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República Bolivariana de Venezuela Universidad de Los Andes Facultad de Humanidades y Educación Escuela de Educación PROPUESTA PEDAGÓGICA PARA LA INTRODUCCIÓN DE LA TRIGONOMETRÍA EN UN CURSO DEL PRIMER AÑO DE CIENCIAS DEL CICLO DIVERSIFICADO Memoria de grado presentada como requisito para optar por el título de Licenciado(a) en Educación Mención Matemática Autores: Daniel A. González C. Lady D. Velásquez S. Tutor Académico: Dra. Olga Porras Mérida, julio 2006 PROPUESTA PEDAGÓGICA PARA LA INTRODUCCIÓN DE LA TRIGONOMETRÍA EN UN CURSO DEL PRIMER AÑO DE CIENCIAS DEL CICLO DIVERSIFICADO Memoria de grado presentada como requisito para optar por el título de Licenciado(a) en Educación Mención Matemática DEDICATORIA A la memoria de Italo González A nuestros padres Blanca; Margot y William A nuestros Hermanos A nuestros familiares A nuestros amigos AGRADECIMIENTOS A Dios Todopoderoso, por llenarme de salud, virtudes, sabiduría y fortaleza para culminar ésta meta; por ser mi guía espiritual. A mis padres, Margot y William, por brindarme el apoyo; por estar siempre conmigo y por la oportunidad de continuar estudios superiores. A mis hermanos Alexander, Yormery, María E. y Gilberto, por su comprensión y por brindarme su apoyo y cariño. A mi tutora, Prof. Olga Porras, por aceptar ser la guía y orientadora de ésta investigación. Gracias por su disposición y paciencia. A la institución U.E. “Estado Portuguesa”, a sus profesores y alumnos, por permitir la aplicación de la propuesta de investigación. Al Profesor J. Pérez Sánchez, por su colaboración al aportar material didáctico apropiado para nuestros fines. A mis amigos y compañeros de clase, lucha y esfuerzo como estudiantes, Giovany, J. Monasterio, Eliana, Lilibe, Arturo y especialmente a Daniel por culminar junto a mí este reto. Gracias por su apoyo y amistad. A Rosa Ancianni, por ser tan colaboradora, compresiva y ayudarme de una u otra forma a lograr este reto. Y a todas aquellas personas que de una u otra forma contribuyeron con el desarrollo de ésta investigación y al logro de esta meta. Mil gracias! Lady D. Velásquez S. A mi Dios todo poderoso, por ser mi guía y por haberme dado las herramientas necesarias para culminar esta meta. A la memoria de mi padre, que desde el cielo siempre me ha acompañado. A mi madre Blanca Elena, por creer en mí y ser la fortaleza para culminar todas mis metas, por el ejemplo que siempre me ha sido; a mi tía Ninfa, por también creer en mí y brindarme su hogar, su cariño y su ejemplo. A nuestra tutora, la Profesora Olga Porras, por su paciencia, su dedicación, su orientación, por dejarnos siempre un espacio de su tiempo. Gracias Profesora, que Dios le multiplique todo lo que nos obsequió. A mis hermanos y primas, Italo, Carlos, Ysabel y Migceli, por todo el cariño, comprensión, apoyo y sobre todo por siempre creer en mí. A Lady, por creer en mí, haberse atrevido tomar este reto conmigo. Sin ti creo que me hubiese dado muchos tropiezos en el camino. Gracias... A mis amigos y amigas, Arturo, José David, Jackson, Eliana, Yaquiraldy, Saraí, Carolina, Lilibe, Leonardo, Renzo, Yeslaine, y a nuestra secretaria Rosita. Gracias por su amistad y apoyo incondicional. A la Universidad de Los Andes, por haberme obsequiado todo el conocimiento que adquirí en mi escolaridad y en la realización de mi memoria de grado. “Por haberme permitido ser alumno de mis profesores. Gracias…” A la Unidad Educativa “Estado Portuguesa” de San Juan de Lagunillas, a su personal directivo, equipo docente y por supuesto a mis alumnos del Primero de Ciencias Sección “B” del año escoñar 2005-2006, por haberme brindado el apoyo necesario para la aplicación de esta propuesta y por toda la paciencia que me prestaron para culminar esta meta. A todas aquellas personas que me acompañaron en este camino; a todos aquellos que hoy celebran este logro, gracias, mil gracias… Daniel A. González C. Mérida, 1 de junio de 2006 Señores Miembros Comisión Memoria de Grado Departamento de Medición y Evaluación Escuela de Educación Facultad de Humanidades y Educación Universidad de los Andes Presentes.- Distinguidos (as) profesores (as): Muy respetuosamente me dirijo a ustedes, en la oportunidad de informarle que, como TUTOR de la Memoria de Grado Titulada: Propuesta Pedagógica para la Introducción de la Trigonometría en un curso del Primer Año de Ciencias del Ciclo Diversificado, realizada por los (as) Bachilleres: Velásquez S. Lady D. y González C. Daniel A., como requisito para optar al título de Licenciados (as) en Educación Mención Matemática, he leído, revisado y corregido la misma, estando conforme con su contenido. Por lo antes expuesto, remito a esa Comisión para su conocimiento y fines consiguientes, 3 (tres) ejemplares de dicha Memoria de grado, a fin de cumplir con las formalidades establecidas en el Reglamento de Memoria de Grado Vigente. Atentamente, --------------------------------- -------------------------------- Nombre y Apellido Firma Universidad de los Andes Facultad de Humanidades y Educación Escuela de Educación DEPARTAMENTO DE MEDICIÓN Y EVALUACIÓN COMISIÓN MEMORIAS DE GRADO Título de la Memoria de Grado: Propuesta Pedagógica para la Introducción de la Trigonometría en un curso del Primer Año de Ciencias del Ciclo Diversificado. Autor (es): Velásquez S. Lady D. y González C. Daniel A. Tutora: Dra. Porras Olga Jurados sugeridos por la comisión: Fecha: 31 / 05 / 2006 Resumen Uno de los temas matemáticos de primordial importancia en la formación del alumno del primer año de ciencias del ciclo diversificado, es el de la trigonometría, considerado de gran dificultad para la comprensión de los alumnos debido al escaso cultivo de la Geometría, en el aula de clase, en la 2da y la 3a etapa de Educación Básica. Sin embargo, a pesar de esta situación, los modelos y métodos utilizados por los docentes para su enseñanza continúan siendo los “tradicionales”. El presente trabajo ofrece una propuesta metodológica para la enseñanza de las razones trigonométricas en el triángulo rectángulo y en el círculo trigonométrico, dirigida a estudiantes del primer año de ciencias del ciclo diversificado, fundamentada en el enfoque constructivista, utilizando como herramientas auxiliares la Historia de la Matemática y la Geometría plana elemental. De este modo, el objetivo primordial de este trabajo consiste en la elaboración, validación y aplicación de una propuesta para la introducción a la trigonometría en un curso del primer año de ciencias del ciclo diversificado, en la cual se brinden oportunidades a los estudiantes para la adquisición de conocimientos geométricos necesarios para una construcción natural del significado de las razones trigonométricas, así como para un manejo adecuado del círculo trigonométrico y sus propiedades. Este trabajo consiste en una investigación de tipo aplicada y correlacional donde se busca conocer la posible incidencia de la aplicación de la propuesta, sobre el conocimiento alcanzado por los alumnos del primer año de ciencias, acerca del contenido matemático referido a la trigonometría. El diseño del mismo es cuasiexperimental; se elaboró y validó dos instrumentos: el primero denominado preprueba, titulado “test diagnóstico para determinar el nivel de conocimientos alcanzado por los alumnos de primer año de ciencias del ciclodiversificado sobre geometría plana elemental” y el segundo denominado postprueba titulado “test para determinar el conocimiento alcanzado por los alumnos del primer año de ciencias del ciclo diversificado sobre nociones básicas de trigonometría”, los cuales se aplicaron a grupos intactos, uno de control y otro experimental; este último recibe el tratamiento o la aplicación de la propuesta. Por otro lado, los análisis estadísticos reflejaron que, los alumnos a quienes se les aplicó la propuesta, obtuvieron mayor rendimiento promedio que los alumnos a quienes se les impartió clases con el uso del método tradicional. Esto le proporciona un valor favorable a la aplicación de la propuesta en relación con la metodología tradicional en la enseñanza de las razones trigonométricas. ÍNDICE Pág Introducción 08 CAPíTULO I: PROBLEMA DE LA INVESTIGACIÓN 1.1 Planteamiento del problema…………………………….... 10 1.2 Justificación de la investigación………………………….. 13 1.3 Objetivos de la investigación………………………………15 1.3.1 Objetivo general…………………………………. 15 1.3.2 Objetivos específicos…………………………… 15 1.4 Contextualización curricular……………………………… 17 CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO 2.1 Antecedentes……………………………………………..... 18 2.2Bases teóricas……………………………………………... 21 2.2.1 Fundamentación didáctica- epistemológica….. 21 2.2.2 Fundamentación histórica………………………. 26 2.2.3 Fundamentación matemática…………………... 28 CAPÍTULO III : MARCO METODOLÓGICO 3.1 Tipo de investigación……………………………………… 40 3.2 Diseño de la investigación ……………………………….. 40 3.3 Población y muestra ……………………………………… 41 3.4 Variables de la investigación…………………………….. 41 3.4.1 Variable independiente………………………….. 41 3.4.2 Variable dependiente……………………………. 42 3.5 Hipótesis de la investigación……………………………... 43 3.5.1 Hipótesis Alterna…………………………………. 43 3.5.2 Hipótesis nula…………………………………….. 43 3.6 Técnicas e instrumentos de recolección de datos……... 43 3.6.1 Test diagnóstico…………………………………………. 