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1 C e n tr o d e E s tu d io s d e P o s tg ra d o Centro de Estudios de Postgrado Trabajo Fin de Máster Alumno/a: Cañas Crespo, Juan Manuel Tutor/a: Prof. D.ª Consuelo Rosales Ródenas Dpto: Matemáticas Febrero, 2022 DERIVADA DE UNA FUNCIÓN EN UN PUNTO, FUNCIÓN DERIVADA, DERIVADAS SUCESIVAS Y APLICACIONES EN 1º BACHILLERATO 2 3 A todos los que me han animado y motivado a lo largo de este trabajo, sin vuestro apoyo y cariño incondicional, no lo hubiera podido conseguir. GRACIAS. 4 Juan Manuel Cañas Crespo Trabajo Fin de Máster - Derivadas de 1º Bachillerato Científico Centro de Estudios de Postgrado 1 Universidad de Jaén ÍNDICE DE CONTENIDOS RESUMEN ................................................................................................................ 7 ABSTRACT ................................................................................................................ 8 CAPÍTULO I.- CONSIDERACIONES GENERALES. .......................................................... 9 I.1.- INTRODUCCIÓN Y ANTECECENTES. .................................................................... 9 I.2.- OBJETO. .......................................................................................................... 11 CAPÍTULO II.- FUNDAMENTACIÓN CURRICULAR. .................................................... 13 II.1.- ANÁLISIS DE LAS DISPOSICIONES CURRICULARES VIGENTES. ........................... 13 II.2.- ANÁLISIS DE LOS LIBROS DE TEXTO DE DIFERENTES EDITORIALES. ................... 16 II.2.1.- ANÁLISIS DE LOS LIBROS DE TEXTO DE DIFERENTES EDITORIALES. ............ 17 II.2.2.- ANÁLISIS DEL LIBRO DE 1º BACHILLERATO DE LA EDITORIAL OXFORD 2015. .......................................................................................................................... 20 II.2.3.- COMPARACIÓN ENTRE EDITORIALES Y EL CURRÍCULO, VALORACIÓN Y ELECCIÓN DEL LIBRO DE TEXTO TRAS ANÁLISIS PREVIO. ...................................... 24 CAPÍTULO III.- FUNDAMENTACIÓN EPISTEMOLÓGICA. ............................................ 27 III.1.- INTRODUCCIÓN HISTÓRICA. .......................................................................... 27 III.1.1.- TEORÍA DE LAS FLUXIONES DE NEWTON. ................................................. 27 III.1.2.- CÁLCULO DIFERENCIAL DE LEIBNIZ. ......................................................... 27 III.1.3.- PRIMERA DEFINICIÓN DEL CONCEPTO DE DERIVADA DE BOLZANO. ......... 28 III.1.4.- LECCIONES DE ANÁLISIS COMPLEJO DE CAUCHY. ..................................... 28 III.2.- PROBLEMAS HISTÓRICOS DE LAS DERIVADAS. ............................................... 28 III.2.1.- CÁLCULO DE VELOCIDADES. .................................................................... 28 III.2.2.- CÁLCULO DE LA RECTA TANGENTE. .......................................................... 29 III.3.- DERIVADA DE UNA FUNCIÓN EN UN PUNTO. ................................................. 29 III.3.1.- DEFINICIÓN DE DERIVADA DE UNA FUNCIÓN EN UN PUNTO. ................... 30 III.3.2.- DERIVADAS LATERALES Y CONDICIONES DE DERIVABILIDAD. ................... 31 III.3.3.- RELACIÓN ENTRE CONTINUIDAD Y DERIVABILIDAD. ................................ 32 III.3.4.- DERIVADA DE UNA FUNCIÓN. ................................................................. 32 III.4.- ÁLGEBRA DE LAS DERIVADAS......................................................................... 34 Juan Manuel Cañas Crespo Trabajo Fin de Máster - Derivadas de 1º Bachillerato Científico Centro de Estudios de Postgrado 2 Universidad de Jaén III.4.1.- DERIVADA DE SUMA DE FUNCIONES. ...................................................... 34 III.4.2.- DERIVADA DEL PRODUCTO. ..................................................................... 34 III.4.3.- DERIVADA DEL PRODUCTO DE UNA CONSTANTE POR UNA FUNCIÓN. ..... 35 III.4.4.- DERIVADA DE 1/f. ................................................................................... 35 III.4.5.- DERIVADA DEL COCIENTE. ....................................................................... 36 III.5.- DERIVADA DE LA FUNCIÓN COMPUESTA O REGLA DE LA CADENA. ................. 36 III.6.- DERIVADA DE LA FUNCIÓN INVERSA. ............................................................. 37 III.7.- DERIVADAS DE FUNCIONES ELEMENTALES. .................................................... 38 III.7.1.- DEMOSTRACIONES DE LAS DERIVADAS DE FUNCIONES ELEMENTALES. .... 39 III.8.- DERIVADAS SUCESIVAS. ................................................................................ 39 III.8.1.- DEFINICIÓN. ............................................................................................ 39 III.9.- DERIVADA DE UNA FUNCIÓN EN UN INTERVALO Y TEOREMAS SOBRE DERIVABILIDAD. ..................................................................................................... 41 III.9.1.- TEOREMA DE FERMAT. ............................................................................ 41 III.9.2.- TEOREMA DE ROLLE. ............................................................................... 41 III.9.3.- TEOREMA DEL VALOR MEDIO O TEOREMA DE LAGRANGE. ...................... 42 III.9.4.- TEOREMA DEL VALOR MEDIO GENERALIZADO O DE CAUCHY. .................. 44 III.9.5.- REGLA DE L’HÔPITAL. .............................................................................. 44 III.10.- APLICACIONES DE LAS DERIVADAS. .............................................................. 45 III.10.1.- APROXIMACIÓN POR DERIVADAS. ......................................................... 45 III.10.2.- MARGINALIDAD EN ECONOMÍA. ........................................................... 45 III.10.3.- VELOCIDAD Y ACELERACIÓN DE UN MÓVIL. ........................................... 45 III.10.4.- TASA DE VARIACIÓN INSTANTÁNEA. ..................................................... 45 III.10.5.- VELOCIDAD DE LAS REACCIONES QUÍMICAS. ......................................... 46 CAPÍTULO IV.- FUNDAMENTACIÓN DIDÁCTICA. ...................................................... 47 IV.1.- ANÁLISIS DE LAS DIFICULTADES EN LA ENSEÑANZA DE LAS DERIVADAS. ........ 48 IV.2.- UTILIZACIÓN DE LOS RECURSOS TIC DEL AULA. .............................................. 52 IV.2.1.- USO DEL SOFTWARE GEOGEBRA COMO HERRAMIENTA DIDÁCTICA......... 54 IV.2.2.- FOMENTO DE LAS REDES SOCIALES COMO HERRAMIENTA PEDAGÓGICA DE APOYO. .............................................................................................................. 56 Juan Manuel Cañas Crespo Trabajo Fin de Máster - Derivadas de 1º Bachillerato Científico Centro de Estudios de Postgrado 3 Universidad de Jaén IV.3.- APLICACIÓN DEL APRENDIZAJE COOPERATIVO EN EL AULA. ........................... 60 IV.4.- EMPLEO DE LA METODOLOGÍA DOCENTE DEL AULA INVERTIDA..................... 62 CAPÍTULO V.- PROYECCIÓN DIDÁCTICA. .................................................................. 65 V.1.- TÍTULO. .......................................................................................................... 65 V.2.- JUSTIFICACIÓN. .............................................................................................. 65 V.3.- MARCO LEGISLATIVO. .................................................................................... 66 V.3.1.- LEYES GENERALES. ................................................................................... 67 V.3.2.- LEYES EDUCATIVAS. .................................................................................67 V.3.3.- DECRETOS/ÓRDENES. .............................................................................. 67 V.4.- CONTEXTUALIZACIÓN DEL CENTRO. ............................................................... 68 V.4.1.- CARACTERÍSTICAS SOCIOECONÓMICAS. ................................................... 68 V.4.2.- CARACTERÍSTICAS SOCIOCULTURALES. ..................................................... 68 V.5.- ESTRUCTURA DEL CENTRO. ............................................................................ 69 V.5.1.- INFRAESTRUCTURA. ................................................................................. 69 V.5.2. RECURSOS MATERIALES, HUMANOS Y FUNCIONALES. ............................... 70 V.5.2.1.- MATERIALES. ..................................................................................... 70 V.5.2.2.- HUMANOS. ....................................................................................... 70 V.5.2.3.- FUNCIONALES. ................................................................................... 70 V.5.2.4.- ORGANIZACIÓN. ................................................................................ 71 V.5.2.5.- RELACIÓN DEL CENTRO CON EL ENTORNO Y LAS INSTITUCIONES. ....... 71 V.6.- CONTEXTUALIZACIÓN DEL AULA. ................................................................... 71 V.6.1.- ORGANIZACIÓN. ...................................................................................... 71 V.6.2.- ALUMNADO. ............................................................................................ 71 V.6.3.- DIVERSIDAD DEL ALUMNADO. ................................................................. 72 V.7.- OBJETIVOS. .................................................................................................... 73 V.7.1.- OBJETIVOS DEL ÁREA. .............................................................................. 73 V.7.2.