Aprender Física y Química mediante secuencias de enseñanza investigadoras

En esta obra, y bajo la necesidad detectada de generar materiales de formación más prácticos, nos presenta siete secuencias didácticas innovadoras y plausibles para el aula de la ESO, las cuales han sido desarrolladas satisfactoriamente con alumnado a lo largo de los años.

Las propuestas didácticas han sido diseñadas e implementadas en el contexto de aprendizaje de investigación, teniendo en cuenta las limitaciones de tiempo, medios e infraestructuras que habitualmente existen en los centros de enseñanza.

Esperamos con este título que el profesorado de Física y Química pueda iniciarse en el diseño y planificación de secuencias de enseñanza investigadoras, basadas en el modelo de aprendizaje por investigación guiada.

Antonio García-Carmona es Licenciado en Ciencias Físicas y Doctor en Didáctica de las Ciencias Experimentales. Ha sido profesor de Física y Química, Tecnología y Matemáticas en Enseñanza Secundaria durante 11 años. Actualmente es profesor de Didáctica de las Ciencias en la Universidad de Sevilla.

Autor:  Antonio García Carmona       

ISBN: 978-84-9700-655-2                Páginas: 117              Tamaño: 14x21,5 cms

PRoLOGO

CAPITULO 1.

Promover la enseñanza de las Ciencias a través del modelo de aprendizaje por investigación

1. ¿Por qué suele resultar “difícil” aprender y enseñar Ciencias?

2. Empezar el diseño de secuencias de enseñanza de Ciencias.

3. Significado de aprender Ciencia Escolar investigando.

4. Referencias bibliográficas.

CAPITULO 2.

¿Cómo explicar el comportamiento eléctrico de los objetos que nos rodean?

1. Introducción.

2. ¿Cómo enseñar el comportamiento eléctrico de los sólidos en la ESO?

 2.1. Concepto de carga neta.

 2.2. Fenómeno de la electrización.

 2.3. Papel de la estructura y composición química de los materiales en sus propiedades eléctricas.

 2.4. Concepto de semiconductor de la electricidad.

 2.5. Causa que origina corrientes eléctricas en un objeto.

 2.6. Influencia de la temperatura en la conducción eléctrica de los sólidos.

3. Concreción de la propuesta de enseñanza.

 3.1. Determinación de la demanda de aprendizaje.

 3.2. Programa de actividades, objetivos y pautas de implementación.

  3.2.1. Presentación del tema.

  3.2.2. ¿Cuándo un objeto está cargado eléctricamente?

  3.2.3. ¿Cómo se electrizan los objetos?

  3.2.4. ¿Cómo influye la estructura y composición química de los objetos en sus propiedades eléctricas?

  3.2.5. ¿A qué llamamos semiconductores de electricidad?

  3.2.6. ¿Cuál es la causa de que se originen corrientes eléctricas en un objeto?

  3.2.7. ¿Cómo influye la temperatura en la conducción eléctrica de los objetos?

4. Referencias bibliográficas.

CAPITULO 3.

¿Qué fuerzas y presiones ejercen los líquidos?

1. Punto de partida.

2. Fundamentación y desarrollo de la secuencia de enseñanza.

 2.1. ¿Qué es la presión?

 2.2. ¿De qué depende la presión en el interior de los líquidos?

 2.3. ¿Por qué “pesamos” menos en el agua?

3. Referencias bibliográficas.

CAPITULO 4.

Energía nuclear, ¿a favor o en contra?

1. Introducción.

2. Objetivos y planteamiento didáctico.

3. Diseño y desarrollo de la secuencia de enseñanza.

 3.1. Determinación de la demanda de aprendizaje.

 3.2. Secuencia de actividades investigadoras.

  3.2.1. Primera secuencia: ¿Qué es la energía nuclear, cómo se origina y que propiedades

tiene?

  3.2.2. Segunda secuencia: ¿Cuáles son las principales aplicaciones de la energía nuclear?

  3.2.3. Tercera secuencia: ¿Qué debate existe actualmente en torno a la energía nuclear?

  3.2.4. Cuarta secuencia: ¿Cuál es tu posición frente a la producción de energía en las centrales

nucleares?