44 3.6.2 Validez de los instrumentos……………………………...45 3.6.2.1 Validez……………………………………………46 3.6.2.1.1 Validez del Test diagnóstico…………47 3.6.3 Confiabilidad del Test diagnóstico……………………..48 3.6.4 Proceso de conversión de puntaje del test diagnóstico………………………………………….48 3.6.5 Análisis de los resultados obtenidos en el test diagnóstico……………………………………………....50 3.6.5.1 Tablas y gráficos descriptivos……………......50 3.6.6 Discusión de los resultados del test diagnóstico……..56 Análisis de textos escolares…………………………………...57 CAPÍTULO IV: PROPUESTA PEDAGÓGICA PARA LA INTRODUCCIÓN DE LA TRIGONOMETRÍA 4.1 Introducción………………………………………………….62 4.2 Mapa conceptual…………………………………………….64 4.3 Objetivos de la propuesta…………………………………..66 4.3.1 Objetivo general…………………………………...66 4.3.1.1 Objetivos cualitativos descriptores…….66 4.3.1.2 Objetivos cualitativos indicadores……..67 4.4 Desarrollo de la propuesta………………………………….68 4.5 Problemario…………………………………………………125 4.6 Aplicación de la Propuesta………………………………...130 4.7 Test 2………………………………………………………...142 4.8 Validez del Test 2…………………………………………...143 4.9 Confiabilidad del Test 2………………………………….…144 4.10 Proceso de conversión de puntaje del Test 2…………..144 CAPÍTULO V: ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS DEL TEST 2 5.1 Análisis descriptivos………………………………………...146 5.1.1 Tablas y gráficos descriptivos…………….……..147 5.2 Análisis inferencial……………………………………….....166 CAPÍTULO VI: DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS DEL TEST 2, CONCLUSIONES GENERALES Y RECOMENDACIONES 6.1 Discusión de los resultados del análisis descriptivo del test 2 y discusión de los resultados obtenidos en la convalidación de las hipótesis de investigación (análisis inferencial)………………………………………….…174 6.2Conclusiones………………………………………………...175 6.3 Recomendaciones………………………………………....176 Referencias Bibliográficas…………………………………………..177 Anexos…………………………………………………………………..181 INTRODUCCIÓN Los innumerables cambios ocurridos recientemente a nivel teórico en la concepción de la educación y particularmente de la educación matemática, así como las dificultades inherentes al proceso de enseñanza- aprendizaje son el motivo del desarrollo de esta investigación, la cual está destinada a buscar un cambio en la concepción adoptada por el docente y por sus alumnos, así como en los métodos y modelos utilizados en la enseñanza de la matemática. Uno de los temas matemáticos de primordial importancia en la formación del alumno del primer año de ciencias del ciclo diversificado, es el de la trigonometría, considerado de gran dificultad para la comprensión de los alumnos debido al escaso cultivo de la Geometría, en el aula de clase, en la 2da y la 3a etapa de Educación Básica. Sin embargo, a pesar de esta situación, los modelos y métodos utilizados por los docentes para su enseñanza continúan siendo los “tradicionales”. El presente trabajo ofrece una propuesta metodológica para la enseñanza de las razones trigonométricas en el triángulo rectángulo y en el círculo trigonométrico, dirigida a estudiantes del primer año de ciencias del ciclo diversificado, fundamentada en el enfoque constructivista, utilizando como herramientas auxiliares la Historia de la Matemática y la Geometría plana elemental. De este modo, el objetivo primordial de este trabajo consiste en la elaboración, validación y aplicación de una propuesta para la introducción a la trigonometría en un curso del primer año de ciencias del ciclo diversificado, en la cual se brinden oportunidades a los estudiantes para la adquisición de conocimientos geométricos necesarios para una construcción natural del significado de las razones trigonométricas, así como para un manejo adecuado del círculo trigonométrico y sus propiedades. Este trabajo consiste en una investigación de tipo aplicada y correlacional donde se busca conocer la posible incidencia de la aplicación 8 de la propuesta, sobre el conocimiento alcanzado por los alumnos del primer año de ciencias, acerca del contenido matemático referido a la trigonometría. El diseño del mismo es cuasiexperimental; se elaboraron y validaron dos instrumentos: el primero denominado preprueba, titulado “test diagnóstico para determinar el nivel de conocimientos alcanzados por los alumnos de primer año de ciencias del ciclo diversificado sobre geometría plana elemental” y el segundo denominado postprueba titulado “test para determinar el conocimiento alcanzado por los alumnos del primer año de ciencias del ciclo diversificado sobre nociones básicas de trigonometría”, los cuales se aplicaron a grupos intactos, uno de control y otro experimental; donde este último recibe el tratamiento o la aplicación de la propuesta. Este trabajo se encuentra estructurado de la siguiente manera: Capítulo I: se plantea el problema de investigación, su justificación y los objetivos de estudio. Capítulo II: se presentan algunos antecedentes y el marco teórico que sustentan el estudio. Capítulo III: se explica todo lo referente a la metodología utilizada; lo relacionado con el test diagnóstico (preprueba) y el análisis de textos escolares. Capítulo IV: se presenta la introducción de la propuesta, el mapa conceptual, sus objetivos, el desarrollo de su contenido, los registros de observación obtenidos de la aplicación de la propuesta, el problemario y todo lo relacionado con el test 2 (postest o postprueba). Capítulo V: se realiza el análisis descriptivo de los resultados obtenidos mediante la aplicación del postest y el análisis inferencial. Capítulo VI: se expone la discusión de los resultados del test 2 (postest), se enuncian las conclusiones generales y recomendaciones derivadasde la ejecución del estudio. 9 CAPITULO I PROBLEMA DE LA INVESTIGACIÓN 1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA La educación en general y en particular la educación matemática enfrenta un gran reto: lograr un cambio en la concepción paradigmática adoptada por el docente. Es hecho que la enseñanza de las matemáticas, en la práctica, no se ha separado de los viejos métodos y modelos, superados en casi todos los ámbitos de nuestra sociedad (Goded, 1997, citado por Albarrán.2005). El cambio requerido conllevaría a la adopción de un nuevo enfoque y por lo tanto a la formulación de nuevos métodos y modelos de enseñanza para los contenidos matemáticos, fundamentados en los nuevos paradigmas. En este orden de ideas, el presente trabajo tiene como fin principal la búsqueda, elaboración y validación de una propuesta de enseñanza para la introducción al contenido matemático referido a la trigonometría, fundamentada en el enfoque constructivista, con el objeto de contribuir a generar ese cambio de concepción en la enseñanza de la matemática, y consecuentemente, un cambio en la metodología. Uno de los contenidos con los cuales la enseñanza de la matemática enfrenta grandes dificultades, subestimadas por muchos, es el de la trigonometría, debido al abandono de la geometría en el aula de clase, en un gran porcentaje de los cursos de matemática de la escuela básica ( primera , segunda y tercera etapas). A partir de los años 70 surge el nacimiento de la denominada “Matemática moderna”; el cual fue un movimiento de renovación, que trajo consigo un cambio de la perspectiva en que se debería enfocar la enseñanza de la matemática. Esta transformación condujo a una ausencia 10 de la geometría en las clases de matemática debido a su difícil fundamentación rigurosa, dándole mayor cabida a la utilización del álgebra, a causa de que sus abstractas estructuras daban una formalidad necesaria según la concepción establecida, a la clase de matemática. Este abandono casi absoluto de la geometría desde los primeros niveles de la educación, trae como consecuencia que el docente que se encuentra, a partir de los años 80, en el aula de educación básica, no posee la formación necesaria y suficiente para enseñar el área que dió origen a gran parte de las nociones que permitieron el desarrollo y la evolución de la matemática. Aunque este error provocado por la enseñanza de la “Matemática moderna” fue reconocido a partir de los años 80 en los países que con más rigor se ciñeron a este movimiento, sus consecuencias lentamente se han ido superando. Nuestro país, que se incorporó tardíamente tanto a la corriente de la matemática moderna como a las rectificaciones necesarias, todavía padece de las dificultades mencionadas. Esto, a su vez, implica que el alumno del primer año de ciencias del ciclo diversificado y que se inicia en el conocimiento de la trigonometría, desconozca en gran parte aspectos como: simetría axial, vectores, rotaciones, semejanza, proporciones, traslaciones y congruencia, en el contexto de la geometría plana, los cuales son de esencial importancia para la comprensión de la trigonometría. Un aprendizaje óptimo en trigonometría es fundamental para los estudiantes del primer año de ciencias del ciclo diversificado, ya que en ella convergen un gran número de tópicos que se desarrollan en la matemática previa a ella, como por ejemplo, los aspectos en geometría plana nombrados anteriormente, así como también operaciones en el conjunto de los números reales, la noción de función, el manejo adecuado del plano cartesiano, la resolución de ecuaciones algebraicas, entre otros temas de suma importancia en el desarrollo de la cultura matemática del estudiante. Es allí donde éste, tras haber obtenido un buen aprendizaje, logra razonar y manejar lógicamente todos las nociones que se le han presentado en 11 matemáticas previamente. Es posible que muchos de los estudiantes de primer año de ciencias no se encaminen en alguna disciplina del área científico-tecnológica, pero la trigonometría y en general la matemática ayuda a desarrollar el