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repositorio.uptc@uptc.edu.corepositorio.uptc@uptc.edu.co Memorias Congreso Investigación y Pedagogía. Tunja, Número 02 – Octubre/ 2013 ISSN 2256-1951 HACIA UN APRENDIZAJE SIGNIFICATIVO DEL CONCEPTO DE PRESIÓN HIDROSTÁTICA Eliana Isabel Cardona Cortés Estudiante de Licenciatura en Matemáticas y Física Universidad de Antioquia elycortes16@gmail.com Mónica Eliana Cardona Zapata Estudiante de Licenciatura en Matemáticas y Física Universidad de Antioquia eli_mecz@hotmail.com Tatiana María Serna Agudelo Estudiante de Licenciatura en Matemáticas y Física Universidad de Antioquia tamasea1991@gmail.com RESUMEN Considerando el aprendizaje de la Física como una oportunidad de entender cada vez mejor la especie humana y el entorno en el que ella habita, su enseñanza debería ser contextualizada; sin embargo, no es lo que sucede en la realidad, debido a la forma como es presentada en el aula, donde generalmente la idea que se transmite a los estudiantes es que los conceptos se deben matematizar, impidiendo que se establezca una relación entre las fórmulas que se plantean y lo que ocurre en el fenómeno físico estudiado, por lo cual los estudiantes no ven la aplicabilidad de estos conceptos en la vida cotidiana. El reconocimiento de esta situación nos lleva a plantear una propuesta didáctica fundamentada en las teorías de aprendizaje de Ausubel (1963) y Vigotsky (1978), la cual se encuentra encaminada a identificar las principales características de algunas estrategias de enseñanza como el aprendizaje colaborativo, la elaboración de mapas conceptuales y la implementación del método POE - Predecir, Observar, Explicar - en el favorecimiento de un aprendizaje significativo del concepto de presión hidrostática; integrando el uso de las simulaciones computacionales, considerándolas como recursos didácticos que posibilitan una representación dinámica de fenómenos naturales que muchas veces son difíciles de observar en la realidad o no se encuentran al alcance de los sentidos para comprenderlos. mailto:elycortes16@gmail.com mailto:eli_mecz@hotmail.com mailto:tamasea1991@gmail.com Memorias Congreso Investigación y Pedagogía. Tunja, Número 02 – Octubre/ 2013 ISSN 2256-1951 ABSTRACT Considering the learning of physics as an opportunity to understand better the human species and the environment in which it lives, its teaching should be contextualized. However, it does not happen in reality, due to the way how it is presented in the classroom, where the idea being transmitted to students is generally that concepts should mathematize, preventing the establishment of a relationship between the formulas set up and what happens in the physical phenomenon studied, so students do not see the applicability of these concepts in their daily life. The recognition of this situation leads us to bring up a teaching proposal based on learning theories of Ausubel (1963) and Vigotsky (1978), which is aimed to identify the main characteristics of some teaching strategies such as collaborative learning, concept maps and the implementation of POE method (predict, observe, explain) in the favoring of a meaningful learning of the concept of hydrostatic pressure. This teaching proposal integrates the use of computer simulations, considering them as teaching resources that enable a dynamic representation of natural phenomena that are often difficult to observe in reality, or they are not within the reach of the senses to understand them. INTRODUCCIÓN El presente trabajo surge de la necesidad de pensar la enseñanza de la Física como un proceso que abarca no solo lo teórico y formal sino también que se pregunta por las relaciones que puede establecer el ser humano entre el conocimiento que tiene del mundo en que habita, y cómo éste le sirve para comprender diversos fenómenos que en él se presentan. De esta manera, la enseñanza de la Física debería ser contextualizada, aunque esto no es lo que sucede en la realidad, debido a la forma como es presentada en el aula, donde generalmente la idea que se transmite a los estudiantes es que los conceptos se deben