4. Referencias bibliográfica.

CAPITULO 5.

¿Cómo poder ver objetos situados detrás de un obstáculo opaco?

1. Objetivos del proyecto.

2. Desarrollo del proyecto.

 2.1. Fases del proyecto.

  2.1.1. Primera fase: elección del dominio científico y planteamiento del problema.

  2.1.2. Segunda fase: enseñanza/aprendizaje del dominio científico.

  2.1.3. Tercera fase: planteamiento del problema tecnológico, construcción del artefacto y

comprobación del fenómeno.

  2.1.4. Cuarta fase: difusión del conocimiento adquirido en una exposición científico-escolar.

3. Referencias bibliográficas.

CAPITULO 6.

¿Cómo funciona el dispositivo electrónico más elemental?

1. Introducción.

2. Consideraciones previas.

3. Objetivos.

4. La secuencia de enseñanza.

5. Referencias bibliográficas.

CAPITULO 7.

Problemas abordables científicamente en el mundo actual

1. Introducción.

2. Objetivo de la propuesta didáctica.

3. Descripción y desarrollo de la secuencia de enseñanza.

 3.1. Fases del proyecto.

  3.1.1. Fase preliminar: formación de equipos de trabajo y elección de los problemas de investigación.

  3.1.2. Fase de desarrollo: guión y metodología de trabajo.

  3.1.3. Fase final: elaboración del informe de investigación.

4. Referencias bibliográficas.

CAPITULO 8.

¿Cómo aprender a resolver problemas de Física y Química buscando errores e incongruencias?

1. ¿Cómo potenciar la habilidad científica a través de la resolución de problemas?

2. Algunas consideraciones para su implementación en el aula.

3. Problemas con incongruencias en el enunciado.

4. Problemas con incongruencias durante el razonamiento.

5. Problemas con aparentes incongruencias en el resultado.

6. Referencias bibliográficas.

capitulo 1

Promover la enseñanza de las Ciencias a través del modelo de aprendizaje por investigación

1. ¿Por qué suele resultar “difícil” aprender y enseña Ciencias?

Uno de los principales obstáculos en el aprendizaje de las Ciencias lo constituyen las ideas intuitivas de los alumnos. Éstas son fruto de la experiencia cotidiana y, generalmente, no coinciden con las ideas científicas, entre otros motivos porque el razonamiento científico no suele ser la forma natural con que las personas afrontan sus problemas diarios (Pozo y Gómez Crespo, 2002). Además, muchas de las ideas intuitivas se desarrollan a edades muy tempranas, por lo general, antes de que se inicie en la escuela el aprendizaje de nociones científicas (Rodríguez-Moneo y Aparicio, 2004); de modo que éstas suelen estar fuertemente arraigadas en el alumnado. Por esta razón, aun cuando se establecen estrategias de enseñanza orientadas a provocar el cambio conceptual, no siempre se logra el objetivo (Duit, 1999).

Pero el cambio conceptual no debe concebirse como una mera sustitución de las ideas intuitivas, o cotidianas, por las científicas. Caravita y Hallden (1994) consideran, incluso, que ambas pueden ser útiles según los contextos y metas propuestas. Sostienen que de lo que se trata es de hacerlas coexistir y aprender a activarlas en función de las necesidades de cada situación. Consecuentemente, para que el aprendizaje de las Ciencias sea eficiente, el cambio conceptual debe ir acompañado de un cambio metodológico y latitudinal, que vaya más allá del modo cotidiano en que las personas abordan sus problemas y se aproxime al trabajo que realizan los científicos. Obviamente, teniendo en cuenta los límites y particularidades de la actividad escolar respecto a la que realizan los científicos (Reif y Larkin, 1991). Todo esto requiere el diseño de secuencias de enseñanza coherentes y motivadoras, que favorezcan un aprendizaje significativo de las Ciencias; lo cual supone una labor generalmente compleja. Deben tenerse en cuenta los contenidos que van a ser enseñados, la edad de los alumnos, los recursos, tiempo y espacios disponibles, etc. Asimismo, dichas secuencias de enseñanza deben ser flexibles, dinámicas y, consecuentemente, sometidas a un análisis permanente de validación.