pensamiento lógico, el cual es indispensable en distintas áreas del saber humano. Una de las intenciones de esta propuesta es enfatizar la importancia que tiene, a la hora de diseñar actividades de aula, la conciencia de la necesidad de establecer conexiones explícitas entre los conocimientos ya adquiridos por el alumno y los que deberá adquirir. Cabe destacar que los conocimientos ya adquiridos por los estudiantes (los de Geometría plana elemental), serán reforzados utilizando la Teoría de Van Hiele. Se pretende que los alumnos, partiendo de la observación, visualización y manipulación de figuras geométricas y materiales didácticos, lleguen a construir las definiciones de manera rigurosa e integrarlas de manera definitiva entre sus conocimientos previos fundamentales para iniciarse en el estudio de la trigonometría. La aplicación de un test diagnóstico titulado “test diagnóstico para determinar el nivel de conocimientos alcanzados por los alumnos de primer año de ciencias del ciclo diversificado sobre geometría plana elemental”, reflejó que la mayoría de los estudiantes no poseen los conocimientos acerca de Geometría plana elemental necesarios para iniciarse en el estudio de la trigonometría. Esta importancia está plenamente justificada por la teoría constructivista, de ahí que una adecuada introducción a cada nuevo tema en matemática es esencial para propiciar el aprendizaje significativo del mismo. Esta introducción debería incluir: 1. Un refuerzo de los conceptos previos necesarios para la comprensión del nuevo tema. 2. El establecimiento explícito de conexiones entre el nuevo tema y los conocidos previamente. 3. La motivación para el aprendizaje del nuevo tema, a través de estrategias diferentes como: elementos de la historia de la 12 matemática, aspectos de utilidad práctica del tema, actividades lúdicas u otras estrategias didácticas. Estas estrategias de motivación estarían dirigidas a lograr un cambio actitudinal en el estudiante que sea favorable a la construcción de su conocimiento del nuevo tema. Es por ello que planteamos la utilización de elementos, tanto de la historia como de la epistemología de las razones trigonométricas, para el diseño de esta propuesta, en la búsqueda de conexiones apropiadas para el fin mencionado en el párrafo anterior. 1.2 JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN En la actualidad, el proceso de enseñanza-aprendizaje de la matemática en el aula, presenta un gran número de dificultades, las cuales son de alto interés de investigación. Dichas dificultades son producto de diversos factores, dentro de los cuales podemos mencionar: la formación del docente de matemática, la organización de los contenidos en el currículo, la falta de motivación experimentada por los estudiantes en sus clases de matemática, la poca conexión que el profesor de matemáticas logra establecer entre la vida diaria y los contenidos matemáticos, y algunos otros aspectos que pueden ser dignos de estudio. Según Guzmán (1993), los últimos treinta años han sido escenario de cambios muy profundos en la enseñanza de la matemática, naciendo el movimiento de renovación de los años 60 y 70 hacia la “ Matemática moderna “ que trajo consigo una honda transformación de la enseñanza por los contenidos nuevos con él introducidos. Entre las transformaciones ocurridas están las siguientes: • Se intentó profundizar en el rigor lógico. • Se hizo énfasis en la abstracción en diversas áreas de la Matemática, especialmente en álgebra. 13 • La geometría elemental, al ser mucho más difícil de fundamentar, sufrió un gran deterioro. • La geometría elemental abunda en problemas interesantes, y al sustituír éstos porejercicios monótonos y ajenos a las aplicaciones, que es lo que el álgebra elemental puede ofrecer, se produjo un vacío en el tratamiento de la geometría, tanto en contenido como en problemas. Este vacío de la geometría en los alumnos del primer año de ciencias del ciclo diversificado, es reflejado en el test diagnóstico aplicado a los mismos. Por ello, la importancia del uso de la teoría de Van Hiele para reforzar los contenidos geométricos necesarios para iniciarse en el estudio de la trigonometría. A partir de los años 70, se comenzó a observar que las transformaciones antes mencionadas no habían resultado muy provechosas. Al reemplazar la geometría por el álgebra, la matemática elemental se agotó rápidamente de contenidos y de problemas interesantes. También la falta de intuición fue otra de las consecuencias del alejamiento de la geometría de los programas, falla que hoy en día se puede percibir en las personas que realizaron su formación en aquellos años. Sin embargo, en los años 80 hubo un exagerado acercamiento hacia la “Matemática moderna” en lo que respecta al énfasis en la estructura abstracta de la matemática. Es necesario cuidar y cultivar la intuición en general, la manipulación operativa del espacio y de los símbolos matemáticos. Para entender la interacción entre la realidad y la matemática es menester acudir, por una parte, a la historia de la matemática, que ha dado lugar a los conceptos matemáticos que se quieren explorar con los alumnos y para ello es necesario conocer a fondo el contexto histórico que enmarca estos conceptos adecuadamente, y por otra parte, acudir a las aplicaciones de la matemática, que nos hacen ver la riqueza y potencia de esta ciencia. 14 Por otra parte, se considera que el conocimiento de la historia de la matemática, debería formar parte indispensable de los conocimientos del matemático en general y del profesor de cualquier nivel, primario, secundario o terciario en particular. Y, en el caso de este último, no solo con la intención de que lo pueda utilizar como instrumento en su propia enseñanza, sino primeramente porque la historia le puede proporcionar una visión verdaderamente humana de la ciencia y de la matemática, de lo cual suele estar también el matemático muy necesitado para su propia pedagogía y para comprender mejor las dificultades de los alumnos; por ello, la historia debería ser un potente auxiliar para : • Introducir de manera adecuada las ideas en matemática. • Enmarcar temporalmente las grandes ideas junto con su motivación precedente. Si la educación matemática deja a un lado sus orígenes, los cuales están presentes en problemas de la realidad y las aplicaciones para solucionar estos problemas y sólo se dedica a mostrar los resultados teóricos de la misma, estaría escondiendo gran parte de la vital importancia que la Matemática verdaderamente tiene en nuestra cultura. 1.3 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN 1.3.1 Objetivo general Elaborar, aplicar y validar una propuesta para la introducción a la trigonometría en un curso del primer año de ciencias del ciclo diversificado, en la cual se brinden oportunidades a los estudiantes para la adquisición de conocimientos geométricos necesarios para una construcción natural del significado de las razones trigonométricas, así como para un manejo adecuado del círculo trigonométrico y sus propiedades. 15 1.3.2 Objetivos específicos • Determinar cuál es la fundamentación, planteamiento y organización del contenido trigonométrico en los textos y programas del primer año de ciencias del ciclo diversificado. • Utilizar las herramientas que nos proporciona la historia de la matemática como medio de conexión entre los temas trigonométricos y problemas variados de naturaleza práctica, y motivar su estudio por parte de los estudiantes para facilitar la enseñanza-aprendizaje de la trigonometría. • Estimular la reflexión en los docentes del primer año de ciencias del ciclo diversificado, acerca de la importancia de seleccionar estrategias apropiadas en el momento de introducir los conceptos básicos de trigonometría a sus alumnos. • Lograr que los alumnos utilicen en mayor grado la intuición y el razonamiento a partir de las propiedades de las figuras geométricas elementales, para la comprensión y manipulación de los conceptos y razones trigonométricas. • Medir los conocimientos adquiridos por los alumnos del primer año de ciencias del ciclo diversificado, respecto a geometría elemental en cursos anteriores. • Medir los conocimientos adquiridos por los alumnos del primer año de ciencias del ciclo diversificado, en relación a la trigonometría. • Analizar los registros de la experiencia estudiantil tomados por el docente en el momento de la aplicación de la propuesta para permitir una reflexión sobre las dificultades y/o facilidades que presente la propuesta para el proceso de enseñanza y aprendizaje. 16 1.4 CONTEXTUALIZACIÓN CURRICULAR De acuerdo al programa de articulación del nivel de educación media diversificada y profesional (Julio, 1.990), la trigonometría debe darse en el primer año de ciencias del ciclo diversificado, ocupando la unidad II, ya que la unidad I trata de las funciones reales, las cuales los alumnos deben dominar para que en el momento de introducir las funciones trigonométricas, ellos entiendan éstas. El programa sugiere que, antes de iniciar con la unidad II, se les de a los alumnos un repaso sobre conceptos y relaciones básicas de geometría en torno al triángulo rectángulo y a la circunferencia, en particular al teorema de Pitágoras, y sobre álgebra elemental con manipulación de expresiones algebraicas. Por otra parte, también sugiere que el profesor oriente al estudiante en el estudio de la unidad II (trigonometría), de manera tal, que al finalizar ésta unidad el alumno diferencie las razones trigonométricas de las funciones trigonométricas. El tiempo estipulado para cubrir el tema de la trigonometría es de aproximadamente 6 semanas, cada semana con 4 horas de clase. Al finalizar con la unidad II, se comienza a dar vectores en el plano y luego números complejos (unidad III y IV). Estas unidades son dadas después de trigonometría porque en ellas se utilizan las razones trigonométricas por ejemplo, para hallar la magnitud de un vector y pasar un número complejo de la forma polar a la forma trigonométrica. 