matematizar, impidiendo que se establezca una relación entre las fórmulas que se plantean y lo que ocurre en el fenómeno físico estudiado, por lo cual los estudiantes no ven la aplicabilidad de estos conceptos en la vida cotidiana. El reconocimiento de esta situación ha llevado a reflexionar sobre una manera alternativa de enseñar la Física en el aula desde una postura crítica, reflexiva y en pro del favorecimiento de un aprendizaje significativo por parte de los estudiantes. Considerando, que muchos de los contenidos del área de Física no se dan a conocer en la escuela, tales como la relatividad general, la mecánica cuántica, la Astronomía, entre otros, ya sea por su grado de dificultad, por los lineamientos curriculares planteados por el ministerio, por falta de tiempo o por otros intereses; existen otros, como la mecánica de fluidos, que hacen parte de la propuesta curricular, específicamente de grado décimo, y que muchas veces no se enseña o se deja para el final del curso. Por esta razón se propone abordar el concepto de presión hidrostática, el cual permite explicar hechos cotidianos como respirar, tomar una ducha, levantar grandes masas, tener un sistema circulatorio y un corazón que bombee sangre; este concepto en muchos casos no se tiene en cuenta en los planes de área o se le dedica poco tiempo, siendo éste insuficiente para abordarlo en su totalidad. Memorias Congreso Investigación y Pedagogía. Tunja, Número 02 – Octubre/ 2013 ISSN 2256-1951 Es por lo anterior, que se diseña una propuesta didáctica haciendo uso de tecnologías computacionales, específicamente, de las simulaciones computacionales como recurso didáctico. Dichas simulaciones están orientadas desde diferentes estrategias de enseñanza que tienen como propósito favorecer en el estudiante un aprendizaje significativo acerca del concepto de presión hidrostática. Estas herramientas pueden fomentar nuevas formas de interacción, potenciando así las capacidades que pone en juego el estudiante al realizar una tarea, las cuales son consideradas por Jonassen (1996) como herramientas cognitivas por sus funciones para visualizar, organizar, automatizar o suplantar procesos cognitivos específicos de nivel inferior, permitiendo así que los alumnos centren su actividad cognitiva en solucionar el problema entre manos interactuando en el ambiente de aprendizaje. Gracias al uso de este recurso, orientado con diversas estrategias de enseñanza, el estudiante puede realizar un análisis reflexivo y crítico frente a las diferentes interacciones que se presentan en el fenómeno que visualiza, logrando la adquisición y consolidación de significados, así como la transferencia de éstos a situaciones cotidianas nuevas y cada vez más complejas, concientizándose del papel de las simulaciones como una representación aproximada de la realidad y no como la realidad en sí misma. REFERENTES TEÓRICOS El constructivismo como propuesta epistemológica se presenta como una alternativa para contrarrestar los problemas relacionados con los procesos de enseñanza y aprendizaje que no logra resolver el conductismo, el cual valora al estudiante de acuerdo a las respuestas dadas a un estímulo determinado concibiéndolo como una tabula rasa; mientras que el constructivismo considera que el estudiante debe ser un sujeto activo en su proceso de aprendizaje, que realiza una construcción a partir de la realidad que lo envuelve y de la interacción social a través de la cual se intercambian significados. Para este trabajo se retoma primordialmente la Teoría del Aprendizaje Significativo de Ausubel, la cual plantea la necesidad de tener en cuenta los aprendizajes previos del estudiante ya que “el significado del nuevo conocimiento, vienede la interacción con algún conocimiento específicamente relevante ya existente en la estructura cognitiva del aprendiz” (Moreira, 2009, p. 31). Desde esta perspectiva la interacción juega un papel fundamental en el aprendizaje significativo pues es sólo a través de ella que el estudiante asimila significados nuevos y antiguos “construyendo una estructura cognitiva más organizada y diferenciada” (Moreira, 2009, p. 