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REPRESENTACIONES SEMIÓTICAS DE SÓLIDOS QUE TIENEN LOS ESTUDIANTES DE EDUCACIÓN MEDIA JAIME BUENAVENTURA GAMBOA Trabajo de grado como requisito parcial para optar el Titulo de Magister en Educación Directora: LIGIA INÉS GARCÍA Magister en educación y desarrollo humano UNIVERSIDAD DEL TOLIMA FACULTAD DE CIENCIAS DE LA EDUCACIÓN MAESTRÍA EN EDUCACIÓN IBAGUÉ – TOLIMA 2015 2 3 4 5 DEDICATORIA A Dios, porque me permite cada mañana levantarme y abrir los ojos para darme cuenta lo bendecido que he sido, pues me ha permitido la realización de muchos sueños, en diferentes ámbitos, incluido el intelectual. A mis padres, para quienes procuro ser emulación, invitándolos siempre a la fiesta que se debe gozar en el encuentro con el conocimiento, siendo la educación el medio que me ha regalado el universo para mejorar nuestra calidad de vida y realizarme en mi vocación de docente, la que amo, disfruto y vivo con alegría. 6 AGRADECIMIENTOS LA GRATITUD ES EL SIGNO DE LAS ALMAS NOBLES. -ESOPO Manifiesto mi más sincero agradecimiento a: A Dios, por poner Ángeles en mi camino, metidos en los huesos de seres humanos, para facilitarme el trasegar por los caminos del conocimiento. A mi padre que desde el cielo está brindándome, el apoyo, la seguridad y la confianza que siempre me ofreció en vida y quien estará contento por todos mis logros que a la vez son suyos. A mi madre quien nunca desfallece en brindarme todo su apoyo, su energía y dirigir mi camino por las sendas del señor. A mis compañeros y amigos quienes siempre me brindaron, su libros, su tiempo y su apoyo. A mi asesora de maestría por brindarme la paciencia que la caracteriza y su apoyo en su saber. A los alumnos que participaron en la experiencia y que pusieron a disposición parte de su tiempo, de su conocimiento y voluntad. Y todas aquellas personas que de una u otra manera contribuyeron para que este proyecto finalizará. 7 CONTENIDO INTRODUCCIÓN 15 1. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 17 1.1 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA 17 1.2 PREGUNTAS ORIENTADORAS 18 1.2.1 Pregunta general. 18 1.2.2 Preguntas Específicas 18 2.JUSTIFICACIÓN 19 3.OBJETIVOS 20 3.1OBJETIVO GENERAL 20 3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 20 4 .MARCO DE REFERENCIA 21 4.1ESTADO DEL ARTE 21 4.2 MARCO TEÓRICO 29 4.2.1 Sobre el aprendizaje de conceptos 30 4.2.2 Esquema del desarrollo conceptual del individuo l. S. Vygotsky Adaptación 31 4.2.3 El papel del lenguaje (semiótico) en el aprendizaje y en la formulación de los conceptos. 32 4.2.4Significado de los objetos matemáticos 34 4.2.5 Sistemas semióticos según Raymond Duval 36 4.2.6 Clases de transformaciones semióticas 37 4.2.7 Esquema interpretativo de las clases de sistemas semióticos 38 4.2.8 Congruencia y no congruencia entre registros de representación. 41 4.2.9 Algunas representaciones del concepto matemático 44 8 4.2.9.1 Representaciones semióticas. 44 4.2.9.2 Expresión verbal 44 4.2.9.3 Objeto matemático 44 4.2.9.4 Semiósis Interpretativa 44 4.2.9.5 Semiósis Proyectiva 44 5 METODOLOGÍA 45 5.1 TIPO DE ESTUDIO 45 5.2 PARTICIPANTES DEL ESTUDIO 45 5.3 PLAN PARA LA RECOLECCIÓN DE LA INFORMACIÓN 46 5.3.1 Taller número uno – actividad de representación cotidiana 46 5.3.2 Taller número dos - actividad de representación 2D VS 3D. 47 5.3.3 Taller número tres - actividad de exploración multiplicidad de construcciones 47 5.3.4 Grabaciones de voz. 47 5.4 PROCEDIMIENTO 47 6 ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN 48 6.1 PROCESO DE FORMACIÓN 48 6.1.1 Representaciones graficas de formación 51 6.1.2 Representaciones geométricas de formación 55 6.1.3 Representaciones verbales orales de formación 58 6.2 PROCESO DE TRATAMIENTO 60 6.2.1 Representaciones verbales orales de tratamiento 63 6.2.2 Representación geométrica de tratamiento 64 6.3PROCESO DE CONVERSIÓN 68 6.3.1 Representaciones verbales escritas de conversión 69 6.3.2 Representaciones verbales orales de conversión 73 6.3.3 Representación gráficade conversión 74 6.3.4 Representación geométrica de conversión 75 6.3.5 Representación de objeto matemáticos concretos 76 9 7. CONCLUSIONES 78 8. RECOMENDACIONES 80 REFERENCIAS 81 ANEXOS 84 10 LISTA DE TABLAS Tabla 1.Grabación uno de formación 59 Tabla 2.Grabación dos de formación 59 Tabla 3.Grabación tres de formación 59 Tabla 4.Grabación cuatro de formación 60 Tabla 5.Representación verbal escrito correspondencia semántica de asociación de tratamiento 60 Tabla 6.Uso que ofrece el objeto de tratamiento 61 Tabla 7.La organización de las palabras de tratamiento 61 Tabla 8.Esquemas basados en líneas sin operar de tratamiento 62 Tabla 9.Coherencia de tratamiento 62 Tabla 10.Grabación uno de tratamiento 63 Tabla 11Grabación dos de tratamiento 64 Tabla 12.Grabación tres de tratamiento 64 Tabla 13.Unidades significantes 68 Tabla 14.Grabación 1. De conversión 73 Tabla 15.Proyección 74 Tabla 16.Proyección 2 75 Tabla 17.Construcción de cubos 76 11 LISTA DE FIGURAS Figura 1.Desarrollo conceptual del individuo l. S. Vygotsky 31 Figura 2.Clases de sistemas semióticos 38 Figura 3.Los dos procesos cognitivos fundamentales del pensamiento 38 Figura 4.Los dos tipos de tratamiento, visual y discursivo, en relación la actividad geométrica y el problema de su articulación. 40 Figura 5.Correspondencia semántica 41 Figura 6.Univocidad semántica terminal 42 Figura 7.Conservación del orden de organización de los atributos significantes 42 Figura 8.Mapa contextual del proyecto 46 Figura 9.Representaciones verbales escritas. 48 Figura 10.Registro verbal a fotográfico 49 Figura 11.Uso de características de forma 49 Figura 12.Palabras asociadas 50 Figura 13. Párrafo descriptivo 50 Figura 14.Figuras geométricas planas 51 Figura 15.Trazos rectos y curvos 51 Figura 16.Figuras planas (triángulos, rectángulos trapecios 52 Figura 17.Líneas rectas en la construcción de al parecer un acuario 52 Figura 18.Proyección tridimensional 53 Figura 19.Proyección basada en medidas 53 Figura 20.Lengua representacionista 54 Figura 21uso de líneas rectas, el uso de líneas curvas 54 Figura 22.No hay un uso de reglas en la construcción de líneas rectas y curvas 55 Figura 23.Proyección espacial (tridimensional), 56 Figura 24desarrollo plano. 56 Figura 25.No se conservan las dimensiones del solido patrón. 57 Figura 26.Gráfico de apoyo adiciona 57 12 Figura 27.Proyección visual 58 Figura 28. Las digitales, discretas, de carácter alfanumérico 65 Figura 29.Representaciones analógicas 65 Figura 30.Representación semiótica 66 Figura 31.Prisma de base pentagonal y la pirámide de base hexagonal 66 Figura 32.Bases rectangulares 67 Figura 33.Interpretación a la luz de Duval 67 Figura 34.Organización sintáctica, relación con las figuras 69 Figura 35.Ausencia de la unidad significante 69 Figura 36.Sistema semióticode formación 70 Figura 37.Congruencia y no congruencia 70 Figura 38.Figura solidas, planas volumen 71 Figura 39.Objeto, matemático, semántica 72 Figura 40.Correspondencia semántica vertical y horizontal 73 Figura 41.Semántica, Congruencia y no congruencia 75 13 RESUMEN En esta investigación intervienen estudiantes de educación media de la institución educativa Modelia, con el propósito de reconocer el concepto de solido geométrico que poseen a partir de las representaciones semióticas. Para este proceso se cuenta con una metodología de investigación de tipo descriptiva- cualitativa de corte exploratoria por sus característica propuestas, puesto que esta nos permite acércanos de forma más efectiva a los procesos cognitivos que experimentan los estudiantes de educación media durante su proceso de aprendizaje. El procedimiento entonces tendría los siguientes momentos; reconocimiento y descripción de las representaciones que hacen los estudiantes y el tratamiento de ellas en términos de Duval, la interpretación de las representaciones identificadas en relación con el concepto de sólido que están manejando los estudiantes y un tercer momento de categorización en torno al concepto de sólido, para ello se utilizaran como recurso de recopilación de información talleres, grabaciones y ficha de observación. La fuente de referencia teórica se base en los hallazgos obtenidos por Raymond Duval en el estudio de las representaciones semióticas. Palabras claves: representación, representaciones semióticas, representaciones mentales, solido geométrico, formación, tratamiento, conversión. 14 ABSTRACT This research involved high school students from the school Modelia, in order to recognize the concept of geometric solid from possessing semiotic representations. For this process it has a research methodology qualitative descriptively type of exploratory cutting proposals feature, since this allows us to be closer to more effective cognitive processes experienced by high school students during the learning process. The process would then have the following times; recognition and description of the representations made by students and treating them in terms of Duval, the interpretation of the representations identified in relation to the concept of solid they are handling students and a third time on the concept categorization solid , for it will be used as a resource for information gathering workshops, recordings and observation sheet. The source of theoretical reference is based on the findings by Raymond Duval in the study of semiotic representations. Keywords: representation, semiotic representations, mental representations, geometric solid, training, treatment, conversion. 