- OBJETIVOS DE LA UNIDAD. ...................................................................... 73 V.7.3.- OBJETIVOS DIDÁCTICOS. .......................................................................... 73 V.7.4.- OBJETIVOS DE ETAPA. .............................................................................. 73 V.8.- COMPETENCIAS CLAVE. .................................................................................. 74 Juan Manuel Cañas Crespo Trabajo Fin de Máster - Derivadas de 1º Bachillerato Científico Centro de Estudios de Postgrado 4 Universidad de Jaén V.8.1.- RELACIÓN DE LAS COMPETENCIAS CLAVE CON LOS OBJETIVOS DE LA UNIDAD. ............................................................................................................. 74 V.9.- CONTENIDOS. ................................................................................................ 75 V.10.- METODOLOGÍA. ........................................................................................... 76 V.11.- ACTIVIDADES Y RECURSOS. .......................................................................... 78 V.12.- ATENCIÓN A LA DIVERSIDAD. ....................................................................... 79 V.13.- TEMPORALIZACIÓN. ..................................................................................... 79 V.14.- EVALUACIÓN. ............................................................................................... 92 V.14.1- CRITERIOS DE EVALUACIÓN Y ESTÁNDARES DE APRENDIZAJE EVALUABLES. .......................................................................................................................... 92 V.14.2.- PROCEDIMIENTOS E INSTRUMENTOS DEL SISTEMA DE EVALUACIÓN. ..... 94 CAPÍTULO VI.- CONCLUSIONES. .............................................................................. 96 CAPÍTULO VII.- REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. ...................................................... 98 ANEXO I.- DEMOSTRACIONES DE LAS DERIVADAS DE FUNCIONES ELEMENTALES – FUNDAMENTACIÓN EPISTEMOLÓGICA. ................................................................. 101 ANEXO II.- OBJETIVOS - PROYECCIÓN DIDÁCTICA................................................... 108 ANEXO III.- ACTIVIDADES Y RECURSOS DE LAS SESIONES DE LA TEMPORALIZACIÓN. ............................................................................................................................. 112 ANEXO IV.- ACTIVIDADES PARA LA ATENCIÓN A LA DIVERSIDAD – PROYECCIÓN DIDÁCTICA. ........................................................................................................... 146 ANEXO V.- MODELO DE EXAMEN PROPUESTO PARA LA PRUEBA ESCRITA DE LA UNIDAD DIDÁCTICA – PROYECCIÓN DIDÁCTICA. .................................................... 151 Juan Manuel Cañas Crespo Trabajo Fin de Máster - Derivadas de 1º Bachillerato Científico Centro de Estudios de Postgrado 5 Universidad de Jaén ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1.- Núcleos en los que se divide el currículo de Bachillerato. FUENTE: Elaboración propia, BOJA 2021. ................................................................................................. 15 Tabla 2.- Comparación de los contenidos de la unidad didáctica entre el currículo de la normativa, y los libros de la editorial de ANAYA 2017 y OXFORD 2015. FUENTE: Elaboración propia. ................................................................................................ 25 Tabla 3.- Derivadas de las funciones elementales. FUENTE: Elaboración propia. ...... 39 Tabla 4.- Redes sociales más usadas en el mundo por jóvenes entre 13-18 años. FUENTE: Datos de Audience Origin, 2021; Tabla de elaboración propia. .................. 57 Tabla 5.- Redes sociales más usadas en España por jóvenes entre 13-18 años. FUENTE: Audience Origin, 2021; Elaboración propia. ............................................................ 58 Tabla 6.- Distribución horaria del Centro Educativo. FUENTE: I.E.S. Jabalcuz, elaboración propia. ................................................................................................ 71 Tabla 7.- Relación de las competencias clave con los objetivos de la unidad. FUENTE: Elaboración propia. ................................................................................................ 75 Tabla 8.- Criterios de evaluación y estándares de aprendizaje evaluable. FUENTE: Elaboración propia. ................................................................................................ 93 Tabla 9.- Criterios de evaluación de las actividades y el examen propuesto. FUENTE: Elaboración propia. ................................................................................................ 95 ÍNDIDE DE GRÁFICAS E ILUSTRACIONES Ilustración 1.- Gráfica de la recta tangente. FUENTE: Elaboración propia, GeoGebra. .............................................................................................................................. 29 Ilustración 2.- Grafica de la interpretación de la derivada de una función en un punto. FUENTE: Mingorance, M. (2020), GeoGebra. ........................................................... 30 Ilustración 3.- Gráfica de la interpretación de la derivada de una función en un punto y la recta secante a la función. FUENTE: Mingorance, M. (2020), GeoGebra. ........... 33 Ilustración 4.- Gráfica de la interpretación de la derivada y la recta tangente a la función en un punto. FUENTE: Martín Mingorance, M. (2020), GeoGebra. .............. 34 Ilustración 5.- Gráfica de la interpretación del Teorema de Rolle. FUENTE: Pérez, F.J. (2008), GeoGebra. .................................................................................................. 41 Ilustración 6.- Gráfica de la interpretación del Teorema de Lagrange. FUENTE: Pérez, F.J. (2008), GeoGebra. ............................................................................................42 Juan Manuel Cañas Crespo Trabajo Fin de Máster - Derivadas de 1º Bachillerato Científico Centro de Estudios de Postgrado 6 Universidad de Jaén Juan Manuel Cañas Crespo Trabajo Fin de Máster - Derivadas de 1º Bachillerato Científico Centro de Estudios de Postgrado 7 Universidad de Jaén RESUMEN La realización de este Trabajo Fin de Máster tiene como principal objetivo finalizar la formación correspondiente por parte del autor y alumno para llegar a ser futuro docente en la especialidad de Matemáticas, a la vez que, durante el desarrollo de esta investigación, se afianzan y se ponen en práctica los conocimientos adquiridos durante el curso académico del Máster. El tema principal del trabajo consiste en la elaboración de una unidad didáctica correspondiente al tema de las derivadas y sus aplicaciones en la asignatura de Matemáticas I del curso de 1º Bachillerato de Ciencias y Tecnología, teniendo siempre presente las diferentes necesidades del alumnado en cuanto a la consecución de los conocimientos de los contenidos relacionados con esta unidad se refiera. Con este trabajo se pretende diseñar unos métodos de enseñanza y aprendizaje diferentes y eficientes basados en investigaciones previas, a partir de varios estudios sobre las principales dificultades que surgen en esta unidad, como son la técnica del aula invertida, la utilización de los recursos TIC, uso de softwares matemáticos o utilización de redes sociales como herramientas de apoyo, buscando que la idea y la compresión del concepto de las derivadas se afiancen eficazmente. Además, el análisis de este trabajo se basará en el desarrollo del currículo y la comparación del contenido en varios libros de texto del nivel académico tratado, el desarrollo de un tema de oposición con alto rigor académico y el análisis de investigaciones relacionadas en el ámbito de la didáctica de la matemática. PALABRAS CLAVE: Derivadas, Matemáticas, unidad didáctica, metodologías docentes, aprendizaje cooperativo, aula invertida, recursos TIC, redes sociales, investigación. Juan Manuel Cañas Crespo Trabajo Fin de Máster - Derivadas de 1º Bachillerato Científico Centro de Estudios de Postgrado 8 Universidad de Jaén ABSTRACT The main objective of carrying out this Master's Thesis is to complete the corresponding training by the author and student to become a future teacher in the specialty of Mathematics, while, during the development of this research, they strengthen and they put into practice the knowledge acquired during the academic course of the Master. The main teams of the work consists of the elaboration of a didactic unit corresponding to the topic of derivatives and their applications in the subject of Mathematics I of the 1st Baccalaureate course of Sciences and Technology, always keeping in mind the different needs of the students in terms of the attainment of content knowledge related to this unit is concerned. This work aims to design different and efficient teaching and learning methods based on previous research, based on several studies of the main difficulties that arise in this unit, such as the flipped classroom technique, the use of ICT resources, use of mathematical software or use of social networks as support tools, seeking to effectively consolidate the idea and understanding of the concept of derivatives. In addition, the analysis of this work will be based on the development of the curriculum and the comparison of the content in several textbooks of the academic level treated, the development of an opposition topic with high academic rigor and the analysis of related research in the field of the didactics of mathematics. KEYWORDS: Derivatives, Mathematics, teaching unit, teaching methodologies, cooperative learning, flipped classroom, ICT resources, social networks, research. Juan Manuel Cañas Crespo Trabajo Fin de Máster - Derivadas de 1º Bachillerato Científico Centro de Estudios de Postgrado 9 Universidad de Jaén CAPÍTULO I.