17 CAPITULO II MARCO TEÓRICO 2.1 ANTECEDENTES Una investigación realizada en la Universidad de Oriente por el Profesor Miguel Centeno y la Profesora B. Barrera, denominada “Evaluando los niveles de razonamiento geométrico, según el modelo de Van Hiele, de los estudiantes de geometría I de la Licenciatura en Educación Integral de la UDO- Núcleo Sucre, II-2001”, tenía como objetivo evaluar el nivel de razonamiento geométrico de los estudiantes de Geometría I de la licenciatura en Educación Integral, específicamente un grupo del semestre II en el año 2001, de acuerdo al modelo de Van Hiele. Este tipo de investigación fue aplicada en estudiantes encaminados hacia la docencia en la escuela básica; fue dirigida a futuros docentes y a docentes que laboraban en las primeras etapas de la educación básica, por considerar que los cimientos de la educación de cualquier individuo se encuentran precisamente a este nivel de estudio. Para lograr ese propósito se elaboró una prueba estructurada, de acuerdo a los niveles de razonamiento de Van Hiele, aplicándosele a la muestra seleccionada. Se hizo un análisis porcentual de los resultados obtenidos encontrándose que la mayoría de los estudiantes de la muestra exhibían características propias del denominado nivel de visualización. En otras palabras, esto reflejó que el nivel de conocimiento delos futuros docentes en ejercicio no era el óptimo para mejorar el proceso de enseñanza-aprendizaje de la geometría. En eventos anuales organizados por la Facultad de Ciencias de la Universidad de Los Andes, denominados, escuela para la enseñanza de la Matemática, la Profesora Olga Porras y el Profesor Diómedes Bárcenas en el año 2002, publicaron un texto en el cual se presentan muchos de los 18 contextos para la enseñanza de la trigonometría que se aplicarán en nuestra propuesta. Algunas de las temáticas que abarca el texto son: las nociones de geometría elemental que sustentan el desarrollo de la trigonometría, tanto históricamente como desde el punto de vista conceptual: triángulos, semejanza de triángulos, circunferencias; aplicaciones interesantes de la trigonometría e introducen las nociones básicas de razones trigonométricas en el triángulo rectángulo y las funciones respectivas en el círculo trigonométrico, luego de un breve recuento histórico del origen de éstas ideas. Por otra parte, Porras y Bárcenas (2002), señalan que el escaso, cuando no nulo, contacto con la geometría, de nuestros estudiantes en los cursos previos al ciclo diversificado, es uno de los principales factores que ocasionan dificultades serias en los primeros encuentros de los jóvenes con la trigonometría. También consideran que el conocimiento de la historia de la trigonometría en los docentes y alumnos, ayuda a que le encuentren sentido a ese cúmulo de definiciones y relaciones que constituyen la introducción a la trigonometría; además, que estimula la imaginación, curiosidad y la creatividad del estudiante. La Profesora Olga Porras junto con un equipo de docentes del Liceo Libertador en la ciudad de Mérida, municipio Libertador, aplicaron una “Propuesta de reforma curricular para la asignatura de matemáticas en la III etapa de Educación Básica”, dicha propuesta fue presentada como parte del proyecto de extensión universitaria denominado “Proyecto Palestra” iniciado en el año 1996. En esta reforma se implementaron unos cambios curriculares y metodológicos en la clase de matemática, donde se utilizaron algunos materiales didácticos y fundamentalmente las herramientas que proporciona la historia de la Matemática, tomándose como muestra un grupo de séptimo grado, específicamente la sección “C” de la III etapa de educación básica que se encontraban cursando estudios en el Liceo Libertador en el año 19 escolar 1997-1998. Este grupo de estudiantes se mantuvo en la misma sección cuando pasaron al octavo y noveno Grado de la III etapa de Educación Básica y durante esos dos años cursaron la asignatura de matemáticas siguiendo el diseño curricular propuesto. Las observaciones realizadas en torno a la muestra seleccionada para la aplicación de la propuesta a lo largo de la experiencia, arrojaron datos cualitativos esperanzadores, el más importante de los cuales fue la apreciación de los docentes que dictaron la asignatura de física a los estudiantes de la sección “C” en el noveno grado y primer año de ciencias. La impresión de los docentes fue que esa sección se destacaba claramente por la actitud de los estudiantes hacia el aprendizaje, el cual les hacía asimilar más fácilmente los conceptos, hacer inferencias y participar más activamente en clase. En un trabajo realizado por Abreu, L (2004), se aborda el aprendizaje por medio de problemas, haciendo uso de la modelación matemática en el proceso de enseñanza- aprendizaje de las funciones trigonométricas. En la ejecución de la investigación, se combinaron métodos del nivel teórico y del nivel empírico del conocimiento científico. Se pudo constatar la existencia de esta problemática en el proceso de enseñanza- aprendizaje de las funciones trigonométricas, en los preuniversitarios de la provincia de Sancti Spíritus ubicada en la isla de Cuba. El análisis de las posibles causas del problema, condujo a la elaboración de un procedimiento didáctico para usar la modelación matemática en el estudio de las funciones trigonométricas, el cual puede ser utilizado por los docentes en el empeño de mejorar los resultados de su labor para apoyar el aprendizaje de los educandos. El procedimiento fue orientado hacia la etapa de diseño y constó de cinco acciones, que a la vez, fueron integradas por operaciones que contribuyeron a guiar la actividad a realizar, por el docente, para diseñar el proceso de enseñanza- aprendizaje. Se ejemplificó con el estudio de las funciones seno y coseno. La validación de la propuesta se realizó mediante 20 el método de expertos. Se obtuvieron criterios favorables sobre la forma en que se descubrió el procedimiento, su contribución a la solución del problema y a la posibilidad de aplicación en las condiciones concretas de la provincia de Sancti Spíritus. 2.2 BASES TEÓRICAS 2.2.1 FUNDAMENTACIÓN DIDÁCTICA- EPISTEMOLÓGICA 2.2.1.1 Constructivismo Según Burk (s/f), desde dos puntos de vista pueden enfocarse los fundamentos de la enseñanza de la Matemática; uno es el enfoque formalista, el cual consiste en la manipulación de un conjunto de símbolos, organizados de tal modo que representan un conjunto de proposiciones de las cuales ninguna contradiga a las restantes; todas las proposiciones deben estar acordes lógicamente con cualquier otra del sistema. Este enfoque de alguna manera resulta engorroso para nuestros estudiantes y en general para una población que no interactúe en el quehacer matemático, ya que está inmerso en un lenguaje simbólico, el cual, la gran mayoría de esa población no logra interpretar de manera adecuada. El segundo enfoque de Burk (s/f), es el enfoque constructivista, el cual permite presentar la Matemática como un ejercicio intuitivo, donde el estudiante puede interpretar lógicamente los conceptos presentados en la clase de Matemática. Las teorías constructivistas son, ante todo, teorías epistemológicas, que tratan de explicar de qué manera se produce el conocimiento y cuáles son las condiciones necesarias para que éste tenga lugar (Rondón, 2004). 21 La visión constructivista del aprendizaje cada día toma mayor auge y es así que esta perspectiva subyace en muchas de las investigaciones educativas que se realizan actualmente. Este enfoque nos impone nuevos retos, como lo indica Manterola (1992), “Enseñar ahora no es suministrar, aportar, proporcionar, dar,… conocimientos a los estudiantes”. La enseñanza bajo este enfoque se concibe como un proceso a través del cual se ayuda, se apoya y se dirige al estudiante en la construcción del conocimiento. Para ayudar al estudiante en ese proceso, el docente debe partir de la estructura conceptual de cada alumno, de las ideas y conceptos previos que ya posee, porque es a partir de allí que el alumno va a proporcionar los primeros significados al tema que se va a enseñar; se trata de lograr que el alumno vaya de lo simple (conocimiento intuitivo o ingenuo) a lo complejo (conocimiento formal, científico). Esta propuesta, desde el punto de vista didáctico, está basada en el enfoque constructivista, pues a través de su implementación, se espera lograr que los alumnos del primero de ciencias de educación media, diversificada y profesional a partir de los conceptos previos en geometría elemental y la discusión en clase, sean capaces de construir su conocimiento bajo una interacción docente-alumno-contenido-contexto. 