15 INTRODUCCIÓN Este trabajo investigativo presenta el estudio realizado en la institución educativa Modelia en el nivel de educación media, con aproximadamente 70 estudiantes, entre las edades de 15 a 18 años, en búsqueda de reconocer el concepto de solido geométrico que ellos poseen a partir de las representaciones semióticas. Esta investigación nace de la observación que como profesor de matemáticas diviso a la hora de pedir a los estudiantes realizar representaciones en los campos del pensamiento matemático y en particular en el campo del pensamiento geométrico aún más específicamente en la representación de sólidos. Por ello se inició un proceso de búsqueda de antecedentes en el campo de la investigación en representaciones semióticas en el campo de la geométrica como quedo evidenciado en el estado del arte, de allí que solo se observó investigaciones acerca de las representaciones semióticas en el campo del algebra y el cálculo, pero no en la geometría. Los estudios más cercanos a nuestra base investigativa los encontramos en diversos estudiosos como, Raymond Duval, Bruno D’amore, Ospina García, Vicen Font, entre otros, quienes en sus investigaciones relacionan las representaciones internas y externas que realizan los seres humanos y de la manera como de estas se puede analizar, la conceptualización de los objetos de estudio, en nuestro caso los objetos de estudio matemático. De allí que se estableció la metodología de investigación de tipo descriptiva- cualitativa de corte exploratoria por sus característica propuestas, puesto que esta nos permite acércanos de forma más efectiva a los procesos cognitivos que experimentan los estudiantes de educación media durante su proceso de aprendizaje. Realizando el proceso en tres momentos el primero de reconocimiento y descripción de las representaciones que hacen los estudiantes y el tratamiento de ellas en términos de 16 Duval, el segundo la interpretación de las representaciones identificadas en relación con el concepto de sólido que están manejando los estudiantes y un tercer momento de categorización en torno al concepto de sólido, haciendo uso de diferentes recurso de recopilación de la información. Para luego entregar unas conclusiones del proceso investigativo y unas recomendaciones para unas futuras investigaciones, así como, para el proceso de enseñanza y aprendizaje mismo. 17 1. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 1.1 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA El problema que origina la presente investigación se plantea desde la mirada del estudiante y, a partir de la interacción en el aula, puesto que, como docente del área de matemáticas se ha evidenciado ciertas dificultades a la hora de realizar diferentes representaciones geométricas de los objetos (conceptos) matemáticos, entre ellos los sólidos, por parte de los estudiantes de educación media. Esto repercute en el análisis y la interpretación sesgada de los conceptos geométricos, conllevando a que los estudiantes no logren desarrollar procesos métricos y de medida, fundamentales para la apropiación de conceptos en su definición y su aplicabilidad dentro y fuera del ámbito escolar. Este trabajo se sitúa en un campo general que denominamos pensamiento espacial y sistemas geométricos, que constituye uno de los procesos en el desarrollo de la investigación en Didáctica de las Matemáticas y que se ocupa de los fenómenos de enseñanza, aprendizaje y comunicación de los objetos (conceptos) de representación y sistemas geométricos en el sistema educativo y en el medio social.(MEN, 7 de junio de 1998) Por otra parte, es bien sabido que los individuos elaboran sus modelos en la interacción y en las relaciones simbólicas; para el caso, correspondería a la interacción en el aula de clase, en la que el estudiante recibe a diario la influencia de un lenguaje matemático, que se va distorsionando a medida que avanza en su proceso de aprendizaje, es decir, a medida que su imaginario tiene que acomodarse a las diferentes fenómenos que circulan en la noosfera de su ambiente de aprendizaje. Allí que podríamos pensar de qué manera la matemática le proporciona un poderoso medio de comunicación y de ayuda para explorar, crear y acomodarse en las nuevas condiciones y crear nuevos conocimientos para la vida. 18 Es suficiente observar la necesidad como matemático del estudio de la geometría descriptiva y este intento de abordaje de la geometría y el pensamiento espacial como objetos de estudio nos recuerdan que todos los objetos creados por el hombre, desde un simple alfiler hasta la más compleja maquinaria industrial, son concebidos inicialmente como un representación interna y manifiesta como una representación externa de la que nos ocuparemos a través del estudio de sus sistemas semióticos de representación. Por esto, el estudio de la Geometría Descriptiva,permite definir correctamente la representación de los objetos tridimensionales antes ó después de su existencia real. Estudiar Geometría Descriptiva es estudiar el mundo que nos rodea, todos los objetos físicos que pueden ser concebidos por el hombre mediante representaciones planas de los mismos, y es la Geometría Descriptiva la que define las reglas que rigen la elaboración de estas proyecciones. 1.2 PREGUNTAS ORIENTADORAS 1.2.1 Pregunta general. ¿Cuál es el concepto de solido geométrico que se puede inferir de las representaciones que hacen los estudiantes? 1.2.2 Preguntas Específicas ¿Cuáles son los registros semióticos que más utilizan los estudiantes en las representaciones de sólidos? ¿Cuáles son las dificultades que presentan en el tratamiento y conversión delas representaciones semióticas que hacen de los sólidos? 19 2. JUSTIFICACIÓN Entender el conocimiento humano es un problema central en la reflexión filosófica: ¿Cómo es que el hombre puede tener presentes los objetos del mundo externo? ¿Dónde y cómo se ubican los conocimientos? estos son algunos de los cuestionamientos que dirigen esta investigación, centrada en la escolaridad media pero intencionada para la reproducción en diferentes ambientes de aprendizaje. La constante mejora de los procesos educativos y la creación de ambientes que faciliten los aprendizajes significativos, llevan a direccionar esta propuesta en la búsqueda y análisis de los fenómenos que modifican o perjudican el proceso de representación en matemáticas; además, se asume que la construcción del conocimiento matemático es un fenómeno social y cultural, que la educación matemática desempeña un papel relevante en la transmisión de los significados y valores compartidos en nuestra sociedad; así pues, centra su objeto de reflexión en el campo de las matemáticas que comienza con la geometría escolar básica, avanza por los diferentes sistemas de representación superiores y continúa con el estudio sistemático de representaciones teniendo una orientación esencialmente curricular. Ahora bien como el aprendizaje de los objetos matemáticos no puede ser más que le conceptualización del objeto mismo, pero que no puede estudiarse separa de la representación que es la plataforma en donde se sitúa esta interrelación, estaremos de momentos en diferentes esferas de significación (concepto – realidad- conceptualización – semiótica de representación social – del individuo, etc.) 20 3. OBJETIVOS 3.1 OBJETIVO GENERAL Reconocer el concepto de solido geométrico que poseen los estudiantes a partir de las representaciones semióticas. 3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS Identificar las representaciones semióticas de sólidos geométricos que utilizan los estudiantes. Identificar procesos de tratamiento y conversión de las representaciones semióticas de sólidos geométricos que hacen de los estudiantes 21 4 MARCO DE REFERENCIA 4.1 ESTADO DEL ARTE La representaciones semióticas de sólidos no es un concepto del que se allá encontrado diversos estudios lo que indica que es un fenómeno del cual empiezan a surgir y emergen nuevos saberes, pero de lo que si se aparecen investigaciones es de la representación semiótica en el contexto matemático del cálculo y del algebra, concepto que abordaremos como base de nuestro estudio para el fortalecimiento de la didáctica de las matemáticas. Para esta investigación se referencian los siguientes resultados investigativos sobre representaciones semióticas; Sandoval (2012), en su tesis de maestría “Las representaciones geométricas como herramienta para la construcción del significado de expresiones y operaciones algebraicas, desarrollado con alumnos de octavo grado del instituto San José Del Pedregal” pretende explorar la posibilidad de desarrollar habilidades en la apropiación del concepto y significado de expresiones algebraicas y sus operaciones, utilizando como herramienta representaciones geométricas. De este trabajo le logro concluir que las medidas y el uso de actividades con representación geométrica dentro del aula de clases, ayuda y facilita la comprensión de contenidos algebraicos, iniciando con actividades de generalización para la comprensión y aprehensión del concepto de variable desarrollando con ello habilidades para reconocer, describir, generalizar patrones numéricos y construir sucesiones de números a partir de una regla dada; específicamente para la construcción de conceptos como el de polinomios y sus operaciones. 