- CONSIDERACIONES GENERALES. I.1.- INTRODUCCIÓN Y ANTECECENTES. El presente trabajo es solicitado por la Universidad de Jaén al autor y alumno del Máster Universitario en Profesorado de Educación Secundaria Obligatoria y Bachillerato, Formación Profesional y Enseñanza de Idiomas, por la especialidad de Matemáticas, Juan Manuel Cañas Crespo, como Trabajo Fin de Máster para superar dicha titulación. La idea de este trabajo fue tomada a partir de las Prácticas en Centros Educativos que realicé durante el curso académico 2020/2021 del Máster mencionado anteriormente, y ha sido tutorizado por la profesora Doña Consuelo Rosales Ródenas. Como tema principal del trabajo, me centraré en el tema Derivada en un punto, función derivada y aplicaciones, correspondiente al currículo de la asignatura de Matemáticas I del curso de 1º Bachillerato de Ciencias y Tecnología, Modalidad de Ciencias de Bachillerato. La elaboración del presente Trabajo Fin de Máster corresponde a la última etapa antes de la finalización del Máster de dicha titulación, y he intentado reflejar y poner en práctica la mayor parte posible de las habilidades y conocimientos adquiridos durante el trascurso del mismo, así como de mi experiencia personal vivida durante las Prácticas en el Centro Educativo, para así poder elaborar y programar esta unidad didáctica y adaptarla de forma que los alumnos y alumnas puedan aprovecharla al máximo. Además, podemos considerar este proyecto como el comienzo del objetivo de conseguir una vida laboral como profesor de Matemáticas, y en él he plasmado las principales pautas que configuran mis ideales y que dan forma a mi pensamiento desde una perspectiva pedagógica. En cuanto a la temática de la unidad didáctica escogida, y como se puede ver por la gran cantidad de investigaciones en este campo y que se han realizado con el apoyo de la mayoría de los marcos teóricos existentes, puede considerarse como un tema adecuado e interesante desde la didáctica de las Matemáticas, ya que estas, y las derivadas especialmente, cobran una vital importancia en diferentes campos de la vida diaria y cotidiana de la sociedad, así como aplicaciones en diferentes campos de estudio. En resumen, las derivadas son una herramienta de ayuda para conocer y calcular lo susceptibilidad al cambio de una variable respecto a otra, y esto resulta muy útil en áreas de estudio como ingeniería, economía, biología, física, química, medicina, arquitectura… Además, a parte del propio concepto de derivada, estas tienen multitud de aplicaciones, como el cálculo de máximos y mínimos, la tasa de variación media e instantánea, cálculo de velocidades, marginalidad en economía o la optimización, todos ellos pudiéndose aplicar en diferentes campos de estudio como vimos anteriormente. Juan Manuel Cañas Crespo Trabajo Fin de Máster - Derivadas de 1º Bachillerato Científico Centro de Estudios de Postgrado 10 Universidad de Jaén En relación al alumnado, esta es una unidad que van a ver por primera vez en su vida estudiantil, por lo que es de vital importancia que lo asimilen correctamente y poder afianzar el concepto de derivada y sus aplicaciones con firmeza para los posibles cursos y estudios superiores donde vuelvan a tratarlo. Con este motivo, sumado a las posibles dificultades que pueden aparecer durante el estudio de esta unidad y que analizaremos en capítulos posteriores basándonos en diferentes estudios previos, es fácil que se cree en los estudiantes una frustración por no comprenderde la forma que les gustaría o que, incluso, abandonen este tema, y para evitarlo, es fundamental presentarles la unidad y las derivadas, desde la primera sesión, como una herramienta básica y aplicada en diferentes ejercicios y problemas basados en situaciones de la vida real de futuros estudios superiores, para que esa novedad y la incertidumbre ante lo nuevo les cree más ganas de aprender y entiendan que no es un tema para aprenderlo mecánicamente y que sí tiene un fin. En la misma búsqueda que lo expuesto anteriormente, también es fundamental por parte del profesorado escoger las metodologías docentes que consideren más adecuadas a la unidad, así como usar las herramientas con las que el alumnado se pueden sentir más cómodos y familiarizados, buscando incentivar la autosuficiencia y el aprendizaje autónomo y cooperativo de éstos, para que se puedan sentir partícipes en su proceso de aprendizaje, y algunas de estas metodologías, en mi opinión, son: la utilización de los recursos TIC del aula, apoyarse en las redes sociales, diferentes juegos de aprendizaje y actividades donde vean claramente su aplicación en el día a día, uso de software matemático, un aprendizaje cooperativo y la aplicación del aula invertida. Por tanto, se crearán diferentes actividades con este fin donde se pongan en práctica estas metodologías, proporcionándoles diferentes recursos electrónicos y actividades, así como se creará un perfil de la red social Instagram donde iremos publicando actividades, juegos, información o retos que se hayan planteado ese día en la sesión correspondiente, ya que al ser la red social más usada por los jóvenes de nuestro país y en la que se sienten tan familiarizados y cómodos, se puede evitar en gran medida la desconexión de los estudiantes en esta unidad y captar su atención. En cuanto al contenido del propio trabajo, empezaremos con el presente capítulo exponiendo las consideraciones generales: introducción, antecedentes y objetivos que perseguimos cumplir con la elaboración del mismo. Tras esto, pasaremos a realizar la fundamentación curricular, donde analizaremos las disposiciones curriculares de la asignatura y nivel académico propuestos, consultando los documentos oficiales de ámbito nacional y autonómico vigentes y realizaremos una comparativa con dos libros de texto de diferentes editoriales, acabando con la elección, bajo nuestro criterio, del que más se adecue a esas disposiciones curriculares y nos dé más variedad de recursos para trabajar con el alumnado. A continuación, pasamos a la fundamentación Juan Manuel Cañas Crespo Trabajo Fin de Máster - Derivadas de 1º Bachillerato Científico Centro de Estudios de Postgrado 11 Universidad de Jaén epistemológica de la unidad, en la cual haremos el desarrollo matemático del tema de oposiciones bajo un importante rigor matemático, lo cual, es de vital transcendencia en la preparación y formación previa del docente. Para continuar con el trabajo, pasamos al capítulo de fundamentación didáctica, donde realizando un análisis de investigaciones previas basadas en la didáctica de las matemáticas en general y de las derivadas en particular, buscaremos localizar las principales dificultades que presentan los estudiantes en el aprendizaje de esta unidad y, en base a esto, poder elegir las teorías y metodologías docentes más adecuadas para facilitar este proceso de aprendizaje, las cuales las enumeramos anteriormente. Finalmente, continuaremos en el trabajo con el capítulo de la proyección didáctica, donde realizaremos el desarrollo de la programación de aula de esta unidad bajo nuestra propia contextualización y enlazando con todos los elementos y análisis realizados en los capítulos previos mencionados anteriormente, acabando el trabajo con la argumentación de las conclusiones tras la realización del mismo y relacionándolas con los objetivos planteados al principio, y con una bibliografía donde recogeremos las principales fuentes en las que nos hemos basado en el desarrollo del trabajo. I.2.- OBJETO. Con la elaboración de este Trabajo Fin de Máster, el objetivo principal a nivel personal es completar la formación previa para poder convertirse en un futuro profesor de Matemáticas, elaborando por primera vez la construcción de una unidad didáctica, aplicando y consolidando los conocimientos conseguidos en la realización del Máster y durante las Prácticas en el Centro Educativo. En cuanto a los objetivos del propio trabajo, también puede considerarse como el comienzo a la familiarización de la búsqueda y comprensión de las legislaciones educativas vigentes a nivel nacional y autonómico, analizando los objetivos, los contenidos, las competencias clave, los estándares de aprendizaje y criterios de evaluación del currículo de la asignatura y nivel educativo seleccionado de la Comunidad Autónoma de Andalucía, ya que son el pilar fundamental donde nos basaremos para planificar nuestras futuras programaciones y crear nuestras metodologías docentes. En el mismo camino que el punto anterior, también es primordial realizar la creación de una temporalización de las sesiones de aula competente, así como de las actividades, recursos y demás material que podamos proporcionar a los estudiantes, para que así cumplan los objetivos y estándares de aprendizaje mencionados anteriormente, siempre teniendo en cuenta los entornos del centro y aula contextualizados, adaptando estos materiales a las diferentes necesidades que pueda presentar el alumnado. Por otro lado, para la elaboración de este trabajo se debe investigar y analizar diferentes