2.2.1.2 Teoría de Van Hiele En los años 50, los esposos Pierre M. Van Hiele y Dina Van Hiele- Geldof, trabajaban como profesores de Geometría de enseñanza secundaria en Holanda. A partir de su experiencia docente, elaboraron un modelo que trata de explicar por un lado cómo se produce la evolución del razonamiento geométrico de los estudiantes y por otro cómo puede un docente ayudar a sus alumnos para que mejoren la calidadde su razonamiento. Entre los objetivos de nuestra propuesta, se encuentra el que el alumno del primer año de ciencias del ciclo diversificado, a través de la manipulación de objetos y figuras geométricas, pueda elevar su nivel de razonamiento y de ésta manera adquirir un aprendizaje significativo. 22 El modelo Van Hiele tiene como componentes principales la "Teoría de los niveles de razonamiento", que explica cómo se produce el desarrollo en la calidad del razonamiento geométrico de los estudiantes cuando éstos estudian Geometría, y las "Fases de aprendizaje", que constituye su propuesta didáctica para la secuenciación de actividades de enseñanza- aprendizaje en el aula, con el objeto de facilitar el ascenso de los estudiantes de un nivel de razonamiento al inmediatamente superior. Vamos a explicar brevemente en qué consisten ambos componentes del modelo. 2.2.1.2.1 Los niveles de razonamiento Los niveles de razonamiento describen los distintos tipos de razonamiento geométrico de los estudiantes a lo largo de su formación Matemática, que va desde el razonamiento intuitivo de los niños de preescolar hasta el formal y abstracto de los estudiantes de las Facultades de Ciencias o estudiantes de nuestra licenciatura. De acuerdo con el modelo de Van Hiele, si el aprendiz es guiado por experiencias instruccionales adecuadas, avanza a través de los cinco niveles de razonamiento, empezando con el reconocimiento de cada figura como un todo (nivel 1), progresando hacia el descubrimiento de las propiedades de las figuras y hacia el razonamiento informal acerca de estas figuras y sus propiedades (niveles 2 y 3), y culminando con un estudio riguroso de Geometría axiomática (niveles 4 y 5). El nivel 1 es denominado nivel de “reconocimiento o visualización”; el nivel 2, “nivel de análisis”; el nivel 3 “clasificación o abstracción”; el nivel 4 “deducción”, y el nivel 5 “rigor”. El modelo es recursivo, es decir, cada nivel se construye sobre el anterior, concibiéndose el desarrollo de los conceptos espaciales y geométricos como una secuencia desde planteamientos inductivos y cualitativos, hacia formas de razonamiento cada vez más deductivas y abstractas. Nivel 1: Reconocimiento o visualización: Los alumnos reconocen figuras por su apariencia global. 23 Nivel 2: Nivel de análisis: En este nivel los alumnos empiezan a realizar razonamientos informales acerca de las figuras y sus propiedades. Nivel 3: Clasificación o abstracción: Es este el momento en que el alumno ordena de manera lógica las propiedades de las figuras, utilizando cadenas cortas de deducción y comprende las relaciones que existen entre las figuras. Nivel 4: Deducción: Los alumnos son capaces de desarrollar secuencias más largas de proposiciones, de comprender el significado de la deducción, el rol de los axiomas y teoremas. Nivel 5: Rigor: En este nivel los alumnos pueden realizar un estudio riguroso de Geometría axiomática. 2.2.1.2.2 Las fases de aprendizaje Mientras que los niveles de razonamiento nos orientan acerca de cómo secuenciar y organizar el currículo geométrico de una forma global, el objetivo de las fases de aprendizaje es favorecer el desplazamiento de los alumnos de un nivel al inmediatamente superior mediante la organización de las actividades de enseñanza-aprendizaje (Braga, 1991), lo que ha permitido que el modelo tuviera una influencia real en la elaboración de currículos de Geometría en distintos países como es el caso de la Unión Soviética, Estados Unidos, Países Bajos, entre otros. Las fases de aprendizaje son las siguientes: • Información. • Orientación dirigida. • Explicación. • Orientación libre. • Integración. 24 Las características fundamentales de cada fase, son las siguientes: en la primera, se pone a discusión del alumno material clarificador del contexto de trabajo. En la segunda fase se proporciona material por medio del cual el alumno aprenda las principales nociones del campo de conocimiento que se está explorando. El material y las nociones a trabajar, se seleccionarán en función del nivel de razonamiento de los alumnos. En la tercera fase conduciendo las discusiones de clase, se buscará que el alumno se apropie del lenguaje geométrico pertinente. En la cuarta fase se proporcionará al alumno materiales con varias posibilidades de uso y el docente dará instrucciones que permitan diversas formas de actuación por parte de los alumnos. En la quinta fase se invitará a los alumnos a reflexionar sobre sus propias acciones en las fases anteriores. Como resultado de esta quinta fase, los esposos Van Hiele entienden que el alumno accede a un nuevo nivel de razonamiento. El estudiante adopta una nueva red de relaciones que conecta con la totalidad del dominio explorado. Este nuevo nivel de pensamiento, ha sustituido al dominio de pensamiento anterior. En nuestra propuesta, se informará a los alumnos de los materiales a utilizar para cada clase. Posteriormente, se les orientará acerca de la utilización de los materiales didácticos donde ellos manipularán, visualizarán y reconocerán (nivel 1) las figuras por su apariencia, realizando razonamientos informales de las figuras y sus propiedades (nivel 2), consecutivamente por medio de las explicaciones realizadas por el profesor y las diversas posibilidades de uso de las figuras geométricas, el alumno realizará pequeñas deducciones y comprenderá las relaciones que hay entre las figuras (nivel 3), de inmediato, ejecutará deducciones más largas y definirá de manera rigurosa lo que este en estudio (nivel 4 y 5). Diseñaremos nuestra propuesta de manera tal que el alumno pueda manipular objetos y situaciones que se encuentran en su entorno y relacionarlos con ciertas propiedades geométricas; dentro de la estructura de la “propuesta pedagógica para la introducción de la trigonometría en un 25 curso de primer año de ciencias del ciclo diversificado”, comenzaremos con una serie de ejercicios donde, a través de la manipulación e interacción con objetos (figuras geométricas), el alumno debe reconocer algunas propiedades y transformaciones como la simetría axial, la rotación, traslación, proporción, congruencia y semejanza. Todas estas nociones son útiles para el estudio de la trigonometría. 2.2.2 FUNDAMENTACIÓN HISTÓRICA La historia de la Matemática como herramienta para la enseñanza de la Matemática constituye un antídoto contra el formalismo excesivo, razón por la cual hemos decidido incluirla en nuestra propuesta, ya que la misma está centrada en el enfoque constructivista. También la historia de la Matemática es considerada como un antídoto en contra del aislamiento del conocimiento matemático y como un conjunto de medios que permiten al alumno apropiarse mejor de dicho conocimiento, a la vez que le ayuda a ordenar la presentación de los temas en el curriculum al docente de Matemática. La exploración de la historia, por parte del docente, le ayuda igualmente a descubrir los obstáculos y dificultades que se han presentado, los errores cometidos por los propios matemáticos (que a veces se reproducen en los alumnos), así como, la visión de la actividad matemática como actividad humana con sus glorias y miserias. La historia de la Matemática como herramienta para el aprendizaje de la Matemática en el alumno que está formando su conocimiento matemático, prepara un terreno donde esta ciencia deja de jugar el papel de edificio acabado, restableciéndose su estatus de actividad cultural, de actividad humana, además que motiva al alumno a desarrollar un aprendizaje significativo, facilita el conocimiento de la génesis de los conceptos y los 26 problemas que han pretendido resolver y ayuda a la comprensión de los mismos. En nuestra propuesta, se presentarán algunas de las ideas matemáticas desarrollasen épocas antiguas, y que contribuyeron al desarrollo de la trigonometría; en la mayoría de estos trabajos, sus autores utilizaron algunas nociones de Geometría elemental, por lo que su comprensión está al alcance de los estudiantes del primer año del ciclo diversificado. Los episodios históricos que se incluyen en esta propuesta son: 1) El cálculo de la altura de la gran pirámide egipcia, realizado por Thales de Mileto. Dado que este cálculo fue realizado en base a la noción de semejanza de triángulos, que está estrechamente vinculada a la idea de definir las razones trigonométricas en un triángulo rectángulo, es conveniente presentarlo a los estudiantes como elemento motivador de interés en el tema. 2) Cálculo del perímetro de la circunferencia de la Tierra realizado por Eratóstenes de Cyrene. Con una idea similar a la de Thales de Mileto, Erastóstenes, doscientos años antes de Cristo aproximadamente, logró aplicar la noción de semejanza de triángulos para determinar la medida del perímetro de la tierra y así poder calcular la medida de su diámetro. 3) Cálculo de la distancia de la Tierra a la Luna realizado por Hiparco de Nicea. 27 Este cálculo, realizado en una época remota, sin ayuda de telescopios ni otros artefactos que hoy la tecnología ofrece para observar el universo, permite apreciar el poder de la idea de la semejanza de triángulos, aplicada al cálculo de distancias inaccesibles. 4) La trigonometría de los hindúes, a partir del siglo IV después de Cristo. Los aportes de los matemáticos de la India a la Trigonometría, desarrollados para su uso en la Astronomía, dieron el rumbo que definitivamente tomó esta disciplina. Incluimos en la propuesta, la narración de los hechos más resaltantes de esta larga historia, que permite conocer, entre otras cosas, el origen de la palabra “seno” para hacer referencia a la razón trigonométrica “cateto opuesto sobre hipotenusa”. 