22 Duval (1992) en su trabajo Gráficas y Ecuaciones: la articulación de dos registros, aplica a los estudiantes una prueba de diez preguntas, en las cuales deben relacionar gráficas de funciones lineales con sus correspondientes expresiones algebraicas. Los resultados hicieron evidentes las dificultades para hacer conversiones desde el registro gráfico al algebraico, al efectuar una interpretación global de las gráficas, ya que los estudiantes en su mayoría eligieron la vía del punteo. En su investigación Duval (1992) concluye que la traducción del registro gráfico al registro algebraico necesita de una identificación exacta de las unidades significantes (entendida esta como los valores que pueden tomar las diferentes variables en cada registro de representación) de la representación gráfica y del reconocimiento de las unidades significantes en la escritura simbólica correspondiente. Esta investigación permitió reconocer las dificultades que presentan los estudiantes al realizar conversiones del registro gráfico al registro algebraico debido a la falta de congruencia entre el registro gráfico y el registro algebraico. En la investigación de Muñoz y Tobon (1998), Representaciones semióticas del concepto de función real de variable real, en estudiantes de grado 11 del colegio Americano de Ibagué, Se analizó si podían los estudiantes identificar funciones y hacer conversiones del registro algebraico de función al registro gráfico. De allí que se concluyó que el 99% de los estudiantes presentaban gran dificultad el hacer conversión del registro algebraico de función al registro graficó y viceversa. En esta investigación se vincularon dos nuevos fenómenos: En el primero se presentan a los docentes como los modeladores que no hacían énfasis en las representaciones semióticas y su conexión con los elementos conceptuales. 23 En el segundo los textos escolares que eran utilizados por los estudiantes no empleaban el cambio de registro, de allí que las tareas no les permitían tomar en cuenta la conexión y dependencia existente entre la semiósis y noesis, no solo en matemáticas sino en las diversas áreas, esto da como resultado que se privilegie el trabajo con las representaciones mentales haciendo que las representaciones semióticas sean una simple expresión para la comunicación. Así mismo la investigación de Lozano y Ríos (1997) errores de los tipos de representación del concepto de función que presentan los estudiantes de Licenciatura en Matemáticas y Física de la universidad del Tolima, luego de practicar algunas encuestas y sistematizarlas, categorizo los errores evidenciando que los errores detectados en la encuesta ponen en manifiesto que los tipos de representación de una función no han sido orientados de la mejor forma, esto implica que la mayoría de los estudiantes del programa de matemáticas y física cometan errores categorizados como debido a deficiencia en conceptos previos. A los estudiantes de segundo semestre se les dificulta reconocer el concepto de función en casos de la vida cotidiana, esto se evidencio cuando se les pidió un enunciado verbal escrito que represente una función. Font (2009), dentrode su artículo “Algunos Puntos De Vista Sobre Las Representaciones En Didáctica De Las Matemáticas” indica que generalmente los objetos matemáticos se representan mediante notaciones diferentes que ayudan a producir diferentes sentidos. Y que cada una de las notaciones ayuda a producir sentido, pero no produce todos los sentidos. Por lo tanto, comprender un objeto matemático requiere utilizar diferentes notaciones y convertir (traducir) una representación en otra. De donde nos orientaremos en la manera de como rastrear el concepto de solido geométrico que se puede inferir de las representaciones que hacen los estudiantes. 24 La investigación de Retamal (1998). “Registros de representación, el aprendizaje de nociones relativas a funciones: voces de estudiantes” En su experiencia se apoya en la teoría de Duval para explorar el sentido que tienen para algunos estudiantes de ingeniería ciertas nociones asociadas al concepto de función, en términos de los registros gráfico, algebraico y verbal. A partir de una revisión de las respuestas de 75 estudiantes de cálculo diferencial de primer año de ingeniería, en un cuestionario de 16 preguntas conceptuales, las conclusiones más importantes de la investigación de Retamal (1998) fueron: Se evidenció el hecho de que no se ha dado suficiente importancia a la relación que existe entre las diversas formas en que es posible representar una función. En general los estudiantes son “mono registros” lo cual indica que sus respuestas están dadas en el registro en que es formulada la pregunta, en algunas ocasiones acuden al registro algebraico, pero en la mayoría de los casos no coordinan dos registros o más. Las respuestas de los estudiantes revelan cierta dificultad para dar explicaciones verbales, lo cual sugiere que el registro del lenguaje natural debe tener mayor relevancia dentro del aula. La traducción de un lenguaje a otro y la coordinación de registros no es una meta de enseñanza que se tome en cuenta explícitamente y esto evidentemente no favorece ni ayuda a los estudiantes a formular sus explicaciones. Los análisis descubren insuficiencias conceptuales como producto de la falta de coordinación para hacer conversiones entre los registros algebraico, gráfico y lenguaje natural; lo cual no nace de manera espontánea sino que requiere de un aprendizaje. Los estudiantes no demuestran habilidad para leer e interpretar los gráficos movilizando conceptos pertinentes que aprendieron en lenguaje formal o natural. 25 No se observa interés de parte de los estudiantes, en hacer corresponder las unidades significantes de los registros gráfico y algebraico. (p. 5) En la investigación de Guzmán se puede identificar la ausencia de articulación entre los diversos registros de representación semiótica del concepto de función, pues es evidente en los procedimientos de los estudiantes la utilización de un solo registro de representación semiótica, además se privilegia el uso del registro algebraico y, en reducidas ocasiones, utilizan otro registro de representación espontáneamente a no ser que sea solicitado. Planchart, O. (2002). En su tesis doctoral “La visualización y la modelación en la adquisición del concepto de función”, Universidad Autónoma del Estado de Morelos. Integra cuatro aspectos medulares: proceso didáctico en la adquisición de las funciones, la visualización, los sistemas de representación, y la modelación desde el contexto físico y geométrico. Donde se propone se propone, en primer lugar, identificar y analizar las dificultades que surgen durante el proceso que conduce al aprendizaje de las funciones. En segundo lugar, analizar el papel de la visualización en la conceptualización de las funciones, diseñar módulos de actividades donde se incorpora la modelación matemática como articulación de los registros semióticos en la enseñanza y aprendizaje de las funciones. Los hallazgos más importantes obtenidos en este estudio son los siguientes Planchart, (2002): Para algunos estudiantes el realizar la conversión del registro gráfico al registro algebraico presenta mucha dificultad y en el registro tabular habitualmente esperan que respondan a una ecuación, poniendo en duda que representen una función. Los estudiantes frecuentemente tienden a pensar que las funciones deben ser continuas, lo cual es favorecido en numerosos casos por el 26 docente quien denota una gran preferencia por las funciones continuas definidas con una fórmula única. Presentan dificultades en la notación de las funciones, lo que remite a un manejo inadecuado de las reglas de formación propias del sistema algebraico. En su mayoría los problemas son respondidos en el registro gráfico, quizás por producto del trabajo visual con tecnología. En los ejercicios que corresponden a situaciones físicas presentan dificultades para hacer la conversión al registro algebraico, ya que se requiere de un mayor razonamiento para identificar las variables y combinarlas. Cuando se solicitó pasar de la situación en registro verbal al