33). Teniendo en cuenta que “esta estructura cognitiva no se produce considerándola como un todo, sino como aspectos relevantes presentes en la misma; que reciben el nombre de subsumidores o ideas anclaje” (Rodríguez, Moreira, Caballero y Greca, 2008, p.11). Desde esta teoría es importante reconocer que los estudiantes traen consigo conocimientos previos que han sido construidos a lo largo de su vida, los cuales deben ser conocidos por los docentes y consecuentemente ser empleados para que exista una interacción entre éstos y la nueva información; logrando de esta manera que el conocimiento anterior sea reconstruido y adquiera un significado. Memorias Congreso Investigación y Pedagogía. Tunja, Número 02 – Octubre/ 2013 ISSN 2256-1951 De esta manera, la implementación de esta propuesta promueve espacios y condiciones propicias para el intercambio de significados, donde el aprendizaje colaborativo actúa como una estrategia que permite involucrar a los estudiantes en la construcción de conocimiento a través de la relación con sus pares, y desarrolla capacidades necesarias para su interacción social. Como lo afirma Rozo (2008): Es en sí, una metodología de aprendizaje en la que todos se esfuerzan de acuerdo a sus capacidades y destrezas de tal forma que todos realizan un aporte ecuánime y por ende adquieren un conocimiento más estructurado y con un mejor nivel de profundización. (párr. 2) Por otro lado, al relacionar la teoría de aprendizaje de Ausubel (1963) con la propuesta, las simulaciones computacionales elegidas son materiales potencialmente significativos ya que tienen significado lógico y significado psicológico, es decir, son consistentes con el conocimiento y permiten que el estudiante internalice la nueva información y la relacione a través de las simulaciones computacionales con sus conocimientos previos. Es aquí donde el docente entra a jugar un papel primordial, pues debe garantizar que las simulaciones computacionales cumplan con las condiciones mencionadas anteriormente. Dentro de la teoría de Ausubel cabe resaltar autores como Gowin y Novak (1988), quienes han aportado a ella proponiendo las herramientas instruccionales como instrumentos que ayudan a favorecer el aprendizaje significativo potenciando la reflexión sobre los conocimientos construidos y permitiendo establecer una relación entre ellos; los cuales según Rodríguez et al. (2008), se fundamentan en los principios ausubelianos de diferenciación progresiva y reconciliación integradora. Dentro de la propuesta, las herramientas instruccionales serían los mapas conceptuales, los cuales llevan al estudiante a la organización del conocimiento, de forma tal que se convierta en significativo para él, estableciendo diferentes relaciones entre los aspectos y características de la temática. El referente teórico de Ausubel (1963) se encuentra estrechamente ligado con la teoría de aprendizaje de Vigotsky (1978), la cual propone la socialización como medio de desarrollo de los procesos mentales superiores del ser humano y considera fundamental la interacción social para el desarrollo cognitivo y lingüístico de cualquier individuo, puesto que de esta manera se realiza intercambio y construcción de significados. Para llevar a cabo esto último se debe hacer uso de la mediación o de una actividad mediada directa, la cual incluye el uso de diferentes instrumentos y signos, por lo cual se considera que “la computadora representa un medio particular que involucra instrumentos de mediación que son apropiados y significados de manera especial por cada sujeto, a partir del contexto sociocultural del que se forma parte como también de su historia personal” (Bentolila y Clavijo, 2001, p. 123) Además, este autor, citado por Bentolila y Clavijo (2001) le atribuye a las tecnologías de la comunicación el carácter de herramientas con las que el ser humano puede elaborar una representación del mundo exterior, para luego tener un recuerdo mental de dicha representación, entendiéndose así que los sistemas de pensamiento son el resultado de la interiorización de procesos de mediación desarrollados en y por una