estudios, publicaciones y artículos previos para crear la fundamentación didáctica en la Juan Manuel Cañas Crespo Trabajo Fin de Máster - Derivadas de 1º Bachillerato Científico Centro de Estudios de Postgrado 12 Universidad de Jaén que basaremos la metodología de las sesiones de la temporización y actividades de la unidad, adaptando estos estudios previos a mi contextualización de centro y aula, y analizando propuestas de mejora de la enseñanza de este tema. Con este fin, también se analizarán diferentes libros de texto de la asignatura, comparándolos con el currículo de los contenidos y entre ellos, tras lo que haremos una elección, bajo mi propio criterio, del más adecuado en base a este análisis. Así mismo, estableceremos la unidad didáctica según los contenidos englobados en la programación de la asignatura, desarrollando el análisis y la investigación de los expertos en la materia, en este caso, la didáctica de la matemática. Dentro de estas investigaciones, no podemos olvidar reflexionar y analizar el porqué del, en algunos casos, rechazo o dificultades presentes en el alumnado hacia las Matemáticas, intentando proponer una solución en base de diferentes herramientas y técnicas atractivas a ojos del alumnado, para que estos puedan disfrutar y apreciar la materia. Con todo esto, buscaremos que, en el desarrollo de la unidad didáctica, queden todos sus apartados (como las competencias clave, los contenidos a trabajar, la metodología empleada, la temporización, la atención a la diversidad y la evaluación, …) claramente detallados y contextualizados. Por otro lado, debemos desarrollar esta unidad, perteneciente al temario del Proceso de Selección del Cuerpo de Profesores de Educación Secundaria y Bachillerato, bajo un importante rigor matemático, siendo esto fundamental en la formación del docente en cuanto al conocimiento matemático previo se refiere. Otro de los objetivos primordiales es desarrollar la autocrítica de manera activa en el mundo de la enseñanza y docencia, haciendo más fuerte la capacidad de aprendizaje y exploración autónomo, intentando encontrar la singularidad y progresando la aptitud de innovaren el ámbito docente, lo cual creo que es imprescindible para renovarse en este campo y no estancarse en un tipo de docencia autómata y aburrida. Finalmente, y con todos los objetivos anteriores, la realización del presente Trabajo Fin de Máster me permitirá iniciarme en la preparación de las oposiciones del cuerpo docente en la especialidad de Matemáticas con la explicación y desarrollo de uno de los temas propuestos para el proceso de selección de dicha especialidad, al igual que en la investigación docente. Juan Manuel Cañas Crespo Trabajo Fin de Máster - Derivadas de 1º Bachillerato Científico Centro de Estudios de Postgrado 13 Universidad de Jaén CAPÍTULO II.- FUNDAMENTACIÓN CURRICULAR. En el presente capítulo analizaremos el currículo perteneciente a la asignatura de Matemáticas I para el curso de 1º Bachillerato de la Modalidad de Ciencias, por lo que consultaremos los documentos oficiales vigentes, tanto a nivel nacional como autonómico, en los cuales se regulan los conceptos de obligatorio cumplimiento para el buen desarrollo de la didáctica de la asignatura, y del propio currículo preestablecido. Además, se analizarán dos libros de texto de diferentes editoriales del curso y materia propuestos, comprobando los conceptos, actividades y recursos que ambos nos proporcionan, tanto en formato impreso como en electrónico, y los compararemos entre ellos y con el currículo establecido por las normativas para asegurar si cumplen estos requisitos, y elegiremos, bajo nuestro criterio, el más adecuado, y que será en el que nos apoyaremos en la elaboración de la metodología didáctica del desarrollo de la unidad en el epígrafe V.10.- Metodología del capítulo V.- Proyección didáctica. II.1.- ANÁLISIS DE LAS DISPOSICIONES CURRICULARES VIGENTES. Como hemos mencionado anteriormente, comenzaremos este capítulo analizando el currículo perteneciente a la asignatura de Matemáticas I de 1º Bachillerato de Ciencias. Por tanto, para realizar este análisis nos basaremos en la normativa, tanto a nivel nacional como autonómico, que regula, entre otros conceptos, el contenido y currículo de obligatorio cumplimiento para garantizar el adecuado desarrollo de la unidad didáctica, de cada uno de los cursos de la Educación Secundaria Obligatoria y del Bachillerato. Estas normativas, principalmente, son: - ORDEN de 15 de enero de 2021 del Boletín Oficial de la Juan de Andalucía (BOJA), por la que se desarrolla el currículo correspondiente a la etapa de Bachillerato en la Comunidad Autónoma de Andalucía, donde se regulan determinados aspectos de la atención a la diversidad y se establece la ordenación de la evaluación de aprendizaje del alumnado (BOJA de 18/01/2021). - REAL DECRETO 1105/2014 de 26 de diciembre del Boletín Oficial del Estado (BOE), por el que se establece el currículo básico de la Educación Secundaria Obligatoria y del Bachillerato (BOE de 04/01/2015). Cabe destacar que, según la Orden de 15 de enero de 2021 en el Boletín Oficial de la Junta de Andalucía (BOJA), la Comunidad Autónoma de Andalucía ostenta la competencia compartida para el establecimiento de los planes de estudio, incluida la ordenación curricular, de conformidad con lo dispuesto en el artículo 52.2 del Estatuto de Autonomía para Andalucía, sin prejuicio de lo recogido en el artículo 149.1.30 de la Constitución Española a tenor del cual corresponde al Estado dictar las normas básicas para el desarrollo a fin de garantizar el cumplimiento de las obligaciones de los poderes públicos en esta materia. Juan Manuel Cañas Crespo Trabajo Fin de Máster - Derivadas de 1º Bachillerato Científico Centro de Estudios de Postgrado 14 Universidad de Jaén Por otro lado, y según esta misma Orden, se establece la ordenación y el currículo del Bachillerato en la Comunidad Autónoma de Andalucía, de conformidad con lo dispuesto en la Ley Orgánica 2/2006 de 3 de mayo, de Educación, y en el Real Decreto 1105/2014 de 26 de diciembre, por lo que se establece el currículo básico de la Educación Secundaria Obligatoria y del Bachillerato. Por tanto, para este análisis de las disposiciones curriculares vigentes, y a tenor de la información mencionada anteriormente y que queda recopilada en la normativa, nos basaremos en la Orden de 15 de enero de 2021 en el Boletín Oficial de la Junta de Andalucía (BOJA), ya que es la que regula el contenido de las unidades. Además, como la unidad didáctica objeto de estudio, Cálculo de derivadas y sus aplicaciones, pertenece al bloque 3 de análisis, en este estudio nos centraremos en dicho bloque y dicha unidad. Además, como la unidad del Cálculo de derivadas y sus aplicaciones está relacionada con otros temas anteriores y con conceptos de otros cursos (estudio y representación de funciones, límites, …), estos deben de tenerse en cuenta a la hora de realizar la fundamentación curricular, así como con las aplicaciones de las derivadas que los estudiantes puedan usar en futuros cursos o estudios superiores. Dentro de esta misma Orden, y para analizar el currículo de esta asignatura y esta unidad, el tema queda enmarcado dentro del Anexo II.- Materias del bloque de asignaturas troncales, siendo la materia número 24 recogida en dicho anexo. Dentro de esta materia, y de igual forma que las demás recopiladas en esta normativa, el currículo se organiza en cinco grandes núcleos: - Los objetivos de etapa. - Las estrategias metodológicas didácticas. - Los contenidos de cada bloque y unidad. - Los criterios de evaluación. - Los estándares de aprendizaje evaluables. - Las competencias clave. Además, hay que añadir que el enfoque de las competencias clave, se vinculan con los criterios de evaluación y los estándares de aprendizaje evaluables. En la siguiente tabla podemos comprobar el desarrollo de estos núcleos que conforman el currículo de bachillerato: Juan Manuel Cañas Crespo Trabajo Fin de Máster - Derivadas de 1º Bachillerato Científico Centro de Estudios de Postgrado 15 Universidad de Jaén Tabla 1.- Núcleos en los que se divide el currículo de Bachillerato. FUENTE: Elaboración propia, BOJA 2021. Por tanto, y según esta Orden de 15 de enero de 2021 del BOJA, los contenidos que se deben tratar en el bloque 3 de Análisis para el curso y asignatura objeto de estudio, son los siguientes: - Funciones reales de variable real. - Funciones básicas: polinómicas, racionales sencillas, valor absoluto, raíz, trigonométricas y sus inversas, exponenciales, logarítmicas y definidas a trozos. - Operaciones y composición de funciones. Funciones de oferta y demanda. - Concepto de límite de una función en un punto y en el infinito. Cálculo de límites. Límites laterales. Indeterminaciones. - Continuidad de una función. Estudio de discontinuidades. - Derivada de una función en un punto. Interpretación geométrica de la derivada de la función en un punto. Recta tangente y normal. Juan Manuel Cañas Crespo Trabajo Fin de Máster - Derivadas de 1º Bachillerato Científico Centro de Estudios de Postgrado 16 Universidad de Jaén - Función derivada. Cálculo de derivadas. Regla de la cadena. - Representación gráfica de funciones. En cambio, de estos conceptos pertenecientes al bloque 3 de análisis, los contenidos que se deben tratar en la unidad que estamos analizando son los siguientes: - Derivada de una función en un punto. - Interpretación geométrica de la derivada de la función en un punto. - Recta tangente y normal. - Función derivada. - Cálculo de derivadas. - Regla de la cadena. - Representación gráfica de funciones. Cabe destacar que, en cuanto a los contenidos de la unidad, el docentepuede ampliarlos si lo cree oportuno, ya que por ejemplo, hay una aplicación importante y que el alumnado sí tratará en próximos cursos, como es la optimización. Por lo tanto, a pesar de no ser parte del currículo que recoge la normativa vigente, sería conveniente desarrollarla y hacer una introducción a la misma durante el epígrafe V.9.