2. Empezar el diseño de secuencias de enseñanza de Ciencias

Un buen modo de comenzar el diseño de una secuencia de enseñanza puede ser indagando las concepciones y razonamientos habituales de los alumnos sobre el tema objeto de estudio. Luego, comparando dichas concepciones con el contenido científico escolar que se va a enseñar, se identifica la demanda de aprendizaje (Leach y Scott, 2002), que orientará todo el diseño de la secuencia de enseñanza.

Con esta idea en mente, Buty, Tiberghien y Le Maréchal (2004) basan sus diseños didácticos en las tres hipótesis siguientes:

▪ Hipótesis sobre el conocimiento. Partiendo del concepto de transposición didáctica (Chevallard, 1997), referido al proceso mediante el cual se pasa del conocimiento científico a la Ciencia que va a ser enseñada en la escuela (la Ciencia Escolar), el diseño de una secuencia de enseñanza debe:

• Introducir las teorías y modelos de forma coherente con el nivel y desarrollo cognitivo de los alumnos. Igualmente, las tareas de aprendizaje deben ser diseñadas de modo que éstos puedan acceder al conocimiento, confrontando el suyo previo con el establecido por el ámbito científico.

• Emplear el lenguaje y las representaciones, del conocimiento a enseñar, más apropiadas para el nivel educativo en cuestión; esto es, que hagan comprensible dicho conocimiento a los alumnos.

▪ Hipótesis sobre el aprendizaje. El diseño de una secuencia debe tomar como base la idea vigostkiana sobre la zona de desarrollo próximo del alumno. 

Es decir, partiendo de su conocimiento previo, se considerará qué posibilidades tienen de adquirir el nuevo conocimiento, de acuerdo con su desarrollo cognitivo y contexto socioeducativo (interacciones con los demás compañeros y el profesor). Esto determinará, igualmente, el diseño específico de las actividades y tareas de aprendizaje. Al respecto, autores como Sanmartí y Alimenti (2004) y Lijnse y Klaassen (2004) recomiendan que en el diseño de actividades se debe intentar que éstas: (1) aborden hechos o problemas cercanos al alumno, por tanto, referidos a su contexto; (2) le orienten acerca de qué ideas puede poner en juego para dar sus respuestas y qué se persigue con su realización (metas de aprendizaje); y (3) le inviten a esforzarse en elaborar sus respuestas o conclusiones, poniéndoles en la situación, por ejemplo, de que tales respuestas van dirigidas a otros alumnos de su misma edad.

▪ Hipótesis didáctica. La implementación de la propuesta será más satisfactoria en la medida en que los alumnos se impliquen activamente en su aprendizaje; lo cual exige el empleo de estrategias didácticas que promuevan todos los aspectos insinuados en las dos hipótesis anteriores. Con la vista puesta en estas hipótesis, hoy día el modelo didáctico que se perfila como más efectivo es el que plantea el aprendizaje de las Ciencias como una actividad investigadora, convenientemente guiada por el profesor (Abd-El-Khalick et al., 2004; Akkus, Gunel y Hand, 2007; Cañal, 2007; Osborne y Dillon, 2008; Rocard et al., 2007…). Tal modelo fomenta la organización de los alumnos en equipos de trabajo, que abordan el estudio de situaciones problemáticas1 de interés, partiendo de sus conocimientos previos, en interacción permanente con los demás equipos y bajo las orientaciones del profesor. Se trata, pues, de un modelo que sintoniza con la concepción socio-constructivista del aprendizaje (Furió y Furió, 2009), que lleva inherente un proceso de regulación y evaluación permanentes del aprendizaje, donde el alumno participa activamente a través de prácticas de autoevaluación y autorregulación, coevaluación, etc. (García-Carmona, 2005). En defi nitiva, un modelo didáctico con el que se intenta que los alumnos aprendan a aprender Ciencias (Campanario y Otero, 2000).