registro gráfico, en numerosos casos los estudiantes señalaron la forma de la gráfica correctamente sin lograr dar justificaciones, lo que induce a pensar que realizaron una traslación icónica. La modelación es una herramienta que favorece en gran medida que los estudiantes puedan coordinar y hacer conversiones en los distintos sistemas de representación. (p. 25) En este estudio se evidencia la dificultad que presentan los estudiantes para realizar conversiones desde el registro gráfico al registro algebraico, además utilizan el registro tabular como un registro intermedio que les ayuda a transitar desde el registro algebraico al gráfico, poniendo en duda que también es una representación del concepto de función. Para la investigación de Gutiérrez y Parada (2007). En su tesis de Maestría “Caracterización de tratamientos y conversiones: El caso de la función afín en el marco de las aplicaciones”. Universidad Pedagógica Nacional, Colombia. Realiza una caracterización de las transformaciones que efectúa un grupo de estudiantes de la Escuela Colombiana de Ingeniería, cuando se proponen situaciones de variación que 27 se modelan mediante la función afín, para lo cual el grupo investigador estudia sus producciones escritas. Este estudio se enmarca en la teoría de registros de representación de Duval, de donde se toman elementos que precisan el marco conceptual desde el cual diseñan unas situaciones de variación para los estudiantes y las categorías de análisis delos resultados. La investigación recurre a la metodología cualitativa interpretativa y como instrumento de recolección de datos presenta un cuestionario que consta de tres situaciones de variación referentes a contextos de desocupado de tanques, posición y temperatura, las cuales se caracterizan por estar dadas en registro verbal, no hacen explícito el registro de representación de la respuesta y contemplan fenómenos de no congruencia. Según Gutiérrez y Parada (2007): Entre los resultados se encontró que el contexto de la situación de variación influye en los registros de representación y en las transformaciones que utilizan los estudiantes para enfrentarlas. Así, si el estudiante identifica en la situación elementos de proporcionalidad utiliza el registro aritmético y reduce el uso de modelos funcionales y representaciones gráficas; si la situación se asocia con un contexto de posición, usa en su mayoría registro gráfico de segmentos horizontales y fórmulas físicas que corresponden a modelos estáticos y ocultan la variación; en el caso de los contextos de temperatura el registro privilegiado es el gráfico cartesiano. El registro seleccionado al hacer la primera conversión determina la utilizaciónde uno o varios registros de representación a lo largo del desarrollo de la situación. De esta forma si la primera conversión se realiza en el registro aritmético, las transformaciones posteriores se siguen efectuando en este mismo registro; mientras que una primera 28 conversión en un registro diferente al aritmético va acompañada en su mayoría de otros registros. Se encontró que los estudiantes presentan gran diversidad de transformaciones (tratamientos y conversiones) para solucionar las situaciones de variación propuestas, aunque sus producciones escritas muestran un bajo nivel de articulación entre registros, debido a los fenómenos de no congruencia entre registros, asimismo, las representaciones que hacen en un registro diferente al verbal varían de acuerdo al contexto de la situación. (p. 54) Las investigaciones que presentamos a consideración y sus múltiples conclusiones, coinciden indirectamente en que la conversión entre registros de representación es una de las causas de las dificultades que presentan los estudiantes en la conceptualización de los procesos matemáticos. Esto se debe a la falta de discriminación de las unidades significantes propias de cada registro semiótico, la falta de una interpretación global de las gráficas cartesianas, la tendencia de los estudiantes a mecanizar los procedimientos en un solo registro, sin articularlos en diferentes registros de representación. No obstante estas investigaciones han explorado la conversión de un registro a otro, solo se ha concluido que hay dificultades y solo un estudio Gutiérrez y Parada (2007). El de analizó las conversiones a la luz de la congruencia y no- congruencia entre registros, lo que implica el análisis de las situaciones propuestas en términos de las unidades significantes. En las investigaciones reportadas en los antecedentes, el registro de llegada de la conversión se hace explícito, pero en ningún caso se promueve que el estudiante elija el registro de llegada y de una respuesta a los interrogantes. (p. 55) 29 4.2 MARCO TEÓRICO Cuando nos referimos a los procesos mentales que se manifiestan en nuestro estudiantes a través de sus representaciones simbólicas, (de lenguajes de expresión oral o escrito) existen dos formas de analizar sus esquemas de representación: la representación interna de las ideas matemáticas que se generan en la mente del individuo que como indica Gairín, (1998). “resultan inobservables y las representaciones externas que con la forma del lenguaje (signos o símbolos) permiten expresar las ideas que el individuo comunica o recibe del exterior”. (p. 13). Aunque nuestro interés se centra en el estudio de esas representaciones externas del sujeto y aun cuando nos propondremos a analizar las representaciones utilizadas por los estudiantes y los significados que estos le asignan a sus representaciones abordaremos la forma como se producen esas representaciones internas. Para Font, (2009).En la interpretación diferenciada de la concepción de representación podemos destacar dos categorías: De reflejo y de construcción; la mente actúa como un espejo y la representación actúa como un fenómeno de reflejo del mundo real en la mente y desde un enfoque epistemológico representación alista, las representaciones supone que las personas un su mente producen y construyen procesos mentales y que los objetos externos a las personas generan representaciones mentales internas. La opción representación alista presupone que tanto el referente entendido este como las situaciones que dan sentido al concepto, la operatividad de los esquemas mentales como el significado y el significante como el concepto matemático tienen un equivalente en la mente del sujeto que los utiliza. Por el otro lado la concepción de representación desde la construcción considera que nuestro mundo de experiencias no está categorizado de antemano por “la realidad” sino que se categoriza de una forma u otra a medida que las personas hablan, escribe y discuten sobre él. (p. 54) 30 La representación no puede estudiarse separadamente de la significación, esto implica que es necesario estudiar la noción de comprensión, que tiene el individuo para realizar el análisis de sus esquemas mentales, considerado que ésta es parte esencial del aparato conceptual necesario para analizar los procesos de aprendizaje y comprensión de las matemáticas. 4.2.1 Sobre el aprendizaje de conceptos .para involucrarnos en el papel que ostenta el lenguaje haremos relación a como se forma el concepto dentro del individuo para poder direccionar de qué manera el lenguaje es el mediador en este proceso de conceptualización que presenta toda acción cognitiva del ser humano Es necesario dirigirnos a las diferentes referentes filosóficos, científicos en donde se define concepto, es de allí, que desde la filosofía el concepto es usado en dos direcciones; como un signo, pero también como la esencia misma de los atributos que lo definen. La función que este representa es manifiesta en dos categorías el concepto con una función intencional pero también el concepto con una función instrumental, de esta última que su función llegaría a ser la de describir los objetos y permitir su reconocimiento, además la de clasificar según sus atributos, el concepto como instrumento para establecer conexiones entre ellos. Pero ¿Cómo se forman los conceptos? nos dice Kant citado por D´Amore (2001).”Puros sin que la experiencia sea el artífice de su construcción y empíricos como las nociones sociales que definen las clases de objetos construidos”. (p. 13) En qué momento podemos llegar a la conceptualización, que es la expresión máxima de la significación como lo mencionan los mayores filósofos y estudiosos; para D´Amore (2001).” en el desarrollo conceptual del individuo se involucran tres fases muy distintas” (p. 12). 