- Contenidos y V.13.- Temporalización del capítulo V.- Proyección didáctica, ya que facilitaría a los estudiantes la mayor comprensión del estudio de las derivadas y sus aplicaciones en contextos reales de la vida cotidiana. Finalmente, en cuanto a los demás núcleos que tratan estas normativas en esta unidad, y que hemos mencionado anteriormente, se podrán ver más desarrollados en el capítulo V.- Proyección didáctica, en los epígrafes V.7.- Objetivos, V.8.- Competencias clave, V.9.- Contenidos, V.10.- Metodología, V.14.- Evaluación, V.14.1.- Criterios de evaluación y estándares de aprendizaje y V.14.2.- Sistema de evaluación. II.2.- ANÁLISIS DE LOS LIBROS DE TEXTO DE DIFERENTES EDITORIALES. En este epígrafe del trabajo analizaremos dos libros de texto de diferentes editoriales, comparándolos entre sí y con el currículo de los contenidos a tratar en esta etapa y que hemos descrito anteriormente basándonos en la Orden del 15 de enero de 2021 en el BOJA y en el Real Decreto 1105/2014 de 26 de diciembre del BOE, centrándonos en los contenidos de Matemáticas I de 1º Bachillerato Científico. Basándome en mi criterio y, habiendo comparado diferentes editoriales a nivel educativo, he seleccionado los libros de Matemáticas I de las editoriales Anaya y Oxford por su diversidad de material y recursos didácticos, tanto en sus versiones impresas como digitales. Además, los contenidos teóricos que se presentan en ambas editoriales son detallados y completos, lo cual hacen que la materia se comprenda de forma clara Juan Manuel Cañas Crespo Trabajo Fin de Máster - Derivadas de 1º Bachillerato Científico Centro de Estudios de Postgrado 17 Universidad de Jaén y sin complicaciones. Añadiría también que son dos de las editoriales más usadas en los Centros Educativos de nuestro país. Por tanto, los libros objeto de análisis serán los propuestos por las editoriales Anaya y Oxford, y tras el estudio y comparación mencionados anteriormente, daremos una valoración personal basada en estos análisis y concluiremos con la elección del libro que más se adecue al currículo y a nuestro criterio, en el cual nos apoyaremos en la creación de la metodología didáctica de aula que desarrollaremos en el epígrafe V.6.- Metodología del capítulo V.- Proyección didáctica. II.2.1.- ANÁLISIS DE LOS LIBROS DE TEXTO DE DIFERENTES EDITORIALES. En este epígrafe del trabajo, nos basaremos en el estudio del libro y editorial siguiente: Colera, J. y Oliveira, M.J. (2017). Matemáticas I, 1º Bachillerato. Grupo Anaya. Por tanto, la editorial Anaya, en su edición del año 2017, presenta el siguiente orden cronológico sobre los contenidos que desarrolla a lo largo de su libro: - BLOQUE I. ARITMÉTICA Y ÁLGEBRA: • Unidad 1. Números reales. • Unidad 2. Sucesiones. • Unidad 3. Álgebra. - BLOQUE II. TRIGONOMETRÍA Y NÚMEROS COMPLEJOS: • Unidad 4. Resolución de triángulos, Funciones y fórmulas trigonométricas. • Unidad 5. Funciones y fórmulas trigonométricas. • Unidad 6. Números complejos. - BLOQUE III. GEOMETRÍA ANALÍTICA PLANA: • Unidad 7. Vectores. • Unidad 8. Geometría analítica. Problemas afines y métricos. • Unidad 9. Lugares geométricos. Cónicas. - BLOQUE IV. ANÁLISIS: • Unidad 10. Funciones elementales. • Unidad 11. Límites de funciones. Continuidad y ramas infinitas. • Unidad 12. Iniciación al cálculo de derivadas. Aplicaciones. - BLOQUE V. ESTADÍSTICA Y PROBABILIDAD: • Unidad 13. Distribuciones bidimensionales. Juan Manuel Cañas Crespo Trabajo Fin de Máster - Derivadas de 1º Bachillerato Científico Centro de Estudios de Postgrado 18 Universidad de Jaén • Unidad 14. Cálculo de probabilidades. • Unidad 15. Distribuciones de probabilidad. Como se puede observar, nos centraremos en la Unidad 12. Iniciación al cálculo de derivadas. Aplicaciones, perteneciente al Bloque IV. Análisis. Hemos recogido todo el índice de los contenidos que recoge la editorial ya que, para el buen desarrollo de la unidad, los conceptos que se tratarán en la misma están relacionados con temas anteriores, sobre todo las pertenecientes al bloque de análisis. Centrándonos completamente en la unidad a tratar, comprobamos que la distribución de contenidos que presenta la editorial en este tema es el siguiente: BLOQUE IV. ANÁLISIS: - Unidad 12. Iniciación al cálculo de derivadas. Aplicaciones: • Crecimiento de una función en un intervalo: Tasa de variación media. • Crecimiento de una función en un punto. Derivada: Relación del crecimiento en un punto con la T.V.M., derivada de una función en un punto. • Función derivada de otra. • Reglas para obtener las derivadas de algunas funciones: Derivada de una función constante, derivada de x, derivada de una función potencia, derivada del producto de un número por una función, derivada de la suma de funciones, derivada de las funciones trigonométricas, derivada de las funciones arco, derivada de las funciones exponenciales, derivada de las funciones logarítmicas, derivada del producto de dos funciones, derivada del cociente de dos funciones, derivada de una función compuesta o regla de la cadena. • Utilidad de la función derivada: cálculo de derivadas de una función en varios puntos, obtención de las abscisas en las cuales la derivada tiene un cierto valor, obtención de las abscisas de los puntos singulares y cálculo de tramos donde la curva crece o decrece. • Representación de funciones polinómicas. • Representación de funciones racionales. En relación con estos contenidos, la editorial explica detalladamente estos conceptos, recopilando las fórmulas necesarias, dando definiciones, ejemplos y resoluciones gráficas en la propia explicación, y remarcando lo más importante de cada uno de los puntos. Juan Manuel Cañas Crespo Trabajo Fin de Máster - Derivadas de 1º Bachillerato Científico Centro de Estudios de Postgrado 19 Universidad de Jaén En cuanto a las actividades propuestas y las resueltas de cada uno de los contenidos que nos da la editorial para cada uno de los conceptos de los que tratan en esta unidad y que encontramos en este libro, distribuido en cada uno de sus puntos, son las siguientes: - Crecimiento de una función en un intervalo: 2 ejercicios propuestos y 3 ejercicios resueltos. - Crecimiento de una función en un punto. Derivada: 4 ejercicios propuestos y 2 ejercicios resueltos. - Función derivada de otra: 4 ejercicios propuestos. - Reglas para obtener las derivadas de algunas funciones: 20 ejercicios propuestos y 24 ejercicios resueltos. - Utilidad de la función derivada: 4 ejercicios propuestos y 4 ejercicios resueltos. - Representación de funciones polinómicas: 3 ejercicios propuestos y 3 ejercicios resueltos. - Representación de funciones racionales: 6 ejercicios propuestos y 3 ejercicios resueltos. Además, y como recoge Colera, J. y Oliveira, M.J. (2017) en su libro Matemáticas I, tanto en su formato impreso como online de la editorial Anaya, en esta unidad podemos encontrar otros materiales y recursos didácticos: - Nota histórica y eje cronológico al comienzo del bloque de análisis: Recogen los principales hechos históricos y avances en el campo de las matemáticas relacionados con el análisis, resumiendo quien las descubrió y cuando. - Historia de las derivadas: La unidad comienza con un resumen de los descubrimientos y aportaciones que se hicieron en este campoentre el sigo XVII y XIX. - Biografía de Leibniz. - Reflexiona y resuelve: 3 ejercicios propuestos al comienzo de la unidad para ayudar en la comprensión de la utilidad de las derivadas. - Animaciones interactivas: Ejemplos sobre cómo se aproximan las secantes a una curva pasando por un punto a la recta tangente a la curva en el punto. - Ejemplos interactivos: Para obtener y representar funciones derivadas de otras. - Banco de ejercicios resueltos y guiados: A parte de las actividades resueltas de cada uno de los puntos de la unidad y que mencioné anteriormente, también Juan Manuel Cañas Crespo Trabajo Fin de Máster - Derivadas de 1º Bachillerato Científico Centro de Estudios de Postgrado 20 Universidad de Jaén propone, a modo de repaso, 10 ejercicios y problemas, resueltos paso a paso y explicados. - Banco de ejercicios y problemas propuestos: Al final de la unidad, la editorial propone 97 ejercicios y problemas, muchos de ellos con diferentes apartados, donde se recogen actividades que recopilan todos los conceptos de la unidad. - Autoevaluación de la unidad: Tras los ejercicios propuestos mencionados anteriormente, la editorial propone 9 actividades de autoevaluación, donde los alumnos podrán obtener la resolución de estas en la versión online del libro. - Autoevaluación del bloque de análisis: Tras todo lo relacionado únicamente con esta unidad, y como es la última perteneciente a este bloque, la editorial propone 17 actividades de autoevaluación a modo de repaso del bloque, donde los alumnos podrán obtener la resolución de estas en la versión online del libro. - Lecturas: Lenguaje matemático, cómo nombramos las funciones y sus derivadas. - Consejos. - Ampliaciones teóricas. Por otro lado, el docente puede inscribirse en la página web del profesorado (http://www.anallaeducacion.es), donde encontramos los siguientes recursos: - Solucionario de las autoevaluaciones. - Actividades interactivas. - Ejemplos guiados. - Vídeos explicativos de los conceptos del tema. II.2.2.