cultura. Memorias Congreso Investigación y Pedagogía. Tunja, Número 02 – Octubre/ 2013 ISSN 2256-1951 METODOLOGÍA Este trabajo se fundamenta en una investigación cualitativa, específicamente en el estudio de casos, definido por Stake (1998) como “una investigación de una unidad específica, situada en su contexto, seleccionada según criterios predeterminados y, utilizando múltiples fuentes de datos que se propone ofrecer una visión holística del fenómeno estudiado” (Mazzoti, 2006, p. 643). La propuesta metodológica de enseñanza basada en la Teoría del Aprendizaje Significativo de Ausubel y la Teoría del Aprendizaje de Vigotsky busca implementar diferentes estrategias de enseñanza como el aprendizaje colaborativo, el método POE -Predecir, Observar, Explicar- y los mapas conceptuales para orientar los procesos de simulación computacional en la enseñanza del concepto de presión hidrostática. En primer lugar, el aprendizaje colaborativo permite involucrar a los estudiantes en la construcción de conocimiento a través de la interacción con sus pares, lo que también va a permitir desarrollar las capacidades necesarias para la interacción social, que según Vigotsky, es un medio fundamental para la adquisición de significados acordes con el contexto. En segundo lugar, a partir de la teoría del Aprendizaje Significativo, se propone la elaboración de mapas conceptuales, los cuales fueron diseñados por Novak (1975) como herramientas instruccionales que permiten reflexionar sobre los conceptos, evidenciar su construcción a partir de los significados que se le atribuyen y de las relaciones que se establecen entre conceptos, lo cual se constituye en el reflejo de la adquisición de un aprendizaje significativo. (García, 1992, p. 149). Y por último, el método POE -Predecir, Observar y Explicar-, en el cual se le solicita al estudiante que prediga lo que acontecerá si se cambian ciertas variables a la simulación, luego los estudiantes interactúan libremente con la simulación computacional para observar lo que realmente ocurre y finalmente, deben explicar las diferencias entre sus predicciones y los resultados obtenidos, permitiendo que el estudiante reflexione en cuanto al comportamiento del fenómeno y vincule sus conocimientos previos con la nueva información. Este método se centra en cuestiones que serán respondidas por los estudiantes y se relaciona con las simulaciones computacionales de tal forma que éstas tengan un valor formativo a partir del conflicto cognitivo que deben generar dichas cuestiones, evidenciándose de esta manera, una forma de desafío que enfatice “en el comportamiento general de los aspectos más relevantes asociadas al fenómeno de interés, llevando al alumno a la reflexión” (Araujo y Veit, 2008, p. 7) y por ende a la consolidación de los significados adquiridos durante el proceso. PROPUESTA DIDÁCTICA Teniendo en cuenta lo anterior se diseña una propuesta didáctica para orientar las simulaciones en la enseñanza del concepto de presión hidrostática. En la tabla 1 se encuentra sintetizada: Tabla 1. Propuesta didáctica Memorias Congreso Investigación y Pedagogía. Tunja, Número 02 – Octubre/ 2013 ISSN 2256-1951 Sesión/ Duración Tema Objetivo de la Actividad Actividades y Recursos 1/ 1 hora Presión hidrostática Identificar los conocimientosprevios que poseen los estudiantes relacionados con el concepto de presión hidrostática. Resolución de un cuestionario sobre los conocimientos previos de los estudiantes de los temas de fuerza, área, densidad, volumen, gravedad, unidades de medida, distancia, peso, masa, fluidos. 