31 4.2.2 Esquema del desarrollo conceptual del individuo l. S. Vygotsky adaptación Figura 1.Desarrollo conceptual del individuo l. S. Vygotsky Fuente: l. S. Vygotsky (1979) adaptación El autor. Es recurrente pensar que desde la epistemología de Kant, los instrumentos cognitivos de los que se fortalece un proceso de significación o conceptualización se hayan dotados de un lenguaje desarrollado, con capacidad de abstracción y de generalización, es de allí que para efecto de nuestro estudio nos preguntemos si este proceso es alcanzado por los estudiantes de educación media, o como cambia este estudio si hablamos de educación escolar, en jóvenes que están en un proceso de formalización de su aprendizaje involucra la subjetividad en la construcción conceptual FASE DE LOS CUMULOS SINCRETICOS •Es mas objetivo •No hay sincronia en la concepción FASE DEL PENSAMIENTO POR COMPLEJOS capacidad de abstracción FASE CONCEPTUAL Su análisis se fundamenta en que primero va de lo concreto a lo figurativo, de lo lógico a lo abstracto 32 4.2.3 El papel del lenguaje (semiótico) en el aprendizaje y en la formulación de los conceptos. Las representaciones semióticas juegan un papel primordial tanto en la enseñanza como la conceptualización de las matemáticas, pues las representaciones semióticas son la plataforma que permite establecer las relaciones con los objetos matemáticos, como lo menciona Duval, (2006). “la actividad matemática se realiza necesariamente en un contexto de representación”. (p. 145) De allí, que los contextos de representación usados en la actividad matemática son necesariamente semióticos y tener en cuenta la naturaleza semiótica de las mismas implica tener en cuenta tanto las formas en que se utilizan como los requisitos cognitivos que involucran. Es necesario hacer esta apreciación puesto que los contextos de representación son múltiples y pueden constituirel lenguaje de comunicación; siempre que desde el mismo lenguaje cotidiano o científico como lo menciona Vygotsky se establecen diferentes elementos que se enriquecen de atributos y mejoran los canales de comunicación. Por lo tanto, la construcción de los conceptos matemáticos depende estrechamente de la capacidad de usar más registros de representaciones semióticas de esos conceptos Según D’amore (2004). Aprender parece ser una construcción sujeta a la necesidad de “socializar”, lo que se da obviamente gracias a un medio de comunicación (que puede ser el lenguaje) y que en las matemáticas cada vez más será condicionado por la elección del mediador simbólico, es decir, por el registro de representación preseleccionado (o impuesto, de diversas formas, incluso solo por las circunstancias) (p. 90) Haciendo una claridad y para direccionar al lector y focalizarlo en nuestra investigación debemos hacer la siguiente aclaración abordada por Ospina (2012): Existen diferencias entre las representaciones mentales y las representaciones semióticas. Las representaciones mentales están conformadas por todo el conjunto de concepciones o imágenes mentales que un individuo tiene acerca de un objeto y las representaciones 33 semióticas son las producciones constituidas por el empleo de signos, no son más que el medio por el cual disponen los individuos para exteriorizar sus representaciones mentales, para hacerlas visibles y accesibles a otros. Éstas, además de cumplir una función de comunicación, tienen una función de objetivación, son necesarias para el desarrollo de la actividad matemática misma, del funcionamiento cognitivo del pensamiento, del tratamiento de la información, de la toma de conciencia y de la comprensión lo que permite establecer la conceptualización del individuo dentro de sus representaciones externas como complemento a su conceptualización interna (p.112) Existen diferentes accesos al conocimiento, uno de ellos es el uso de códigos como apoyo visual, abstracto si se quiere, en los procesos de enseñanza - aprendizaje, principalmente en los contenidos de geometría, pues estos presentan dificultad en su enseñanza y más aún en su aprendizaje, estos contenidos fácilmente se pueden representar, por lo que en el presente estudio el concepto de “representación” juega un papel importante, como medio de comunicación entre alumno—conocimiento. Y es que se hace necesario definir que es la representación en matemáticas y general para ello definiremos a la luz de Duval, (2006) que tipos de representaciones interactúan en el pensamiento del individuo. REPRESENTACIONES MENTALES: aquel conjunto de imágenes y concepciones que un individuo puede tener sobre un objeto, sobre una situación y sobre aquellos que le está asociado. REPRESENTACIONES SEMIÓTICAS: el medio del cual dispone un individuo para exteriorizar sus representaciones mentales, es decir, para hacerlas visibles o accesibles a los otros. En matemáticas, las representaciones semióticas no solo son indispensables para fines de comunicación, sino que son necesarias para el desarrollo de la actividad 34 matemática misma. La noción de representación semiótica presupone, pues, la consideración de sistemas semióticos diferentes y una operación cognitiva de conversión de las representaciones de un sistema semiótico a otro. (p. 146) El tránsito de un sistema de representación a otro o la movilización de una red de sistemas en el en un mismo recorrido intelectual es muy frecuente en matemáticas y la vez no es una actividad evidente o espontanea para la mayoría de los estudiantes, pues por lo general el mismo concepto matemático no es interiorizado por los estudiantes cuando se representa en diferentes sistemas semióticos. Como se analizó en los antecedentes las investigaciones han señalado las dificultades encontradas por estudiantes en la interpretación y el establecimiento de vínculos entre los diferentes tipos de representación. Para pensar sobre ideas matemáticas y comunicarlas necesitamos “de algún modo”. La comunicación requiere que las representaciones sean externas, tomando la forma de lenguaje oral, símbolos escritos dibujos u objetos físicos…etc. 4.2.4 Significado de los objetos matemáticos. Según D´Amore (2001). es de aclarar que “todo concepto como se puede llegar a identificar a la configuración de un concepto matemático para un individuo”(p. 11) Según Sierpinska (1990) Comprender el concepto será concebido como el acto de adquirir su significado. Tal acto será probablemente un acto de generalización y síntesis de significados en relación con elementos particulares de la red de significados que posee el mismo concepto. Estos significados particulares deben ser adquiridos con actos de comprensión. De allí que la metodología de los actos de comprensión se debe preocupar principalmente del proceso de construir el significado de los conceptos. (p.24) 35 Para este trabajo nos orientaremos desde la perspectiva pragmática, en la que la significación de un objeto matemático se relaciona con los símbolos de unidad cultural que emergen de un sistema de utilizaciones que caracterizan las pragmáticas humanas (o, al menos, de grupos homogéneos de individuos) y que se modifican continuamente en el tiempo, dependiendo también de las necesidades. De hecho, los objetos matemáticos y el significado de tales objetos dependen de los problemas que se enfrentan en matemáticas y de los procesos de resolución. Según Duval (1999) afirma que Desde el punto de vista del realismo ingenuo; por lo que la conceptualización no es y no se puede basaren significados que se apoyen en la realidad concreta dado que, en matemáticas, no son posibles referencias ostensivas; ahora todo concepto matemático se ve obligado a servirse de representaciones, dado que no existen “objetos” por exhibir en su nombre o en su evocación; por lo que la conceptualización debe pasar necesariamente a través de registros representativos que, por varios motivos, sobre todo si son de carácter lingüístico, no pueden ser unívocos: por lo que, en matemáticas, no existe acceso sensible (vista, tacto, …) directo a los “objetos” sino solo a sus representaciones semióticas en diferentes registros lingüísticos;· se habla más frecuentemente en matemáticas de “objetos matemáticos” y no de conceptos matemáticos en cuanto que en matemáticas se estudian preferentemente objetos más que conceptos: “ la noción de objeto es una noción que no se puede no utilizar desde el momento en el que nos cuestionamos acerca de la naturaleza, de las condiciones de validez o del valor del conocimiento(p. 139) La matemática escolar se asume hoy, construida en un contexto sociocultural y por ende los objetos de la matemática pueden tener múltiples sentidos. AseguraAcevedo (2007). Esto hace posible reconocer objetos propios de la matemática escolar, distintos 36 de los objetos de la matemática disciplinar, pues los objetos de la primera están en proceso de construcción. (p. 48) 4.2.5 Sistemas semióticos según Raymond Duval. Para poder abordar este aspecto realizaremos la siguiente pregunta ¿Por qué para los estudiantes el abordar un problema matemático como su profesor le prestan todo el detalle pero por que cambiar el análisis dentro de las mismas condiciones es tan difícil? ¿Por qué un ejercicio del mismo temático escrito diferente como la explicación de la clase se vuelve un dolor de cabeza? Pues allí es donde radican los contextos de representación de los que nos hablan estudiosos como Duval, D’Amore, entre otros. Asegura Duval (2006) Los contextos de representación usados en la actividad matemática son necesariamente semióticos y