- ANÁLISIS DEL LIBRO DE 1º BACHILLERATO DE LA EDITORIAL OXFORD 2015. En este epígrafe del trabajo, nos basaremos en el estudio del libro y editorial siguiente: Bescós, E. y Pena, Z. (2015). Matemáticas I, 1º Bachillerato. Oxford Educación. Por tanto, esta editorial en la edición mencionada presenta el siguiente orden cronológico sobre los contenidos que desarrolla a lo largo de su libro: - BLOQUE I. NÚMEROS Y ÁLGEBRA: • Unidad 1. Números reales. • Unidad 2. Ecuaciones y sistemas. - BLOQUE II. TRIGONOMETRÍA Y NÚMEROS COMPLEJOS: • Unidad 3. Trigonometría I. • Unidad 4. Trigonometría II. http://www.anallaeducacion.es/ Juan Manuel Cañas Crespo Trabajo Fin de Máster - Derivadas de 1º Bachillerato Científico Centro de Estudios de Postgrado 21 Universidad de Jaén • Unidad 5. Números complejos. - BLOQUE III. GEOMETRÍA: • Unidad 6. Geometría analítica en el plano. • Unidad 7. Lugares geométricos. Cónicas. - BLOQUE IV. ANÁLISIS Y ESTADÍSTICA: • Unidad 8. Funciones. • Unidad 9. Funciones exponenciales, logarítmicas y trigonométricas. • Unidad 10. Límites y continuidad. • Unidad 11. Derivadas. • Unidad 12. Estadística. Como se puede observar, nos centraremos en la Unidad 11. Derivadas, perteneciente al Bloque III. Análisis y estadística. Hemos recogido todo el índice de los contenidos que recoge la editorial ya que, como en el análisis anterior, para el buen desarrollo de la unidad, los conceptos que se tratarán en la misma están relacionados con temas anteriores, sobre todo las pertenecientes al bloque de análisis. Centrándonos más en la unidad a tratar, comprobamos que la distribución que presenta la editorial en este tema es el siguiente: BLOQUE III. ANÁLISIS Y GEOMETRÍA: - Unidad 11. Derivadas: • Tasa de variación: Tasa de variación media, tasa de variación instantánea. • Derivada de una función en un punto: Interpretación geométrica, derivadas laterales. • Recta tangente y normal. • Continuidad y derivabilidad. • Función derivada: Concepto de función derivada, cálculo de la derivada de algunas funciones (función constante, función identidad, función cuadrática, función cúbica, función potencial, función exponencial, función logarítmica, funciones trigonométricas), derivadas de algunas operaciones con funciones (derivada de la suma de dos funciones, derivada de un número real por una función, derivada del producto de dos funciones, derivada del cociente de funciones), derivada de la composición de funciones o regla de la cadena, derivadas sucesivas. Juan Manuel Cañas Crespo Trabajo Fin de Máster - Derivadas de 1º Bachillerato Científico Centro de Estudios de Postgrado 22 Universidad de Jaén • Aplicaciones de las derivadas: Crecimiento y decrecimiento de una función, concavidad y convexidad, representación de funciones (polinómicas y racionales sencillas), optimización. En relación con estos contenidos, la editorial explica detalladamente estos conceptos, recopilando las fórmulas necesarias, dando definiciones, ejemplos y resoluciones gráficas en la propia explicación, y remarcando lo más importante de cada uno de los puntos. En cuanto a las actividades propuestas y las resueltas de cada uno de los contenidos que nos da la editorial para cada uno de los conceptos de los que tratan en esta unidad y que encontramos en este libro, distribuido en cada uno de sus puntos, son las siguientes: - Tasa de variación: 2 ejercicios propuestos y 3 ejercicios resueltos. - Derivada de una función en un punto: 10 ejercicios propuestos y 6 ejercicios resueltos. - Recta tangente y normal: 5 ejercicios propuestos, con la solución final para comprobar resultados, y 2 ejercicios resueltos. - Continuidad y derivabilidad: 4 ejercicios propuestos y 2 ejercicios resueltos. - Función derivada: 23 ejercicios propuestos y 23 ejercicios resueltos. - Aplicaciones de las derivadas: 12 ejercicios propuestos y 25 ejercicios resueltos. Cabe destacar que estas actividades propuestas, la editorial nos proporciona la solución numérica, para poder comprobar dicha solución con la que se obtenga al realizar el ejercicio, además que, en cada uno de los puntos de la unidad, hay actividades de diferentes niveles (bajo, medio, alto). Además, y como recoge Bescós, E. y Pena, Z. (2015) en su libro Matemáticas I, tanto en el formato impreso y como en el online de la editorial Oxford Educación, en esta unidad podemos encontrar otros materiales y recursos didácticos que conforman el proyecto Inicia de dicha editorial, y estos son: - Presentación – Texto “Circuito Nordschleife”: La unidad comienza con una introducción donde recogen situaciones de la vida cotidiana donde se pongan en práctica los conceptos a tratar que, en este caso, es el cálculo de velocidades. - Repasa lo que sabes: Proponen 4 actividades a modo de repaso y que son fundamentales que deben dominar antes del comienzo de la unidad. - Ejercicios resueltos: A parte de las actividades resueltas de cada uno de los puntos de la unidad y durante el desarrollo de la misma, y que mencioné anteriormente, también propone, a modo de repaso, 6 ejercicios y problemas Juan Manuel Cañas Crespo Trabajo Fin de Máster - Derivadas de 1º Bachillerato Científico Centro de Estudios de Postgrado 23 Universidad de Jaén resueltos paso a paso y explicados, presentando la estrategia de resolución completa. - Ejercicios y problemas: Al final de la unidad, la editorial propone 71 ejercicios y problemas, muchos de ellos con diferentes apartados (por ejemplo, el ejercicio número 24 de este apartado, en la página 336 del libro, presenta 27 apartados), dondese recogen actividades que recopilan todos los conceptos tratados en el desarrollo de la unidad. - Evaluación de la unidad: Tras los ejercicios y problemas mencionados anteriormente, la editorial propone 9 actividades de autoevaluación, relacionadas directamente con los estándares de aprendizaje, y que pueden verse resueltos en la versión online del libro. - Libro Inicia-Dual: El alumnado tiene la opción de acceder al libro físico y a su versión electrónica, ya que cada libro tiene un código con el que pueden acceder a este formato, con y sin acceso a Internet, donde encontrarán otros recursos: • Animaciones e interactividades con GeoGebra: Podemos encontrar actividades ya preparadas para exponerlas con el uso del software matemático GeoGebra y facilitar la visualización de conceptos como: interpretación geométrica de la relación entre las pendientes de las rectas y las tasas de variación media por intervalos, representaciones gráficas de funciones y sus derivadas (dando la opción de introducir otras funciones). • Vídeos tutoriales: Explicación y ejemplos sobre la regla de la cadena, ejercicios resueltos paso a paso sobre continuidad y derivabilidad, y diferentes ejemplos de representación de funciones. • Test interactivos. • Actividades de refuerzo y actividades de ampliación. - Recordatorios y observaciones: Estas aparecen durante el desarrollo de la unidad y destacan los aspectos más importantes de la misma. - Códigos QR: Se pueden encontrar en el libo físico, y al escanearlos dan acceso a los recursos del libro Dual mencionados anteriormente. Juan Manuel Cañas Crespo Trabajo Fin de Máster - Derivadas de 1º Bachillerato Científico Centro de Estudios de Postgrado 24 Universidad de Jaén II.2.3.- COMPARACIÓN ENTRE EDITORIALES Y EL CURRÍCULO, VALORACIÓN Y ELECCIÓN DEL LIBRO DE TEXTO TRAS ANÁLISIS PREVIO. Tras analizar los libros de las editoriales de Anaya y Oxford escogidos con el objetivo de compararlos entre sí y con el currículo de los contenidos a la asignatura Matemáticas I de 1º Bachillerato de la Modalidad de Ciencias, que como vimos anteriormente viene establecido en la ORDEN de 15 de enero de 2021 del BOJA, podemos afirmar que ambas editoriales cumplen en cuanto al contenido con el currículo escolar de la normativa. Por otro lado, no solo cumplen con este currículo establecido por la normativa, sino que, además, cada editorial amplía conceptos en cuanto al desarrollo de la unidad. En este caso, comparando ambos libros, la editorial que más amplía conceptos es Oxford, ya que introduce la tasa de variación media e instantánea, cálculo de derivadas de más funciones, derivadas laterales, continuidad y derivabilidad, derivadas sucesivas, crecimiento y decrecimiento de un función, concavidad y convexidad y la optimización. En contraposición, la editorial Anaya amplía conceptos como la tasa de variación media, cálculo de derivadas de una función en varios puntos, obtención de las abscisas en las cuales la derivada tiene un cierto valor, obtención de las abscisas de los puntos singulares y cálculo de tramos donde la curva crece o decrece. Comprobamos que los libros de ambas editoriales cumplen con los contenidos exigidos por la normativa, pero en cuanto a contenidos ampliados, destaca el libro de Oxford en su edición de 2015, ya que lo hace en mayor medida. Estos contenidos ampliados, sobre todo las aplicaciones de las derivadas, la tasa de variación media e instantánea, y el cálculo de derivadas de más funciones que