2/ 1h 45’ Historia de la mecánica de fluidos y propiedades de los fluidos Conocer los principales aportes a la mecánica de fluidos a lo largo de la historia. Establecer las características de los fluidos mediante la elaboración de un mapa conceptual. Actividad 1: Reunir a los estudiantes en equipos para leer sobre la historia de la mecánica de fluidos y realizar un taller. Actividad 2: Elaborar y socializar un mapa conceptual donde se evidencia la relación en las diferentes características de los fluidos. Las anteriores actividades se trabajan por medio de un ambiente de aprendizaje que se encuentra en el siguiente link: http://tamasea1991.wix.com/fluidos 3/ 1h 45’ Presión Hidrostática Contrastar los conocimientos previos de presión hidrostática con los conceptos abordados en las actividades experimentales. Describir las variables que intervienen en el concepto de presión hidrostática. Actividad 1: Actividad experimental en equipos para diferenciar la presión hidrostática de la atmosférica con materiales físicos (botellas, jeringas, vasos) y teniendo en cuenta una guía. Actividad 2: Laboratorio virtual sobre presión hidrostática orientado con una guía diseñada teniendo en cuenta el método POE. Laboratorio virtual: http://recursos.educarex.es/escuela2.0/Ciencias/Fisica_Qu imica/Laboratorios_Virtuales_de_Fisica/Presion_en_el_Int erior_de_un_Fluido/ Actividad 3: Experimento físico (agua, tubo, globo e hilo) por parte de las practicantes para realizar taller individual por parte de los estudiantes y socializar las conclusiones. 4 / 1h 45’ Presión hidrostática, principio de pascal y prensa hidráulica. Identificar la variación de la presión en el aire y en otros fluidos. Establecer la influencia de la presión hidrostática en diferentes situaciones de la vida cotidiana. Actividad 1: Los estudiantes se reunirán por equipos para trabajar con la simulación empleando el método POE en una guía de trabajo. Simulación: http://phet.colorado.edu/en/simulation/under- pressure Actividad 2: Presentación de algunos ejercicios de aplicación relacionados con situaciones de la vida cotidiana, una diferente por equipo, la cual deben http://tamasea1991.wix.com/fluidos http://recursos.educarex.es/escuela2.0/Ciencias/Fisica_Quimica/Laboratorios_Virtuales_de_Fisica/Presion_en_el_Interior_de_un_Fluido/ http://recursos.educarex.es/escuela2.0/Ciencias/Fisica_Quimica/Laboratorios_Virtuales_de_Fisica/Presion_en_el_Interior_de_un_Fluido/ http://recursos.educarex.es/escuela2.0/Ciencias/Fisica_Quimica/Laboratorios_Virtuales_de_Fisica/Presion_en_el_Interior_de_un_Fluido/ http://phet.colorado.edu/en/simulation/under-pressure http://phet.colorado.edu/en/simulation/under-pressure Memorias Congreso Investigación y Pedagogía. Tunja, Número 02 – Octubre/ 2013 ISSN 2256-1951 socializar antes de finalizar la clase. Para la siguiente sesión: Proponer o buscar situaciones en las que se aplique el concepto de presión hidrostática, diferente a la prensa hidráulica. 5 / 1h 45’ Aplicaciones de la presión hidrostática Describir las diferentes aplicaciones que tiene el concepto de presión hidrostática en situaciones de la vida diaria. Actividad 1: Socialización de las aplicaciones propuestas por los estudiantes. Actividad 2: Construcción de un mapa conceptual en el que se relacionen dichas aplicaciones con la presión hidrostática. 6 / 1h 45’ Presión hidrostática Valorar la adquisición de un aprendizaje significativo acerca del concepto de presión hidrostática. Conocer las percepciones de los estudiantes sobre la implementación de la propuesta de enseñanza. Actividad 1: Resolución de problemas que involucre el concepto de presión hidrostática. Actividad 2: Construcción de un mapa conceptual como producto del aprendizaje de este concepto. Actividad: Realización de test, mediante el cual se espera valorar la aceptación de los estudiantes de la propuesta didáctica. RESULTADOS Esta propuesta didáctica está diseñada para ser implementada con estudiantes del grado décimo; algunas de las experiencias encontradas sobre la enseñanza del concepto de presión hidrostática nos permiten formular resultados preliminares relacionados con el estado actual de la investigación en ese campo: En la enseñanza de la Física, especialmente en el concepto de presión hidrostática, se han empleado diferentes estrategias para su enseñanza en los últimos diez años, cada una fundamentada desde diferentes teorías de aprendizaje y con fines diferentes. Teniendo en cuenta esto y el interés que se tiene por realizar la investigación a la luz del constructivismo, se rescatan trabajos para enseñar el concepto mencionado. Delgado (2005) elabora una propuesta para la enseñanza, el aprendizaje y la