tener en cuenta la naturaleza semiótica de los mismos implica tener en cuenta tanto las formasen que se utilizan como los requisitos cognitivos que involucran. Estos sistemas semióticos utilizados por los individuos pueden percibirse desde su multiplicidad como funcionamiento en el pensamiento. (p. 150) Duval, plantea que la representación tiene su importancia en su propiedad de transformación porque el procesamiento matemático siempre implica alguna transformación de representaciones semióticas. En matemáticas los signos no son prioritarios para presentar objetos sino para sustituirlos es decir lo que en la geometría para un chico es un punto luego va a ser una recta y está un plano así un sistema o red de atribuciones que adquieren los objetos matemáticos 37 4.2.6 Clases de transformaciones semióticas. En la actividad cognitiva del individuo se presentan tres fenómenos de representación: La primera es la representación de un registro semiótico particular, asegura Duval (2006) la percepción inicial impresa de una red básica y la cual constituye un conjunto de señales perceptibles e identificables que permiten expresar y caracterizar un objeto como una representación de alguna cosa en un sistema determinado y preciso, esta representación debe cumplir con unas reglas de conformidad, por razones de comunicación y de transformación de representaciones llamada formación. (P. 151) La segunda son las transformaciones de la representación dentro del mismo registro donde se ha formado de acuerdo con unas únicas reglas que le son propias al sistema, Según Duval (2006): Es una red más elaborada de modo que a partir de éstas se obtengan otras representaciones que puedan constituirse como nuevos atributos de conocimiento en comparación con las representaciones iníciales, se denomina tratamiento de una representación. Es decir, se refiere a la transformación desde dentro de la misma categoría con las reglas propias a cada registro. (P. 151) Y la tercera es la transformación de una representación → en otra representación en un registro diferente, es allí cuando la red de relaciones semióticas puede cambiar de registros de representación semiótica, según Duval (2006) “el poder convertir las representaciones producidas de un sistema de representación a otro sistema, de manera que este otro sistema este fundamentado en otros atributos pero que conserve las relaciones iníciales”, (P. 151) es aquello a lo que Duval denomina conversión. Por ejemplo, cuando se logra percibir un sólido desde un desarrollo plano, y sus atributos son otros pero conservan una red inicial de relaciones. 38 4.2.7 Esquema interpretativo de las clases de sistemas semióticos Figura 2. Clases de sistemas semióticos Fuente: El autor. Un ejemplo de tratamiento y conversión, se da en el siguiente ejemplo citado por (Duval2006.) Figura 3.Los dos procesos cognitivos fundamentales del pensamiento Fuente: DUVAL, Raymond. (2006 p. 146) De allí que se puede interpretar que la conversión de las representaciones semióticas se constituye en la actividad cognitiva menos espontánea y más difícil de alcanzar para FORMACIÓN Impresiones previas con asociados a una red básica de atributos TRATAMIENTO Asociación a una red de atributos comunes CONVERSIÓN Establecimiento de un nuevo sistema semiótico, en signos y atributos 39 la gran mayoría de los alumnos, pero esta dificulta puede tener su explicación en algunas causas razonables como lo son la dificultad para establecer un relación en los registros de representación de uno al otro; del registro de partida al registro de llegada, el desconocimiento de los registros anteriores y la congruencia P Q o no congruencia de los registros semióticos Según (Duval, , 2006) Los ejemplos más típicos se dan en geometría en que a menudo son necesarios estos dos tipos de transformaciones: uno se produce de forma discursiva, por deducción válida de propiedades de los datos y de teoremas que implica el uso del lenguaje; el otro se produce de una manera visual a través de las diversas reorganizaciones de las formas. Ambos procesos tienen lugar de manera separada porque no movilizan los mismos sistemas cognitivos, sin embargo la actividad matemática en geometría depende de su interacción cognitiva. (p. 154) En geometría es común y en general en matemáticas el uso de la palabra “figura”, está a su vez hace confundir a veces la visualización con su codificación, induce a entender mal la especificidad de estas dos clases de transformaciones independientes, así como el valor complejo de la conversión que está presente en cualquier actividad geométrica. Esto se puede ilustrar mediante la siguiente situación que muestra seis textos posibles de un mismo problema. En la siguiente grafica adaptada Duval (2006) “vamos a analizar como dentro de una figura inicial se puede reconocer visualmente las otras dos u obtenerse directamente a partir de ellas con independencia de toda propiedad (flechas verticales en la columna de la izquierda)”. (P. 157) Igualmente los dos enunciados son dos descripciones análogas que se pueden hacer de cada una de las tres figuras iníciales, porque encierran las mismas hipótesis 40 requeridas para responder a la cuestión. La asociación de un enunciado con una representación visual puede desarrollar dos funciones: Bien como economía de memoria para tener en cuenta todos los elementos que se relacionan Bien como razonamiento para encontrar el teorema. Se puede elaborar pues un conjunto de problemas equivalentes combinando los dos enunciados con las tres figuras iníciales. Figura 4.Los dos tipos de tratamiento, visual y discursivo, en relación a la actividad geométrica y el problema de su articulación. Fuente: DUVAL, Raymond. (2006 p. 148) 41 La toma de conciencia dela especificidad de estos tratamientos visuales por parte de los alumnos es una condición previa y necesaria para la resolución de problemas. Pero la importancia y la complejidad cognitiva de estos tratamientos visuales específicos, ¿se tiene en cuenta en la enseñanza de la geometría? 4.2.8 Congruencia y no congruencia entre registros de representación. Ospina García, D. (2012), Citando a Duval expresa que La actividad de conversión de una representación a otra en diferente registro es congruente, si al fragmentar cada una de las representaciones en sus unidades significantes, es decir los valores que pueden tomar las diferentes variables, para ubicarlas en correspondencia, deben ser cumplidos tres criterios: Correspondencia semántica Univocidad semántica terminal Conservación del orden de organización de las atributos significantes (p. 74) El primer criterio hace referencia a que cada atributo del registro de partida se asocia con algún atributo del registro de llegada, Figura 5.Correspondencia semántica Fuente: El autor El segundo criterio univocidad semántica terminal hace referencia a que atributo del registro de la representación de partida le corresponde un atributo en el registro de llegada 42 Figura 6.Univocidad semántica terminal Fuente: El autor El tercercriterio conservación del orden de organización de las unidades significantes en las representaciones, establece que existe igual orden de aprehensión y ajuste entre los atributos significantes en las dos representaciones de los registros de partida y de llegada. Figura 7.Conservación del orden de organización de los atributos significantes Fuente: El autor De allí que los análisis de la geometría en sus figuras planas, en sus tablas, en sus sólidos, en sus imágenes, en sus diferentes sistemas de representación, y en su mismo lenguaje natural permiten la relación de estas actividades. Aunque para D’amore (2004). “la representaciónes una hecho natural del hombre, a lo que lo lleva el mismo saber, la necesidad misma de su condición humana”, (p. 92) concuerdan con Duval (2006)en que: < < 43 El saber adquirido puede verse como el producto de la elaboración de la experiencia con la cual entra en contacto el sujeto que aprende; y esta elaboración consiste en la interacción entre él y su ambiente y en el modo en el cual el individuo interioriza el mundo externo. Independientemente de las peculiaridades de estas “actividades”, el sujeto que aprende debe comprometerse en algo que necesariamente lo lleva a simbolizar. Se trata de una elaboración (con características internas o sociales o incluso ambas) que se organiza alrededor o en los sistemas semióticos de representación. (p. 160) Así las cosas, se entiende que los recursos o mecanismos semióticos que use el individuo para la representación de los objetos en su conceptualización, siendo estos subjetivos o intersubjetivo incluso los dos, son cruciales para el conocimiento. Esta posición nos conduce a que el estudiante en su proceso de conceptualización no debe confundir los objetos matemáticos con sus representaciones semióticas; sin embargo en su aprendizaje él solo puede acceder a las representaciones de ese objeto, si no tuvieran acceso ellas, tendría gran dificultad para acceder a dichos objetos Matemáticos. Ya