las propuestas por Anaya, que serán fundamentales en futuros cursos de la vida académica de los estudiantes. En la siguiente tabla podemos ver la comparación de los contenidos de la unidad didáctica entre el currículo de la normativa, y los libros de la editorial de Anaya 2017 y Oxford 2015, pudiendo ver en los epígrafes anteriores, dedicados al análisis de cada libro, más detalladamente estos conceptos: Juan Manuel Cañas Crespo Trabajo Fin de Máster - Derivadas de 1º Bachillerato Científico Centro de Estudios de Postgrado 25 Universidad de Jaén NORMATIVA ANAYA 2017 OXFORD 2015 BLOQUE III. ANÁLISIS BLOQUE IV. ANÁLISIS BLOQUE III. ANÁLISIS Y ESTADÍSTICA UNIDAD 12. INICIACIÓN AL CÁLCULO DE DERIVADAS. APLICACIONES UNIDAD 11. DERIVADAS Derivada de una función en un punto. Interpretación geométrica de la derivada de la función en un punto. Recta tangente y normal. Función derivada. Cálculo de derivadas. Regla de la cadena. Representación gráfica de funciones. Crecimiento de una función en un intervalo. Crecimiento de una función en un punto. Derivada. Función derivada de otra. Reglas para obtener las derivadas de algunas funciones. Regla de la cadena. Utilidad de la función derivada. Representación de funciones polinómicas. Representación de funciones racionales. Tasa de variación. Derivada de una función en un punto. Recta tangente y normal. Continuidad y derivabilidad. Función derivada. Regla de la cadena. Aplicaciones de las derivadas. Representación gráfica de funciones. Tabla 2.- Comparación de los contenidos de la unidad didáctica entre el currículo de la normativa, y los libros de la editorial de ANAYA 2017 y OXFORD 2015. FUENTE: Elaboración propia. Juan Manuel Cañas Crespo Trabajo Fin de Máster - Derivadas de 1º Bachillerato Científico Centro de Estudios de Postgrado 26 Universidad de Jaén En relación con el desarrollo de la propia unidad, ambas editoriales son parecidas, pero Oxford va más allá con algunas demostraciones sencillas sobre las fórmulas y métodos de derivación que utilizarán en la resolución de ejercicios. Además, al abordar más contenido, el desarrollo de la unidad es más completo que el realizado por Anaya. En cuanto a las actividades que proporciona cada editorial, ambos son bastantes completos, pero vuelve a destacar Oxford al tener más variedad y cantidad de ejercicios (tanto propuestos como resueltos), actividades en diferentes niveles de dificultad, por indicar la solución de cada ejercicio para que pueda comprobarse una ver realizados, por proponer actividades de refuerzo y ampliación, en comparación con el libro de la editorial de Anaya. También añadiría que los enunciados de los ejercicios y problemas de Oxford son de una aplicación más real, ya que en muchas ocasiones son situaciones de la vida cotidiana, lo que favorece la comprensión del concepto de derivada por parte del alumnado y que entiendan que tienen una aplicación, pudiéndose comprobar esto desde el principio de la unidad de ambos libros, ya que en la primera página de la unidad Anaya propone un resumen de la historia del descubrimiento de las derivadas, y Oxford un texto sobre un circuito de carreras y el cálculo de velocidades mediante derivadas. Además, en cuanto a los recursos que nos proporcionan, Oxford presenta una mayor integración y uso de herramientas TIC, como con su libro Inicia-Dual, uso de códigos QR, con vídeos tutoriales o con ejercicios realizados con GeoGebra, lo que favorece en la hora de aplicar las metodologías docentes vinculadas al uso de los recursos TIC del aula, y que veremos en el capítulo IV.- Fundamentación didáctica. También destacaría que el aspecto visual del libro de Oxford resulta más atractivo y estético en comparación con el de Anaya, así como mantiene un lenguaje más entendible y comprensible a ojos del estudiante. Por lo tanto, y a modo de resumen, por todos estos motivos expuestos y justificados anteriormente, mi elección personal del libro de texto en el que me apoyaré enla formación de mi metodología didáctica para el desarrollo de la unidad y que podrá verse en el epígrafe V.10.- Metodología del capítulo V.- Proyección didáctica, será el libro de la editorial Oxford en su edición de 2015. Juan Manuel Cañas Crespo Trabajo Fin de Máster - Derivadas de 1º Bachillerato Científico Centro de Estudios de Postgrado 27 Universidad de Jaén CAPÍTULO III.- FUNDAMENTACIÓN EPISTEMOLÓGICA. En el presente capítulo del Trabajo Fin de Máster, estudiaremos y desarrollaremos, bajo un rigor importante matemático y académico, los contenidos pertenecientes al Tema 26.- Derivada de una función en un punto. Función Derivada. Derivadas sucesivas. Aplicaciones, correspondiente al temario que rige el procedimiento de ingreso, adquisición de nuevas especialidades y movilidad para el Cuerpo de Profesores de Enseñanza Secundaria Obligatoria y Bachillerato en la espacialidad de Matemáticas, aprobado por la ORDEN de 9 de septiembre de 1993 del Boletín Oficial del Estado (BOE). III.1.- INTRODUCCIÓN HISTÓRICA. El concepto de derivada surge tras varios siglos de esfuerzos centrados en la resolución de dos problemas: dibujar la recta tangente a una curva y encontrar la velocidad de un movimiento no uniforme. Estos conceptos mencionados anteriormente eran del interés de los matemáticos de la antigüedad, pero hasta el siglo XVI el método de resolución de cada problema de esta clase tenían un carácter extremadamente específico y aplicado a situaciones de la vida real, y no como se consideraba como un campo de estudio independiente. La acumulación de todos los descubrimientos que se dieron posteriormente, y que analizaremos a continuación, hizo que se estipulara un sistema teóricamente completo en el siglo XVII, en gran parte gracias a los trabajos de Newton y Leibniz. III.1.1.- TEORÍA DE LAS FLUXIONES DE NEWTON. En el método de las fluxiones se estudian magnitudes variables, introducidas como abstracción de las diferentes formas del movimiento mecánico continuo, se denominan fluentes. Todas las fluentes son variables dependientes que dependen del tiempo. A continuación, se introdujeron las velocidades de la corriente de las fluentes, que son las derivadas con relación del tiempo, conocidas como fluxiones. Además, como la fluxión constituye una variable, entonces se puede encontrar fluxiones de fluxiones. III.1.2.- CÁLCULO DIFERENCIAL DE LEIBNIZ. Leibniz (1646-1716) había llegado, hacia el año 1676, a la misma conclusión que había llegado Newton varios años antes, y era que estaba en posesión de un método de gran importancia por su generalidad y versatilidad. Ya fuera una cierta función racional o irracional, algebraica o trascendente, pero se hacía necesario desarrollar un lenguaje y una notación adecuados para tratar estos problemas. Leibniz tuvo siempre una fina apreciación de la importancia que tiene una buena notación para ayudar a los procesos del pensamiento, y la que eligió en el caso del cálculo diferencial era especialmente Juan Manuel Cañas Crespo Trabajo Fin de Máster - Derivadas de 1º Bachillerato Científico Centro de Estudios de Postgrado 28 Universidad de Jaén afortunada, ya que después de varios ensayos se decidió a representar por dx y dy las diferencias más pequeñas posibles, o diferenciales, de la x y de la y. En contraposición, la manera de razonar de Newton siempre estuvo mucho más cercana a la fundamentación moderna del cálculo que Leibniz, pero la eficacia de la notación diferencial y lo plausible de las ideas de Leibniz, provocaron una tendencia a aceptar mejor la idea de diferencial que la idea de fluxión. III.1.3.- PRIMERA DEFINICIÓN DEL CONCEPTO DE DERIVADA DE BOLZANO. Bolzano (1781-1848) fue el primero en definir la derivada f(x) como la cantidad, f´(x), a la cual se acerca indefinidamente la razón ( ) ( )f x x f x x + − , mientras x se acerque a 0, con valores positivos o negativos. Bolzano insistió en que f´(x) no era un cociente de ceros o una razón de cantidades evanescentes sino un número al cual tendía la razón anterior. III.1.4.- LECCIONES DE ANÁLISIS COMPLEJO DE CAUCHY. Más tarde, Cauchy (1789-1857), en su resumen de Lecciones De Análisis Complejo, definió la derivada de la misma manera que Bolzano. Entonces unificó esta noción con la diferencia de Leibniz defendiendo dx como cualquier cantidad finita y dy como f´(x)dx. La idea de Cauchy de relacionar el concepto de derivada con el de límite nos ha permitido en la actualidad poder trabajar con soltura en el campo de las derivadas. III.2.- PROBLEMAS HISTÓRICOS DE LAS DERIVADAS. El uso y aplicación del concepto de derivadas ha representado una herramienta fundamental en el cálculo de ciertos problemas o situaciones de diferentes campos de estudio. A continuación, pasaremos a repasar los problemas históricos en los que se ha usado las derivadas para su resolución. III.2.1.- CÁLCULO DE VELOCIDADES. Sea s=f(t) una función que expresa la dependencia de la distancia s recorrida por un punto material, respecto del tiempo t. Para encontrar la velocidad en el instante t=t0 consideremos el intervalo de tiempo [t0, t0 + h] para un incremento de tiempo h≠0. En este intervalo el punto recorrerá la distancia: Δs = f(t0+h) - f(t0). La velocidad media en esta parte del recorrido dependerá de h de tal forma que: 0( ) ( )o m f t h f ts v h h + − = = Así se representará la velocidad instantánea en el punto t0 con mayor precisión a medida que h sea cada vez más pequeño. De aquí se sigue que la velocidad instantánea en el tiempo t0 será: Juan Manuel Cañas Crespo Trabajo Fin de Máster - Derivadas de 1º Bachillerato Científico Centro de Estudios de Postgrado 29 Universidad de Jaén 0 0 0 ( ) ( ) lim h f t h f t v h→ + − = Sin embargo, para calcular la velocidad de diferentes clases de movimientos, debemos encontrar un procedimiento de calcular este límite para diferentes funciones f(t). III.2.2.