2.2.3 FUNDAMENTACIÓN MATEMÁTICA La Geometría es una rama de la Matemática que estudia las propiedades de las figuras en el plano o en el espacio; en términos etimológicos la palabra Geometría significa medida de la tierra. Esta rama de la Matemática nos ofrece las herramientas que son útiles para poder solucionar problemas como el siguiente: Si deseáramos calcular la distancia entre dos puntos A y M del terreno (figura 1), siendo el punto M inaccesible para un observador colocado en A, a quien podemos suponer en la margen derecha de un curso de agua, procederíamos de la siguiente manera: Mediríamos, por ejemplo, en la margen derecha, una distancia AB = m, que se llama base, empleando cualquier instrumento de medición (cinta métrica); mediríamos también los ángulos MAB = α y MBA = β formados por esta base con las visuales AM y BM, respectivamente, empleando algún 28 instrumento que nos permita medir ángulos por sus arcos correspondientes (transportador), mediante una circunferencia o limbo graduado, en forma análoga a lo que se hace en dibujo con el semicírculo graduado o transportador de ángulos. Con estos tres valores numéricos α, β y m, que representan las medidas de un lado y los dos ángulos adyacentes de un triángulo, la Geometría nos enseña cómo podemos construir el triángulo ABM, y, en consecuencia, podemos luego medir en el dibujo el lado AM, que representará, en cierta escala, la distancia que nos interesa conocer. En general, el resolver este tipo de problemas a través de figuras planas no nos permite obtener con exactitud el valor real, pues, en este caso el triángulo adolece de ciertos defectos, provenientes de varias circunstancias: precisión de los instrumentos empleados, número y clase de las construcciones realizadas, etc. Estos defectos permiten poca aproximación en los resultados. Como, por ejemplo, un pequeño error en el dibujo (figura 2), que podría ser el de puntear en P’ en lugar de P al transportar el ángulo β, ocasionaría una errónea posición del punto M, presentándolo en M’ en lugar de M. De esta manera, la verdadera distancia AM, resultaría aumentada en la cantidad MM’. Si la escala del dibujo es pequeña, este error de graficismo podría ocasionar un error importante en la distancia que se desea conocer. 29 Para no dar cabida a estos inconvenientes, se emplea el cálculo numérico, o método analítico, que generalmente es más largo que el gráfico, pero permite, en cambio, una gran precisión en el cálculo. Para obtener estos cálculos numéricos con mayor precisión nace la trigonometría, la cual es una rama de las Matemáticas que estudia los ángulos, triángulos, y las relaciones entre ellos; etimológicamente la palabra trigonometría significa medida de triángulos. La trigonometría tiene, pues, por principal finalidad, calcular los elementos incógnitas de un triángulo, cuando se tienen datos suficientes para ello. Esta operación es la que se llama resolver un triángulo. Para ello, es necesario expresar con números, las medidas de los lados y de los ángulos de un triángulo, y conocer las relaciones que ligan esos elementos. 2.2.3.1 Ángulos: su generación y signo. En Trigonometría se considera un ángulo como engendrado por la rotación de una semirrecta que gira alrededor de su origen, supuesto-fijo, y manteniéndose siempre en el mismo plano. Así, por ejemplo, la semirrecta OA (figura 3), al girar alrededor del punto O, en el sentido indicado por la flecha, y pasar de la posición inicial OA a la final OB, describe el ángulo AOB, que llamaremos ángulo α. 30 También podemos suponer que la semirrecta OA pasa de la posición inicial OA a la posición final OB después de haber dado una vuelta completa (figura 4), o bien, dos o más vueltas completas. Estos ángulos, que tienen sus lados coincidentes y que difieren en uno o más ángulos completos, se llaman ángulos congruentes respecto de un giro. El ángulo α de la (figura 3) también puede suponerse descrito por la semirrecta OB al girar en sentido opuesto al anterior indicado, hasta coincidir con la OA (este ángulo sería negativo), ya que se ha convenido tomar como positivo el sentido contrario al del movimiento de las agujas del reloj (el indicado por la flecha en la figura 3). 2.2.3.2 Medida de los ángulos: medir un ángulo significa compararlo con otro ángulo que se toma como unidad de medida. 31 De manera semejante, medir un arco de circunferencia significa compararlo con otro arco de la misma circunferencia, o de otra de igual radio, que se toma como unidad de medida. Es importante recordar que un ángulo cualquiera tiene por medida el arco correspondiente, es decir, el que tiene por centro el vértice del ángulo y limitado por los lados del mismo, siempre que la unidad de medida del ángulo sea la que corresponde a la unidad del arco. En trigonometría suelen emplearse los siguientes sistemas de medición de ángulos (o arcos). • Sistema sexagesimal: En este primer sistema se toma como unidad de medida de arco el grado sexagesimal, o simplemente grado, que es la 360 parte de la circunferencia a la que pertenece el arco que se trata de medir. El grado se divide, a su vez, en 60 minutos, y el minuto en 60 segundos. Este sistema de medida es el que se emplea generalmente en las aplicaciones prácticas de la trigonometría y se utiliza como instrumento de medición el transportador. • Sistema circular: En este segundo sistema se toma como unidad de medida el arco cuya longitud es igual al radio de la circunferencia a que pertenece (figura 5) Esto equivale a decir que se mide el arco como una longitud cualquiera, tomando el radio de la circunferencia como unidad de medida de longitud. Esta unidad se llama radián. 32 Como la longitud C de una circunferencia de radio R está expresadapor la fórmula C = 2π R, tenemos, C/R = 2π, vale decir, que la medida de la circunferencia es de 2π radianes, es decir: Circunferencia = 2π ≈ 2 (3,1416) ≈ 6,2832 2.2.3.3 Funciones Trigonométricas Consideremos ahora un ángulo agudo cualquiera, XOY = α, formado por las semirrectas OX y la semirrecta OY, las cuales se intersectan en el punto O como podemos ver en la (figura 6). Desde puntos arbitrarios M, M’, M’’,….. contenidos en la semirrecta OY, trazamos las perpendiculares MP, M’P’, M’’P’’,….. con P, P’. P’’ contenidos en la semirrecta OX De esta manera hemos formado varios triángulos rectángulos semejantes que, en virtud de la proporcionalidad entre los lados homólogos, nos permiten establecer las siguientes igualdades de razones: PM/OM = P’M’/OM’ = PM’’/OM’’ = … = cateto opuesto / hipotenusa OP/OM = OP’/OM’ = OP’’/OM’’ = … = cateto adyacente / hipotenusa PM/OP = P’M’/OP’ = P’’M’’/OP’’ = … = cateto opuesto / cateto adyacente 33 OP/PM = OP’/P’M’ = OP’’/P’’M’’ = … = cateto adyacente / cateto opuesto OM/OP = OM’/OP’ = OM’’/OP’’ = … = hipotenusa / cateto adyacente OM/PM = OM’/P’M’ = OM’’/P’’M’’ = … = hipotenusa / cateto opuesto Observemos que se verifica el siguiente hecho fundamental: Las razones, dos a dos, de los lados del triángulo formado, no dependen de la posición del punto M, sino de la magnitud del ángulo XOY = α. Por otra parte, es importante la proporcionalidad que hay entre los lados homólogos de los triángulos rectángulos semejantes formados, para hallar las igualdades de razones. Para cada valor del ángulo α, corresponde un valor para cada una de las razones indicadas; éstas son, pues, funciones del ángulo α, que se llaman funciones trigonométricas. 2.2.3.3.1 Definiciones de las funciones trigonométricas Las razones establecidas en el ángulo XOY = α se llaman, respectivamente: seno, coseno, tangente, cotangente, secante y cosecante del ángulo α. Y su notación es sen α, cos α, tg α, cot α, sec α y csc α, respectivamente. Podemos dar, pues, las siguientes definiciones para las funciones trigonométricas: SENO de un ángulo agudo, es la razón entre el cateto opuesto al ángulo y la hipotenusa, del triángulo rectángulo formado con dicho ángulo. Así, por ejemplo (figura 6), por definición tenemos: sen α = PM / OM COSENO de un ángulo agudo, es la razón entre el cateto adyacente al ángulo y la hipotenusa, del triángulo rectángulo formado con dicho ángulo. Así, por ejemplo (figura 6), por definición tenemos: 34 cos α = OP / OM TANGENTE de un ángulo agudo, es la razón entre el cateto opuesto al ángulo agudo y el cateto adyacente, del triángulo rectángulo formado con dicho ángulo. Así, por ejemplo (figura 6), por definición tenemos que: tg α = PM / OP COTANGENTE de un ángulo agudo, es la razón entre el cateto adyacente al ángulo y el cateto opuesto, del triángulo rectángulo formado con dicho ángulo. Así, por ejemplo (figura 6), por definición tenemos que: cot α = OP / PM SECANTE de un ángulo agudo, es la razón entre la hipotenusa y el cateto adyacente al ángulo, del triángulo rectángulo formado con dicho ángulo. Así, por ejemplo (figuro 6), por definición tenemos que: sec α = OM / OP COSECANTE de un ángulo agudo, es la razón entre la hipotenusa y el cateto opuesto al ángulo, del triángulo rectángulo formado con dicho ángulo. Así, por ejemplo (figura 6), por definición tenemos que: csc α = OM / PM En estas razones, podemos observar que: La cotangente de un ángulo es el recíproco de la tangente del ángulo. Análogamente, si observamos los segundos miembros de las fórmulas que definen sec α y cos α vemos que son recíprocos; por consiguiente podemos establecer: • La secante de un ángulo es el recíproco del coseno del ángulo. 