance y/o la altura alcanzada por el objeto.
1
4 La trayectoria de los objetos forma una parábola uniforme a lo largo del recorrido.
2
5 Todos los objetos alcanzan la misma distancia al ser lanzados con las mismas condiciones iniciales y sin resistencia del aire.
1
6 Entre menos pesado sea un objeto, mayor distancia alcanzara al ser lanzado,
1
7 La fuerza con la que se impacta un objeto determina si la trayectoria es curvilínea o rectilínea.
4
Tabla 5: Conclusiones sobre la actividad de exploración
Laboratorio virtual de adición de vectores (ver anexo E)
El desarrollo de esta actividad se llevó a cabo con asesoría a través de la plataforma Google Meet, para esto, se utilizó un laboratorio virtual de la plataforma
phetcolorado, la intención era que los estudiantes comprendieran la relación que tiene
el comportamiento geométrico de los vectores con algunas variables físicas, en un primer momento se trabajó con los vectores en una dimensión inscritos en la recta numérica y luego, se trabajó con la suma de vectores en el plano cartesiano de tal modo que evidenciaran la suma a partir de la descomposición de los mismos vectores y utilizaran el método del paralelogramo para entender el módulo del vector resultante.
A continuación, se presenta la apreciación de uno de los estudiantes al movilizar los vectores con el método del paralelogramo:
Imagen 2: Observación de la descomposición vectorial
Como se pudo observar, la actividad permitió que algunos de los estudiantes se hicieran una idea de la influencia de consideraciones matemáticas, en la descomposición de algunas magnitudes vectoriales.
Gráfico 3: Adición de vectores y su descomposición vectorial
El gráfico muestra una comprensión significativa del concepto de vector y todas sus componentes, sin embargo, se evidencia una dificultad en el establecimiento de relaciones entre los vectores en términos de sus componentes como módulo, dirección, sentido y ángulo para los vectores resultantes de la adición.
En cuanto a la relación que establecen los estudiantes de la representación geométrica de los vectores con variables físicas, se presentaron las siguientes apreciaciones:
60% 10%
20% 10%
Descomposición vectorial y adición de vectores
Reconoce los cambios en la suma de vectores y comprende su descomposición vectorial Reconoce los cambios en la suma de vectores pero no visualiza la suma vectorial
Comprende la descomposición vectorial pero no logra establecer relaciones entre los vectores No establece relaciones entre los vectores y se le dificulta comprender sus componentes
Gráfico 4: Relación entre variables con el concepto de vector
Estas apreciaciones dejan ver que ya existe una relación entre le representación geométrica de un vector con algunas variables físicas, muy posiblemente esto se deba a situaciones ya discutidas dentro del curso, pero se tornan como un elemento facilitador para la comprensión de situaciones problema del movimiento bidimensional. A continuación, se presenta una representación de las componentes de los vectores resultantes de la suma en la sección de exploración en 2 dimensiones, seleccionados por algunos estudiantes:
Gráfico 5: Coordenadas del vector suma en dos dimensiones 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Los vectores se encuentran en función del cambio
Relación de la longitud de los vectores con el desplazamiento Sistema de referencia como variables de un vector Discriminación de variables conforme a las características de un vector 6 9 3 3
Relación entre variables físicas y su representación
geométrica (vector)
13, 13 16, 9 10, 16 19, 21 14, 18 38, 10 23, 25 22, 24 24, 16 13, 14 18, 4 0 5 10 15 20 25 30 0 5 10 15 20 25 30 35 40Los resultados dejan ver a partir de la línea de intersección una tendencia a utilizar en la mayoría de los casos, módulos de tamaño considerable con amplitud en el ángulo de elevación de los vectores por encima de los 40º durante la experimentación. Este dato puede ser determinante a la hora de elección de un ángulo de lanzamiento de proyectiles, puesto que se acerca a una percepción de un ángulo óptimo de lanzamiento, así mismo, como también puede influenciar el cálculo del módulo de la velocidad conforme al tiempo de desplazamiento de un proyectil.
Actividad de diseño (ver anexo F)
Para el desarrollo de esta actividad, se realizó un encuentro a través de la plataforma Google Meet para socializar las ideas de proyecto que tenían y realizar una orientación acerca del software Google Sketchup que sería en el cual construirían sus prototipos, inicialmente se les ofreció por correo electrónico acceso a una versión portable del software de modo que no tuvieran complicaciones de licencia, pero también se les dio indicaciones para descargar el demo educativo que ofrece la plataforma por tiempo limitado, sin embargo, hay que tener presente que algunos de los estudiantes adoptaron en sus casas equipos entregados por la institución y algunos otros, usaron sus computadores personales, no obstante, a pesar de los recursos, algunos de estos presentaron complicaciones de instalación en sus equipos por diferentes situaciones tales como permisos de instalación o características del computador como la tarjeta gráfica, debido a esta situación, se les sugirió que establecieran equipos de trabajo de forma virtual para que se apoyaran en los diseños compartiendo pantalla por plataformas como Meet y de esta manera pudieran diseñar prototipos con las ideas del modelo que iban a construir.
Luego de su respectiva instalación, se presentaron cada una de las herramientas con las que cuenta el software entre las que cabe destacar el trabajo en el espacio de 3 dimensiones, el trazo del lápiz, borrador, herramientas para generar cuadriláteros, circunferencias, ángulos de medición, de levantamiento de superficies y de deformación de figuras, así como también todas las herramientas de vistas, que favorecen el tener una perspectiva global del diseño propuesto.
Por último, se realizó un prototipo de muestra para que los estudiantes