- CÁLCULO DE LA RECTA TANGENTE. Sea la curva C la gráfica de una función y=f(x), y sea A el punto que, perteneciendo a la curva C, tiene como abscisa x0. Para definir la tangente, consideremos sobre la curva C otro punto B/ A≠B, de abscisa x0+h. Dibujemos la secante AB y notemos por β el ángulo que forma con el eje x. Dejemos ahora que el punto B se aproxime al A a lo largo de la curva C. Si la secante correspondiente AB tiende a una posición límite, entonces la recta T que corresponde a esta posición límite se llama tangente en el punto A. Evidentemente, el ángulo α formado por la recta T con el eje x debe ser igual al valor límite del ángulo variable β. 0 0( ) ( )f x h f xtg h + − = 0 0 0 ( ) ( ) lim lim B A h f x h f x tg tg h → → + − = = Ilustración 1.- Gráfica de la recta tangente. FUENTE: Elaboración propia, GeoGebra. III.3.- DERIVADA DE UNA FUNCIÓN EN UN PUNTO. En este apartado veremos los conceptos más importantes relacionados con la derivada de una función en un punto. Juan Manuel Cañas Crespo Trabajo Fin de Máster - Derivadas de 1º Bachillerato Científico Centro de Estudios de Postgrado 30 Universidad de Jaén III.3.1.- DEFINICIÓN DE DERIVADA DE UNA FUNCIÓN EN UN PUNTO. Definición: Sea la función real de variable real, :f A→ , y supongamos un punto 'a A A , por tanto, el punto a es un punto de A y al mismo tiempo es un punto de acumulación de A a− . Consideramos ahora la función :af A a− → definida con la siguiente expresión: ( ) ( ) (x) ,a f x f a f x A a x a − = − − Entonces, se dice que la función f es derivable en el punto a cuando la función af tiene límite, y lo notamos como '()f a . Por tanto: ( ) ( ) '( ) lim ( ) lima x a x a f x f a f a f x x a→ → − = = − Por tanto, y según comprobamos de esta definición, se deduce fácilmente que no tiene sentido hablar de derivada de una función en puntos aislados de su propio conjunto de definición, sino que sólo tiene sentido hablar de derivada de una función en puntos de su dominio que sean a la vez puntos de acumulación del mismo. Además, para que exista dicha derivada de f en el punto a, debe existir dicho límite y tiene que ser finito. Por contrario, si en la expresión anterior hacemos un cambio de variable, de tal forma que tenemos x h a= + , obtenemos otra definición equivalente de derivada de una función en un punto, que será: 0 ( ) ( ) '( ) lim h f a h f a f a h→ + − = Ilustración 2.- Grafica de la interpretación de la derivada de una función en un punto. FUENTE: Mingorance, M. (2020), GeoGebra. Por tanto, podemos deducir que la derivada en un punto de una función coincide con el cociente incremental obtenido cuando se aproxima lo máximo posible la variable x al punto a, haciéndose el intervalo h lo más pequeño que se desee. Juan Manuel Cañas Crespo Trabajo Fin de Máster - Derivadas de 1º Bachillerato Científico Centro de Estudios de Postgrado 31 Universidad de Jaén III.3.2.- DERIVADAS LATERALES Y CONDICIONES DE DERIVABILIDAD. En el epígrafe anterior, hemos hablado de la variable h. Pues bien, dicha variable es un incremento y, por tanto, puede tomar valor positivo o negativo. El incremento h puede situarse a la derecha o izquierda del punto a, apareciendo el concepto de derivadas laterales Definición: Sea A un conjunto de números reales, donde tenemos que 'a A A y : ; :a aA x x a A x x a − += = , y la función :af A a− → viene dada por: ( ) ( ) ( ) ,a f x f a f x x A a x a − = − − Entonces, si esta tiene límite por la izquierda (derecha) en el punto a, y se dice que f es derivable por la izquierda (derecha) en el punto a y la derivada por la izquierda (derecha) de f en a será el límite por la izquierda (derecha) de af en el punto a. Si utilizamos la variable h, se dice que si el cociente ( ) ( )f a h f a h + − tiene límite cuando h tiende a 0 para valores menores de 0, es decir 0 ( ) ( ) lim h f a h f a h−→ + − 0 ( ) ( ) '( ) lim h f a h f a f a h− − → + − = se dice que f tiene derivada por la izquierda en el punto a, '( )f a− . De forma análoga, podríamos definir la derivada por la derecha de f en el punto a, '( )f a+ . De lo anterior, se deduce una condición necesaria y suficiente para que exista la derivada de una función en un punto, así para que la función f sea derivable en el punto a deben existir y coincidir los limites laterales: '( ) '( ) '( )f a f a f a− += = . El estudio de las derivadas laterales en un punto es útil, sobre todo en funciones que tienen distintas expresiones analíticas a ambos lados del punto. El siguiente ejemplo es un caso típico de lo visto anteriormente: Sea :f → ; ( )f x x= ; - 0 0 x si x x x si x = Queremos estudiar la derivabilidad de dicha función en x=0, por tanto, debemos calcular sus derivadas laterales. 0 0 ( ) (0) '(0 ) lim lim 1 0x x f x f x f x x− − − → → − − = = = − − Juan Manuel Cañas Crespo Trabajo Fin de Máster - Derivadas de 1º Bachillerato Científico Centro de Estudios de Postgrado 32 Universidad de Jaén 0 0 ( ) (0) '(0 ) lim lim 1 0x x f x f x f x x+ − + → → − = = = − Como se puede observar, en este caso existen las derivadas laterales de f pero no coinciden, por lo que podemos afirmar que no cumple la condición de derivabilidad en x=0. III.3.3.- RELACIÓN ENTRE CONTINUIDAD Y DERIVABILIDAD. Teorema: Sea la función :f A→ con A , si f es derivable en a A , entonces es continua en a. Por tanto, se puede afirmar que toda función derivable es continua. Demostración: Si una función f es continua, debe de verificarse que lim ( ) ( ) x a f x f a → = : ( ) ( ) lim ( ) lim[ ( ) - ( ) ( )] lim[ ( ) ( )] x a x a x a f x f a f x f x f a f a x a f a x a→ → → − = + = − + = − = ( ) ( ) lim lim( ) ( )] '( ) 0 ( ) ( ) x a x a f x f a x a f a f x f a f a x a→ → − = − + = + = − Sin embargo, una función que sea continua no tiene que ser derivable. Anteriormente hemos visto como la función :f → ; ( )f x x= ; - 0 0 x si x x x si x = no era derivable en x=0, pero si es continua en dicho punto. III.3.4.- DERIVADA DE UNA FUNCIÓN. Definición: A partir de las deducciones anteriores, y siendo la función :f A→ , con A cuando A es un intervalo abierto, si f es derivable en todos los puntos de A, la derivada de dichos puntos está definida en el intervalo A y viene dada por la derivada de f, a la cual llamamos f’. 0 ( ) ( ) '( ) lim h f x h f x f x h→ + − = Interpretación geométrica: Si en la gráfica de una función f trazamos una recta secante entre dos puntos de la función, que serán ( , ( ))P a f a y ( , ( ))Q x f x , tenemos: Juan Manuel Cañas Crespo Trabajo Fin de Máster - Derivadas de 1º Bachillerato Científico Centro de Estudios de Postgrado 33 Universidad de Jaén Ilustración 3.- Gráfica de la interpretación de la derivada de una función en un punto y la recta secante a la función. FUENTE: Mingorance, M. (2020), GeoGebra. En el punto P calculamos la pendiente, n, de la recta secante y comprobamos que coincide con el cociente incremental: ( ) (a)f x f n x a − = − Pues bien, si aplicamos lo visto anteriormente en la definición de derivada, y dicho incremento h se va reduciendo lo máximo posible de forma que el punto Q se va acercando a P a lo largo de la curva de f, llegará un momento que cuando h tiende a 0, y la recta que antes cortaba a la curva en dos puntos, ahora sólo lo hace en uno, en el punto P, siendo en ese caso una recta tangente a la curva, cuya pendiente coincide con la derivada de f en a: ( ) ( ) '( ) lim x a f x f a m f a x a→ − = = − 0 ( ) ( ) '( ) lim h f a h f a m f a h→ + − = = Por tanto, si queremos calcular la ecuación de la recta tangente a una curva en un punto dado, podemos aplicar la definición anterior para obtener la pendiente de la misma y aplicando la ecuación punto pendiente de la recta, obtendríamos fácilmente la ecuación de dicha recta tangente. Ecuación punto-pendiente: Sea el punto ( , ( ))P a f a y la pendiente m, la recta que se obtiene con esos datos sería: : ( ) ( )t y f a m x a= + − De modo que, como ya hemos dicho varias veces anteriormente, la pendiente m coincide con la derivada en la abscisa de ese punto, siendo '( )m f a= . La ecuación de la recta tangente (t) se puede describir como: : ( ) '( ) ( )t y f a f a x a= + − Juan Manuel Cañas Crespo Trabajo Fin de Máster - Derivadas de 1º Bachillerato Científico Centro de Estudios de Postgrado 34 Universidad de Jaén Ilustración 4.- Gráfica de la interpretación de la derivada y la recta tangente a la función en un punto. FUENTE: Martín Mingorance, M. (2020), GeoGebra. III.4.- ÁLGEBRA DE LAS DERIVADAS. En este epígrafe se analiza el comportamiento de las derivadas ante diferentes operaciones algebraicas y composiciones entre funciones. III.4.1.- DERIVADA DE SUMA DE FUNCIONES. Si las funciones f y g son derivables en el punto ( )a D f , entonces la operación f+g es derivable en dicho punto a, de tal forma: ( ) '( ) '( ) '( )f g a f a g a+ = + Demostración: 0 0 ( ) ( ) ( ) ( )( )( ) ( )( ) ( ) '( ) lim lim h h f a h g a h f a g af g a h f g a f g a h h→ → + + + − ++ + − + + = = = 0 0 0 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) lim lim lim h h h f a h f a g a h g a f
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