35 Análogamente, comparando las definiciones de csc α y sen α, tenemos que: • La cosecante de un ángulo es el recíproco del seno del ángulo. Conociendo las razones y las propiedades mencionadas anteriormente, construiremos un ángulo α, conociendo el hecho de que sen α = 3/4. Sea OX la semirrecta (figura 7), que tomaremos como uno de los lados del ángulo α. Trazamos la recta YZ paralela a OX, a la distancia OY = 3 (medida con una unidad arbitraria). Luego, haciendo centro en O, con un radio OM = 4 (medida con una unidad igual a la anterior), trazamos el arco de circunferencia que corta a YZ en el punto M. Trazando la recta OM, obtenemos el Ángulo XOM, que es el ángulo α que buscábamos. En efecto, si trazamos MP ⊥ OX (el símbolo “ ⊥ ” es interpretado como dos rectas perpendiculares entre sí), se forma un triángulo rectángulo OPM, en el que, por valer el cateto PM = 3 y la hipotenusa OM = 4, de acuerdo con la definición de seno de un ángulo agudo, tenemos que: sen ( ∠ POM) = PM / OM = 3/4 36 2.2.3.3.2 Variaciones de las funciones trigonométricas. Para cualquiera de los casos indicados anteriormente es necesario, previamente, estudiar como varían los valores de las funciones trigonométricas de un ángulo XOY = α, cuando este varía de una manera continua de 0º hasta 90º. Supongamos que el lado OX (figura 8) permanezca fijo, y que OY gire alrededor del vértice O, en el sentido de la flecha. Tomemos un punto M sobre el lado OY, a una distancia del vértice igual a la unidad de medida, OM = 1. Este punto M describirá, pues, una circunferencia de centro O, que interceptará al lado OX en el punto A, al lado OY en el punto M, y al radio perpendicular a OX, en el punto B. Variaciones del Seno y del Coseno Tracemos MP OX y MQ ⊥ ⊥ OB. De acuerdo con la definición de seno y de coseno: sen α = PM /OM = PM / 1 = PM cos α = OP / OM = OP / 1 = OP 37 Si suponemos primeramente que OY coincida con OX, el ángulo α es nulo; el punto M se encontrará entonces en A, y tendremos que: PM = 0 y OP = OA = 1 Por consiguiente: sen (0º) = 0 y cos (0º) = 1 Cuando el ángulo α crece en forma continua desde 0º hasta 90º, el punto M recorre el cuadrante AB, y resulta: a) El punto Q describe el segmento OB, yendo del punto O al B; es decir, sen α crece al mismo tiempo que α. b) El punto P describe el segmento AO, yendo del punto A al punto O; es decir, cos α decrece cuando α crece. Variaciones de la Tangente y la Cotangente. Tracemos la tangente en A a la circunferencia de radio OA = 1 (figura 9), la que intercepta al lado OY del ángulo XOY en el punto T. De acuerdo con la definición de tangente trigonométrica de un ángulo, tenemos que: tg α = AT / OA = AT / 1 = AT 38 Si suponemos primeramente que OY coincida con OX, el ángulo α es nulo; el punto T coincidirá entonces con A, y tendremos: AT = 0 Por consiguiente, tg (0º) = 0 Cuando el ángulo α crece desde 0º hasta 90º, su tangente parte del valor cero, crece y aumenta indeterminadamente. Es notorio destacar que cuando α = 90º, la tangente ya no existe, puesto que OY resulta entonces paralela a la tangente en A. No obstante, se dice que para α = 90º la tangente es infinito (∞), entendiéndose por infinito un aumento indeterminado, lo que podemos escribir como: tg (90º) = ∞ 39 CAPITULO III MARCO METODOLÓGICO 3.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN Esta investigación consiste en el diseño y validación de una propuesta pedagógica para la introducción de la trigonometría en un curso del primer año de ciencias del ciclo diversificado; la misma es de tipo aplicada en los términos de Briones (1997), pues de su ejecución se espera obtener un cambio en el conocimiento de los alumnos sobre este contenido matemático. También es de tipo correlacional según Hernández y otros (1998), porque se busca determinar la posible incidencia en los estudiantes del primeraño de ciencias del ciclo diversificado, la aplicación de la propuesta para la introducción a la trigonometría. 3.2 DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN El diseño de esta investigación es cuasiexperimental, pues los alumnos no son escogidos al azar, ni seleccionados bajo ninguna condición, son grupos ya formados o intactos (Hernández, y otros, 1998), uno de ellos de control y el otro experimental. La investigación consiste en la aplicación de un diseño preprueba-tratamiento-postprueba a uno de los grupos seleccionados, denominado “grupo experimental”, mientras, para el otro grupo denominado “grupo de control” el diseño es preprueba-postprueba. El grupo experimental es el que va a recibir el tratamiento, es decir, este grupo participará en sesiones de trabajo didáctico y desarrollará actividades fundamentadas en la propuesta pedagógica para la introducción de la trigonometría; paralelamente el grupo de control no recibirá ningún tratamiento especial, en el sentido de que será introducido a las nociones de 40 razones trigonométricas en el triángulo rectángulo y en el círculo trigonométrico de la manera tradicional. 3.3 POBLACIÓN Y MUESTRA 3.3.1 Población: Hernández, y otros (1998), definen la población como el conjunto de todos los casos que concuerdan con una serie de especificaciones. En este sentido, la población de nuestra investigación está comprendida por 112 alumnos del primer año de ciencias del ciclo diversificado de la Unidad Educativa “Estado Portuguesa” , ubicada en la población de San Juan de Lagunillas, Municipio Sucre, Estado Mérida. 3.3.2 Muestra: La muestra es definida como un subconjunto de los elementos de la población que poseen las características definidas de la misma. La muestra seleccionada para nuestra investigación está comprendida por 75 alumnos del primer año de ciencias del ciclo diversificado de la Unidad Educativa “Estado Portuguesa”, específicamente las secciones “A” y “B”. 3.4 VARIABLES DE LA INVESTIGACIÓN 3.4.1 Variable independiente La variable independiente de esta investigación es la aplicación de la “propuesta pedagógica para la introducción de la trigonometría en un curso de primer año de ciencias del ciclo diversificado”. Esta variable tiene dos niveles de medición: • Presencia de la propuesta 41 • Ausencia de la propuesta. 3.4.2 Variable dependiente La variable que se cataloga como dependiente en este estudio, es el nivel de conocimiento alcanzado por los alumnos del primer año de ciencias del ciclo diversificado sobre conceptos básicos de trigonometría. El conocimiento alcanzado por los alumnos se medirá según las siguientes categorías (Tabla 1) Tabla 1. Categorías de la variable “conocimiento alcanzado por los alumnos del primer año de ciencias del ciclo diversificado sobre conceptos básicos de trigonometría” Puntaje Categoría De 01 a 09 puntos Deficiente De 10 a 14 puntos Regular De 15 a 18 puntos Distinguido De 19 a 20 puntos Excelente 42 3.5 HIPÓTESIS DE LA INVESTIGACIÓN 3.5.1 Hipótesis alterna H1: La propuesta pedagógica para la introducción de la trigonometría permite que el alumno adquiera o refuerze los conocimientos, destrezas y actitudes asociadas a la Geometría plana elemental que le son indispensables para lograr un aprendizaje significativo de los contenidos básicos de la trigonometría. 3.5.2 Hipótesis nula H0: La propuesta pedagógica para la introducción de la trigonometría no permite que el alumno adquiera o refuerze los conocimientos, destrezas y actitudes asociadas a la Geometría plana elemental que le son indispensables para lograr un aprendizaje significativo de los contenidos básicos de la trigonometría. 3.6 Técnicas e instrumentos de recolección de datos El procedimiento para la recolección de los datos consiste en la escogencia de un instrumento de medición con la finalidad de realizar observaciones y mediciones de las variables en estudio, para finalmente organizarlas y analizarlas. La recolección de los datos para el desarrollo de la investigación se efectuará de la siguiente manera: A la muestra seleccionada, se les aplicará una prepueba de conocimiento denominada Test diagnóstico con la finalidad de determinar el nivel de conocimientos alcanzado sobre geometría plana elemental, conocimiento necesario previo para el desarrollo del conocimiento sobre conceptos básicos de Trigonometría. Luego, se aplicará la propuesta, “Propuesta Pedagógica para la Introducción de la Trigonometría en un curso del Primer Año de Ciencias del Ciclo Diversificado” al grupo experimental, mientras que el 43 grupo control recibirá de manera tradicional las clases sobre este contenido matemático. Consecutivamente, se aplicará a los dos grupos una postprueba denominada Test 2, para determinar los alcances y consecuencias producidos por la aplicación de la propuesta en el grupo experimental. En último lugar, los resultados obtenidos del Test Diagnóstico en ambos grupos permitirán determinar la equivalencia inicial de los dos grupos, los resultados del Test 2 permitirán determinar el nivel de conocimiento alcanzado por los alumnos sobre conceptos básicos de Trigonometría en los dos grupos, para efectuar comparaciones con el grupo control al cual no se le aplicó la propuesta de enseñanza. Por otra parte, se utiliza el registro de observaciones, usando la estrategia de observación narrativa de tipo notas de campo, (Pérez S. Gloria, 2000). Éstas notas de campo se efectuarán única y exclusivamente al grupo experimental con la finalidad de registrar los detalles ocurridos en cada una de las sesiones de clase durante la aplicación de la propuesta. 