1. Éstas pueden referirse a la resolución de ejercicios cualitativos y cuantitativos, pequeñas experiencias, conjunto de observaciones, tareas de búsqueda y clasificación de información, etc., incluso, todo ello puede estar integrado en una misma actividad. En consecuencia, se trata de una concepción que rompe con la distinción clásica de “teoría”, “prácticas experimentales” y “resolución de problemas” (Gil et al. 1999).

3. Signifi cado de aprender Ciencia Escolar investigando

Ya hemos adelantado algunas de las peculiaridades del modelo de aprendizaje de la Ciencia Escolar basado en una investigación guiada. Asimismo, a lo largo de los capítulos siguientes se irán materializando posibles interpretaciones del mismo, a través de secuencias de enseñanza dedicadas a diversos contenidos de (o relacionados con) Física y Química. Sin embargo, parece oportuno que en este primer capítulo establezcamos un compendio pormenorizado de lo que, entendemos, son las ideas clave que sustentan dicho modelo didáctico. Estas ideas son las siguientes:

▪ La Ciencia Escolar se construye partiendo de las ideas de los alumnos. Como hemos comentado más arriba, al comienzo los alumnos ya suelen tener algunas ideas (adecuadas o no) sobre el tópico que se va a enseñar; de modo que el propósito es conocerlas y concebirlas como punto de partida en el nuevo aprendizaje. Cuando tales ideas son inadecuadas, el objetivo es intentar que, por un lado, los alumnos tomen conciencia de sus inexactitudes y/o limitaciones (hipótesis de partida, que deben ser puestas a prueba) y, por otro, vean la necesidad de adquirir otras (científi cas) que expliquen mejor las situaciones analizadas.

Si bien no siempre es necesario generar un conflicto cognitivo, a veces las ideas incorrectas son debidas a “lagunas de información” y pueden solventarse con simples aclaraciones o, por ejemplo, mediante el uso de algunas analogías. Otras veces, lo que se busca es organizar o relacionar aprendizajes dispersos y no la corrección de ideas. En cualquier caso, no se trata de que el conocimiento científico sustituya al intuitivo del alumno, sino de que los haga coexistir, con cierta jerarquía, y comprenda que el primero es, en muchos casos, más apropiado para describir y/o comprender determinados fenómenos (Gómez, Pozo y Gutiérrez, 2004).

▪ Los alumnos aprenden Ciencia de forma significativa. Se propicia que los alumnos se impliquen activamente en el proceso de aprendizaje, mediante el diseño y secuenciación de actividades adecuadas para ello (normalmente, a través del planteamiento de interrogantes sugestivos para su indagación), junto con las orientaciones pertinentes del profesor. Se intenta, además, que aprendan a gestionar sus errores, dificultades y progresos durante el aprendizaje (Schraw, Crippen y Hartley, 2006); todo ello, con vistas a que puedan afianzar mejor los conocimientos y, consecuentemente, aplicarlos, con un sentido más crítico y eficaz, a nuevas situaciones. Hay que recalcar, por tanto, que en el modelo de aprendizaje como investigación guiada no se espera que el alumno descubra por sí solo los conocimientos científicos; es decir, no se asume la metáfora del alumno como científico. Como se ha señalado en otros trabajos (p. e. Campanario y Moyá, 1999) y de acuerdo con nuestra propia experiencia docente, los alumnos suelen emplear esquemas de razonamientos sesgados, que instan (1) al planteamiento de situaciones problemáticas muy simplificadas y (2) a que el profesor anticipe muchas de las dificultades conceptuales y procedimentales que, seguramente, surgirán durante el proceso de aprendizaje. De ahí que cuando hablamos del aprendizaje de Ciencia, implícitamente nos estamos refiriendo siempre a Ciencia Escolar, con todo lo que ello conlleva.