que esta investigación centra su interés en la habilidad de identificar las representaciones de sólidos que tienen los estudiantes de educación media en sus registros de representación a través de los cuales un concepto matemático es representado, y a partir de estos diferentes registros de representación,analizar los registros semióticos que más utilizan los estudiantes en las representaciones de sólidos, así como rastrear el concepto de solido geométrico que se puede inferir de las representaciones que hacen los estudiantes 44 4.2.9 Algunas representaciones del concepto matemático.Definiremos los tipos de representación del concepto matemático, que en nuestro estudio abordaremos, para satisfacer las condiciones de claridad en la presente investigación. Adaptado de MuñozAlgarra y Tobon (1998).citando a Duval 4.2.9.1 Representaciones semióticas. SegúnTamayo (2006). “Hace referencia a todas aquellas construcciones de un sistema de expresión y representación que pueden incluir diferentes sistemas de escritura, como números, notaciones simbólicas, representaciones tridimensionales, gráficas, redes, diagramas, esquemas, etc”. (p. 37) 4.2.9.2 Expresión verbal. Se refiere al enunciado verbal, en grabación o escrito, donde se puede expresar o describir una interpretación que asocia dos conjuntos cualesquiera y utiliza generalmente el lenguaje como para darnos una descripción cualitativa. 4.2.9.3 Objeto matemático Es todo lo que es indicado, señalado, nombrado cuando se construye, se comunica o se aprende (Godino, 2002 p. 237). 4.2.9.4 Semiósis Interpretativa. Donde la producción de imágenes, son efecto de la percepción (ya sea visual, auditiva, táctil, gustativa u olfativa), que desarrollan. (Godino, 2002 p. 237). 4.2.9.5 Semiósis Proyectiva: Según Godino y Batanero (1994). “Donde la producción de imágenes es el efecto de una visualización como forma de representación semiótica” (p. 325) 45 5 METODOLOGÍA 5.1 TIPO DE ESTUDIO La metodología de investigación es tipo descriptiva- cualitativa de corte exploratoria por sus característica propuestas, puesto que esta nos permite acércanos de forma más efectiva a los procesos cognitivos que experimentan los estudiantes de educación media durante su proceso de aprendizaje. La pretensión del estudio es identificar las representaciones de los sólidos que emplean o realizan los estudiantes para poder reconocer el concepto de sólido que poseen, por lo tanto tiene un momento exploratorio pero también es interpretativo. El procedimiento entonces tendría los siguientes momentos: 1. Reconocimiento y descripción de las representaciones que hacen los estudiantes y el tratamiento de ellas en términos de Duval. 2. Interpretación de las representaciones identificadas en relación con el concepto de sólido que están manejando los estudiantes. 3. Un tercer momento de categorización en torno al concepto de sólido. 5.2 PARTICIPANTES DEL ESTUDIO Para el desarrollo de esta propuesta se tienen en cuenta los estudiantes de la educación media de la institución educativa Modelia, ubicada en el barrio Modelia sector 1 comuna 7 de la ciudad de Ibagué municipio de Tolima. 46 Figura 8. Mapa contextual del proyecto. Fuente: Alcaldía de Ibagué (2013) La población corresponde a los 70 estudiantes en edades entre 15 y 18 años, formados en instituciones públicas desde sus primeros años y rodeados de un contexto, enmarcado en su mayoría por desplazados, reinsertados y jóvenes provenientes del campo. 5.3 PLAN PARA LA RECOLECCIÓN DE LA INFORMACIÓN Para la recolección de la información se diseñaron tres talleres cada uno con una estructura diferente exploratoria, se realiza grabaciones de voz, donde se registraron las preguntas que los estudiantes realizaban ante la realización de los talleres y donde se ponía en manifiesto su proceder y su interpretación. 5.3.1 Taller número uno– actividad de representación cotidiana. Mediante situaciones cotidianas se buscaba la exploración de las representaciones de sólidos presentes en los estudiantes y su aplicabilidad en la cotidianidad. 47 En este taller el estudiante puede utilizar cual tipo de elemento escrito para asociar conceptos propios de sólidos con elementos de su vida, así como apropiación de todos los elementos que pueden existir en una construcción hecho por los hombre. 5.3.2 Taller número dos- actividad de representación 2D VS 3D. Un taller diseñado para explorar la dimensión espacial y métrica de los estudiantes conociendo que bajo los estándares de matemáticas los sólidos, deberían ser abordados en los grados anteriores, y que el proceso de abstracción de los mismos en el espacio tridimensional se está fortaleciendo. En este taller podemos encontrar sólidos en un desarrollo plano y desarrollos planos para construir sólidos. 5.3.3 Taller número tres- actividad de exploración multiplicidad de construcciones. Un taller diseñado con la característica de profundizar en el componente espacial y explorar la multiplicidad de representaciones que pueden causar un mismo objeto matemático, el contexto semiótico de lo escrito. 5.3.4 Grabaciones de voz. Este instrumento pretende recoger los cuestionamientos de los estudiantes al momento de la sesión y después de ella, para capturar todas aquellas observaciones que no se aborden desde los talleres. 5.4 PROCEDIMIENTO Para el desarrollo de esta propuesta se tienen en cuenta los estudiantes de la educación media de la institución educativa Modelia que son 70 estudiantes, para los cuales se diseñan tres talleres que junto con las grabaciones y observaciones tomadas en las sesiones de recolección de la información se analizaran posteriormente para dar respuestas a preguntas problematizadoras y cumplir así con el objetivo general propuesto 48 6 ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN Una vez recolectados los diferentes instrumentos a analizar, se comienza a categorizar los diferentes tipos de representación que utilizaron los estudiantes de la educación media en el proceso investigativo, se mencionan los siguientes tipos de representaciones. Verbales orales y escritas gráficas y las geométricas. A lo que a su vez se presenta el análisis correspondiente a cada uno, así como los procesos que existen dentro de ellas. 6.1PROCESO DE FORMACIÓN Figura 9.Representaciones verbalesescritas. Fuente: El autor (2015) En esta representación los estudiantes están abordando la situación desde el uso de figuras geométricas, planas y sólidas. Se vincula del contexto objetos que se asocian a la visualización de los estudiantes 49 Figura 10. Registro verbal a fotográfico Fuente: El autor (2015) Aunque el enunciado era de representación grafica en esta imagen se puede apreciar que el estudiante utiliza el registro verbal para apoyar su representación del registro gráfico. Se puede establecer una coherencia en el párrafo descrito. Hace uso de palabras que identifican poliedros, realiza un gráfico pero no le es posible plasmar la representación verbal Figura 11.Uso de características de forma Fuente: El autor (2015) 50 En esta representación es evidente el uso de características de forma y de fondo en los polígonos, se identifican palabras que relacionan la coherencia del objeto y del objeto matemático. Se comprueba el uso de un lenguaje de medidas, “diámetro”, altura y espacio del suelo (área). Se identifican figuras geométricas planas como cuadrados, hexágono, rectángulo. Características como estructura, divisiones, bases Figura 12.Palabras asociadas Fuente: El autor (2015) El estudiante en esta representación hace uso de palabras asociadas pero aisladas de una frase. Se evidencia el representación de objetos, y a su vez se convierten en objetos matemáticos Figura 13.Párrafo descriptivo 51 Fuente: El autor (2015) Par esta representación se realiza un párrafo descriptivo en él se comprueba el uso de la palabra sólido, asociada a una identificación de objetos. Se muestra una frase coherente por sus conectores y artículos, aunque asume terminar la idea pero consecutivo escribe otros dos objetos. 