3.6.1 Test Diagnóstico Con la aplicación de este instrumento se espera determinar la equivalencia inicial de los dos grupos. La preprueba se denomina “Test diagnóstico para determinar el nivel de conocimiento alcanzado por los alumnos de primer año de ciencias del ciclo diversificado sobre geometría plana elemental”. Ver en anexos Test diagnóstico. Este instrumento está compuesto por 20 items de selección simple. En este instrumento se evalúan los siguientes conocimientos: 1. Conocimiento del ángulo- congruencia 2. Conocimiento del triángulo – semejanza - congruencia 3. Conocimiento de la circunferencia 4. Conocimiento del plano cartesiano 5. Conocimiento de proporciones 44 6. Conocimiento de rotación, traslación y simetría axial de figuras planas. En la tabla 2 se puede observar cómo los ítems del Test diagnóstico están distribuidos según los conocimientos a ser evaluados sobre Geometría plana elemental. Tabla 2. Distribución de los ítems del Test diagnóstico según los conocimientos a ser evaluados sobre Geometría plana elemental Variable DIMENSIONES INDICADORES ITEMS NIVEL DE CONOCIMIENTOS SOBRE GEOMETRÍA PLANA ELEMENTAL Conceptual Ángulos 1, 3, 9, 15, 16, 17, 18, 20. Conceptual Triángulos 2, 4, 5, 6, 14. Conceptual Semejanza 5. Conceptual Congruencia 1, 14, 20. Conceptual Circunferencia 7, 19. Conceptual Plano cartesiano 8, 10, 11, 14. Conceptual y procedimental Proporción 12,13. Conceptual Traslación 10. Conceptual Simetría axial 11. Conceptual Rotación 14. 3.6.2 Validez de los instrumentos Para la determinación de la validez de los Test utilizados, se realizaron los procedimientos descritos a continuación. 45 3.6.2.1 Validez El procedimiento estadístico empleado para determinar la validez de contenido de los instrumentos, es el denominado Coeficiente de Proporción de Rango (CPR). Éste se determina usando el método de Juicio de Expertos, el cual según Hernández (1998) consiste en la determinación de un coeficiente por medio de un algoritmo que permite calcular la validezdel contenido de cada ítem, de todo el instrumento y el nivel de concordancia entre los jueces. El algoritmo presentado por Hernández (1998) para calcular el CPR es el siguiente: Sea PRi el promedio de los rangos, ri el valor asignado por los jueces según la escala de rangos (donde i recorre un número finito de índices) y j el número de jueces, su valor se determina mediante la fórmula: j ri PRi ∑= La relación proporcional (CPRi) del PRi respecto al valor máximo de la escala de rangos (vmr) empleada por los jueces viene dada por: vmr PRiCPRi = La probabilidad del error pe (variación aleatoria de la concordancia entre los jueces), se obtiene a través de: j j Pe ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = 1 Además, sea CPRic el coeficiente de proporción de rangos por cada ítem, corregido por concordancia. El CPRic se obtiene a través de: CPRic = CPRi – Pe 46 y CPRt el promedio de los coeficientes de proporción de rangos de cada ítem, cada uno corregido por concordancia aleatoria (pe): Luego, el CPRt resulta de: ∑CPRicCPRt N = Donde N es el número de ítems. Por definición, el CPRt corregido (CPRtc) por concordancia aleatoria es: CPRtc = CPRt - pe El procedimiento completo se puede ver en el anexo sección A. 3.6.2.1.1 Validez del Test diagnóstico Al instrumento “test para determinar el nivel de conocimientos alcanzado por los alumnos de primer año de ciencias del ciclo diversificado sobre Geometría Plana Elemental”, se le aplicó el algoritmo para calcular el CPR y se obtuvieron los siguientes resultados (Ver anexos): Probabilidad del error: j j Pe ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ = 1 3 3 1 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛=Pe = 0,037 Pe = 0,037 Promedio de los CPR de cada ítem, cada uno corregido por concordancia aleatoria: N CPRic CPRt ∑= = 16, 06 / 20= 0,803 47 Coeficiente de Proporción de Rango Total Corregido (CPRtc) por concordancia aleatoria CPRtc = CPRt - pe = 0,803 – 0.037 = 0,766 Interpretación del CPR Como CPRt = 0,803 y CPRtc = 0,766 se concluye que la validez y la concordancia son satisfactorias. 3.6.3 Confiabilidad del Test diagnóstico Según Hernández y otros (1998), la confiabilidad es la consistencia o grado en que la aplicación repetida del instrumento al mismo sujeto, produce resultados iguales. Para determinar la confiabilidad del test diagnóstico para determinar el nivel de conocimiento alcanzado por los alumnos de primer año de ciencias del ciclo diversificado sobre geometría plana elemental se utilizó el coeficiente Alpha de Cronbach, el cual es un modelo de consistencia interna basado en el promedio de correlación entre elementos. Este coeficiente fue calculado utilizando el paquete estadístico SPSS 7.5, obteniéndose como resultado (ver anexo): Alpha de Cronbach = 0,5983 Interpretación del Coeficiente Alpha de Cronbach Como el coeficiente Alpha de Cronbach es 0,5983 se concluye que el nivel de consistencia interna del instrumento es aceptable 3.6.4 Proceso de conversión de puntaje del Test diagnóstico Como las puntuaciones que pueden obtener los alumnos en cada uno de los instrumentos son superiores a la escala normalmente utilizada: la escala en base a 20 puntos, es preciso ejecutar un proceso de conversión 48 de puntajes para que estos se encuentren dentro de esa escala. En la Tabla 3 se puede observar cada una de las conversiones utilizadas en el Test. Tabla 3. Conversión para los puntajes obtenidos en el Test Diagnóstico PUNTAJE OBTENIDO PUNTAJE EQUIVALENTE 00-02 01 03-04 02 05-06 03 07-08 04 09 05 10-11 06 12-13 07 14-15 08 16-17 09 18 10 19-20 11 21-22 12 23-24 13 25-26 14 27 15 28-29 16 30-31 17 32-33 18 34-35 19 36 20 49 3.6.5 Análisis de los resultados obtenidos en el test diagnóstico Iniciaremos el análisis de los datos aportados por la prueba aplicada a los dos grupos de estudiantes control y experimental, bajo una visión descriptiva de la información utilizando para ello el paquete estadístico SPSS en su versión 7.5. 3.6.5.1 Tablas y gráficos descriptivos 32 86,5 86,5 5 13,5 100,0 37 100,0 Deficiente Regular Total Frecuencia Porcentaje válido Porcentaje acumulado González y Velásquez, 2006 Tabla 4: Pretest Grupo Experimental Al realizar la categorización de la variable “conocimientos alcanzados por los alumnos del primer año de ciencias del ciclo diversificado sobre geometría plana elemental” al grupo experimental, encontramos que para el nivel deficiente se concentra el 86,5% de los estudiantes, en un nivel regular 13,5%. En este grupo no encontramos estudiantes que sobrepasen las expectativas mínimas de conocimientos que en esta prueba se está tratando. La tabla 4 nos evidencia que de los 37 alumnos que presentaron esta prueba, sólo 5 alumnos, es decir, el 13,5% de los estudiantes poseen conocimientos previos necesarios para iniciarse en el estudio de la trigonometría, mientras que el 86,5% de los alumnos no poseen conocimientos previos necesarios para iniciarse en el estudio de la trigonometría. 50 34 89,5 89,5 4 10,5 100,0 38 100,0 Deficiente Regular Total Frecuencia Porcentaje válido Porcentaje acumulado González y Velásquez, 2006 Tabla 5: Pretest Grupo Control. En la tabla 5, encontramos que el 89,5 % de los estudiantes se encuentran en un nivel deficiente, los cuales no poseen los conocimientos previos necesarios para iniciarse en el estudio de la trigonometría. Por otra parte, el 10,5 % de los alumnos se encuentran en un nivel regular considerándose que, éstos poseen las expectativas mínimas para iniciarse en el estudio de la trigonometría. 37 1,14 1,00 1 ,35 ,12 38 1,66 2,00 1 ,67 ,45 Rango de calificaciones para el grupo experimental Rango de calificaciones para el grupo control Válidos Media Mediana Moda Desv. típ. Varianza González y Velásquez, 2006 Tabla 6: Comparaciones basadas en las puntuaciones del pretest para grupo experimental y el grupo control. Tomando en cuenta las calificaciones obtenidas por los estudiantes participantes en la investigación tenemos que el promedio en puntuaciones no sobrepasa los 7 puntos para ambos grupos, indicando una carencia en las bases necesarias para proseguir en un estudio trigonométrico, pues además, en su mayoría alcanzaron una calificación de 6 puntos para el grupo experimental y 7 puntos para el grupo control, adicional a esto las calificaciones varían en un estimado de 6 puntos por encima y por debajo de la calificación promedio para el grupo experimental, mientras que nuestro 51 grupo control no presentó calificaciones muy dispersas con relación a su promedio calificativo, pues varían en 5 puntos aproximadamente. 12,010,08,06,04,0 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Desv. típ. = 2,45 Media = 6,7 N = 37,00 Gráfico 1: Calificaciones obtenidas en el pretest para el grupo experimental. 52 12,010,08,06,04,0 14 12 10 8 6 4 2 0 Desv. típ. = 2,18 Media = 6,8 N = 38,00 Gráfico 2: Calificaciones obtenidas en el pretest para el grupo control. Ambos grupos de estudio, experimental (gráfico 1) y control (gráfico 2), han presentado una distribución asimétrica positiva, es decir, las calificaciones obtenidas por ambos grupos no superan en su mayoría a la calificación promedio de los mismos y por ende la mayor concentración de estudiantes se encuentran en calificaciones bajas al promedio grupal, alejándose así de lo que sería una distribución normal. Además podemos observar que el grupo experimental evidencia
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