evaluación de este concepto a partir del método POE y el trabajo colaborativo, para llegar a la reconstrucción de conocimientos científicos partiendo de los conocimientos previos de los estudiantes. De igual forma, Aguilar (2011) propone la reestructuración de los conceptos de presión y densidad a partir de las preconcepciones que tienen los estudiantes de secundaria a través de los mecanismos de recontextualización, como los debates sobre películas de ciencia ficción y mecanismos de mediación como los laboratorios demostrativos diseñados como elementos pedagógicos. Memorias Congreso Investigación y Pedagogía. Tunja, Número 02 – Octubre/ 2013 ISSN 2256-1951 En este mismo sentido, Picquart (2008) propone trabajar a partir de las ideas previas de los estudiantes en la elaboración de estrategias que favorezcan el cambio conceptual para lograr la adquisición de un aprendizaje significativo a partir de la resolución de problemas abiertos. Correa (2011) describe la incidencia que tiene la enseñanza de conceptos básicos de la hidrostática desde una perspectiva epistemológica en el logro de un aprendizaje significativo en estudiantes de décimo grado, a través del trabajo colaborativo en talleres y debates que, por medio del uso de algunos elementos propios de la epistemología, proporcionan una idea del por qué y el cómo de la Física. Además, se destacan las investigaciones de autores como Fiolhais y Trindade (2003); Pontes (2005); Pires y Veit (2006); Brum y Otros (2008); Souza y Otros (2008); Puente, Guillarón y Guerrero (2009); Bouciguez y Santos (2010); Capuano (2011), quienes han resaltado la importancia de trabajar con TIC en la destacar el papel que cumple el docente en este proceso, ya que será precisamente él, quien actúe como mediador entre los medios informáticos y el estudiante, de tal manera que se promueva a partir de otras estrategias, un aprendizaje reflexivo y significativo de las ciencias empleando enseñanza de la Física, además de las simulaciones computacionales. La revisión de literatura se está realizando en un margen de 10 años; a continuación se presenta una figura que da cuenta de las diferentes revistas abordadas para ello. Figura 1. Artículos para la revisión de literatura. CONCLUSIÓN Las implicaciones pedagógicas de la presente propuesta didáctica se relacionan con la posibilidad de que los estudiantes realicen una transferencia de los conocimientos adquiridos durante las intervenciones a situaciones de la vida cotidiana. De esta manera, se evidencia que se logró un aprendizaje significativo del concepto de presión hidrostática al proporcionarles los recursos pertinentes que promuevan la reflexión, la interacción social, la construcción de significados, de tal forma que se llegue a la elaboraciónde nuevas ideas y que se retroalimenten las que ya se tienen. Es por ello que las simulaciones computacionales son una herramienta potencialmente significativa, que como lo han demostrado otras investigaciones, permiten una mayor interacción con los fenómenos físicos que no son tan sencillos de simular con Memorias Congreso Investigación y Pedagogía. Tunja, Número 02 – Octubre/ 2013 ISSN 2256-1951 materiales reales; por lo que estas herramientas ofrecen infinitos recursos para posibilitar el aprendizaje reflexivo y crítico de los estudiantes, con la orientación de estrategias de enseñanza que resaltan la importancia del papel del docente como mediador entre las herramientas computacionales y los estudiantes. REFERENCIAS Araujo, I. y Veit, E. (2008). Interatividade em Recursos Computacionais Aplicados ao Ensino-Aprendizagem de Física. Trabalho publicado nos Anais da 14ª Jornada Nacional de Educação. Santa Maria: Editora da Unifra. Instituto de Física, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Brasil. Bentolila, S. y Clavijo, P. (2001) La computadora como mediador simbólico de aprendizajes escolares. Análisis y reflexiones desde una lectura vigotskiana del problema. Fundamentos en humanidades Universidad de San Luis 2 (1). Págs. 109- 143 García. G. (1992). Los Mapas Conceptuales de J. D. 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