▪ Los alumnos aprenden que la ciencia es un proceso dinámico, colaborativo y acumulativo. Con el fi n de transmitir una visión realista de la ciencia, se intenta trasladar a los alumnos la idea de que ésta, generalmente, progresa gracias al trabajo de muchas personas (científi cos), que suelen colaborar e intercambiar ideas y resultados. Se trata, pues, de derrumbar el tópico de que el avance científico sólo se debe a grandes brotes de inspiración de algunos “genios” (García-Carmona, 2002) y fomentar, en cambio, que el verdadero progreso de la ciencia suele lograrse paso a paso, superando obstáculos y errores previos. En este sentido, se fomenta el aprendizaje colaborativo, haciéndoles ver que el intercambio y la discusión de ideas, en un clima de respeto y diálogo, favorecen la comprensión de los fenómenos y situaciones analizadas.

▪ Los alumnos aprenden Ciencia de forma crítica y aproximada al trabajo de los científicos2.  A diferencia de la enseñanza habitual, que suele contribuir a que los alumnos se conviertan en consumidores pasivos y acríticos de información, el aprendizaje mediante investigación guiada impulsa en ellos una serie de actitudes y destrezas que les permiten cuestionar y analizar situaciones de su entorno vivencial, relacionadas con la Ciencia. Lo cual requiere, entre otras cuestiones, prestar especial atención a las interacciones Ciencia-Tecnología-Sociedad (CTS), cuya inclusión ayuda a que los alumnos desarrollen una conciencia y, sobre todo, una capacidad para evaluar las consecuencias, a corto y largo plazo, de las actividades científico-tecnológicas del mundo en el que viven (Bennett, Lubben y Hogarth, 2007). 

Con todo lo anterior como marco teórico, en la fi gura 1 sintetizamos nuestra propuesta para promover en la ESO el aprendizaje de la Física y Química mediante secuencias de enseñanza investigadoras Por último, cabe decir que la puesta en práctica de este modelo didáctico –al igual que otros modelos educativos innovadores– no está exenta de dificultades. Ello requiere de un profundo cambio de la práctica habitual del profesorado, que, en general, no suele estar suficientemente preparado o motivado para llevarla a cabo en el aula (Acevedo, 2009; Wenning, 2005a).

Además, exige el diseño de una secuencia de actividades apropiadas, que, a diferencia de las incluidas en los habituales libros de texto, tiene que ser un material en revisión permanente, acorde con las características de cada contexto educativo donde vaya a ser implementada. A ello hay que sumar el hecho de tener que familiarizar al alumnado con la nueva metodología. Supone un cambio significativo respecto a la enseñanza habitual, que precisa del profesor una importante labor de planificación y motivación de su alumnado.

Todos estos aspectos suelen provocar cierta resistencia en el profesorado hacia el planteamiento didáctico descrito (Wenning, 2005b). Sin embargo, los resultados satisfactorios de numerosos estudios ya citados, incitan a seguir avanzando en el diseño, la implementación y evaluación de nuevas propuestas de enseñanza, enmarcadas en el modelo de aprendizaje de las Ciencias por investigación.

2. Cuando hablamos de trabajo científico no nos referimos, indefectiblemente, al basado en la aplicación del “método científico”, cuya integración en el aula no sólo se ha mostrado poco eficaz para aprender Ciencias, sino que tampoco es el único (ni el mejor) método en el que se basa el desarrollo de la propia ciencia (Izquierdo, Sanmartí y Espinet, 1999).

capitulo 2

¿Cómo explicar el comportamiento eléctrico de los objetos que nos rodean?

1. Introducción

Aun cuando existen razones didácticas para enseñar fenómenos eléctricos a partir de conceptos básicos relativos a la materia (De Posada, 1997; García-Carmona, 2006a,b,c), son escasas las investigaciones al respecto. Prueba de ello es que los contenidos dedicados a la materia y la electricidad suelen ser secuenciados de forma prácticamente inconexa en la etapa de ESO. Se establecen como temas independientes, uno en el campo de la Química y otro en el de la Física, sin que apenas se establezcan vínculos entre ellos. Sin embargo, creemos que esta organización desfavorece una imagen globalizada de las ciencias fisicoquímicas que, consecuentemente, obstaculiza la comprensión de las interrelaciones que existen entre los diferentes ámbitos científicos que la componen.

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