6.1.1 Representaciones gráficas. La representación gráfica se conecta con las potencialidades conceptualizadoras de la visualización y se relaciona con la geometría y la topología por eso se tomó algunas de las representaciones gráficas para analizar los aspectos semíticos de las mismas. La construcción por unidades significantes y su correspondencia geométrica. Figura 14.Figuras geométricas planas. . Fuente: El autor (2015) En esta representación gráfica, se hace uso de diferentes figuras geométricas planas. El grafico presenta trazos en línea recta y curva se nota de fondo que no fue la primera construcción si no que ya se había realizado otra. No hay proyección tridimensional, es un gráfico plano. Figura 15. Trazos rectos y curvos 52 Fuente: El autor (2015) En esta representación se realiza el uso de trazos rectos y curvos solo existe la proyección tridimensional en la base del árbol, se hace uso de diferentes figuras planas, triángulos, rectángulos, entre otras irregulares, se evidencia la ausencia de reglas, en su construcción y el sentido del grafico plano es coherente con la realidad. Figura 16.Figuras planas (triángulos, rectángulos trapecios Fuente: El autor (2015) Para esta representación se observa el uso de diferentes figuras planas (triángulos, rectángulos trapecios, entre otras figuras planas irregulares. Se realiza un intento de proyección tridimensional al lado izquierdo del gráfico, pero al lado derecho del mismo es una figura plana; los trazos en los segmentos de rectas evidencian el uso de regla, pero también es evidente que no es la única figura construida lo que demuestra, que antes se realizaron intentos que no convencieron al estudiante. Figura 17.Líneas rectas en la construcción de al parecer un acuario, 53 Fuente: El autor (2015) En esta representación gráfica se pone en evidencia el uso de líneas rectas en la construcción de al parecer un acuario, se observa la intensión de proyección tridimensional en mismo lo que no sucede en la elaboración de lo que sería un caimán, figura irregular con una construcción plana, que está ubicada en el centro de la proyección. Figura 18.Proyección tridimensional Fuente: El autor (2015) En esta representación se observa una intención de proyección tridimensional haciendo uso de líneas rectas, en la parte superior de la figura, pero se nota que no es posible la proyección en la parte inferior de la misma ya que esta, en este lugar geométrico es una línea recta que asume una representación plana, en esta imagen no se representa el caimán, no hay medidas y no hay una elaboración asociada a la situación planteada. Figura 19. Proyección basada en medidas 54 Fuente: El autor (2015) En esta representación no hay uso de una proyección en la construcción del acuario que se solicitaba, esta construcción a diferencia de las anteriores se centra en las medidas y en el animal que de igual manera tiene una representación plana, los segmentos de recta utilizados se asocian con el recurso de medida, el posible caimán se presenta dos medidas de largo, se piensa que una de ellas, está asociada con la elaboración del acuario. Figura 20.Lengua representacionista Fuente: El autor (2015) En esta imagen podemos observar, que el estudiante en su lengua representacionista hace uno de líneas rectas para realizar un rectángulo que se asociaría con el acuario, el dibujo de lo que parece un caimán está identificado con segmentos de rectas que demandan sus medidas, al igual que el rectángulo. 55 Figura 21uso de líneas rectas, el uso de líneas curvas Fuente: El autor (2015) En esta representación existe el uso de líneas rectas, el uso de líneas curvas, adicional, el grafico se apoya en un texto que de manera específica dice esfera, y que su une a este con una flecha curva al parecer indicando que allí debe de ir una esfera dentro del cilindro representado, para interiorizar un poco este registro de representación geométrico esta combinado para poder realizar la solución al problema. Figura 22.No hay un uso de reglas en la construcción de líneas rectas y curvas Fuente: El autor (2015) Para esta representación gráfica, es evidente que no hay un uso de reglas en la construcción de líneas rectas y curvas, la descripción global da por entendido que existe una esfera dentro de un cilindro, lo que significa que el estudiante alcanzo a 56 realizar los trazos direccionados en una proyección espacial de un plano tridimensional que no es evidente. 6.1.2 Representaciones geométricas. Font (2009) Clasifica las representaciones externas en dos grandes grupos: Las digitales, discretas, de carácter alfanumérico, la sintaxis de las cuales viene descrita por una serie de reglas de procedimiento. Las representaciones analógicas, continuas, de tipo gráfico o geométrico, la sintaxis de las cuales viene dada por reglas de composición y convenios de interpretación (P. 152) Figura 23.Proyección espacial (tridimensional), Fuente: El autor (2015) En esta representación el estudiante hace uso de líneas rectas con una proyección espacial (tridimensional), donde se construye un imagen que tiene cuatro caras laterales en forma de triángulo, y una base cuadrada que es diferente del desarrollo plano. Aunque en la imagen no se evidencia un plano tridimensional la totalidad de la misma, así, lo muestra. 57 Figura 24desarrollo plano. Fuente: El autor (2015) En esta representación geométrica el estudiante hace uso de líneas rectas, se evidencia el uso de regla, en los trazos de los segmentos, esta figura forma, cuatro carastriangulares la base de la misma es un triángulo lo que están correspondencia con el desarrollo plano. Figura 25.No se conservan las dimensiones del solido patrón. Fuente: El autor (2015) En esta representación geométrica el uso de líneas rectas predomina en todo el grafico, la elaboración lleva internamente la construcción al parecer de trapecios, triángulos, pero no se realiza con el uso de reglas, en su desarrollo plano nos muestra 58 seis figuras geométricas. Al observar la construcción no se conservan las dimensiones del solido patrón. Figura 26.Gráfico de apoyo adiciona Fuente: El autor (2015) La elaboración de esta representación geométrica cuenta con un gráfico de apoyo adicional, además utiliza un tipo de patrón de correspondencia, utilizando letras para identificar las caras del solido primario, y estas mismas para el desarrollo plano. La primera construcción está diseñada con líneas rectas que no se unen en los vértices de la figura de sus caras laterales. En estos trazos se evidencia el uso de regla. Y se realizan con una proyección tridimensional; que si es cierto no tiene un plano cartesiano tridimensional evidente, si se manifiesta en el diseño global de la misma. La elaboración final contiene seis cuadrados y estos a su vez tienen una letra, de asocian con la imagen original, adicional a esto, esta figura presenta unos diseños de bordes aparentemente, para sujetar los dobleces cuando se realicen los pegues. 59 Figura 27.Proyección visual Fuente: El autor (2015) En este diseño se puede observar la construcción de tres imágenes construidas con líneas rectas, que se forman de tres triángulos pero que por su proyección muestra cuatro caras. La proyección de estas tres imágenes es visual, puesto que no tiene una plano cartesiano, evidente. Esos diseños están sujetos a una señalización que transforma el registro de representación y lo convierte en verbal escrito y donde se asegura las tres imágenes representan el mismo objeto de estudio matemático. 6.1.3 Representaciones verbales orales. La representación verbal se relaciona con la capacidad lingüística de las personas, y es básica para interpretar, en esta investigación se tomaron algunas grabaciones para registrar los comentarios, peguntas que se generaron en la realización de todo el proceso investigativo, de aquí que se tomaron algunas para mostrar y analizar. 60 Tabla 1. Grabación uno SITUACIÓN Representa mediante una figura las siguiente situación Un acuario donde se pueda ubicar y girar libremente un caimán de 2 metro de largo, 50 cm de ancho y 40 cm de gordo. DIALOGO Diego molano. “Profe mide dos metro de largo entonces pa´ que se pueda mover libremente, le pongo tres metros y de ancho como mide dos metros, aaa no de ancho mide 50 cm y como dice que da la vuelta, Profesor ¿eso cuanto seria? Diego molano: pues eso sería más o menos…….mmmm. Si de largo mide dos metros, da la vuelta, ósea, vuelve y queda de largo pero en lo ancho, ¿noooo? Profesor ¡no se! ¿Usted qué dice?, ¿Entonces cuánto le va a poner? Diego molano: pues no sé. ANÁLISIS En esta grabación los elementos expuestos por el estudiante, son en relación a la medida, tanto del recipiente como del caimán, el análisis del fenómeno de rotación y el estudio del espacio geométrico. En un plano abstracto. Fuente: El autor (2015) Tabla 2. Grabación dos SITUACIÓN En este momento en el salón donde estas que solidos puedes observar y cuáles son sus características. DIALOGO Luis Jiménez: “yo estoy colocado por lo menos el tablero que es de forma rectangular la escuadra que es forma triangular. ¿Es así? ¿Así la puedo hacer?” Profesor: “Pero hay más cosas en el salón” Luis Jiménez: “si exacto.” ANÁLISIS En esta grabación vemos que el estudiante hace evidente objetos y objetos matemáticos habla, de figuras concretas y visibles en su contorno, manifiesta el conocimiento de algunas figuras geométricas planas y hace asociaciones entre estas. Fuente: El autor (2015) Tabla 3.Grabación tres SITUACIÓN ¿Si fuéramos a desbaratar estas figuras como quedarían? DIALOGO Faidy: “Profe por lo menos ósea tocaría dibujarla como queda desbaratada” Profesor: “¿Cómo quedaría esa figura si usted la desbaratará?” Faidy: “Por eso la dibujo desbaratada ya.” ANÁLISIS En esta grabación se observa la intención de identificar instrucciones, plantear una posible modelación, y confirmar la duda en seguimiento de instrucciones. Así como también, hace evidente el conocimiento del desarrollo plano de la figura Fuente: El autor (2015) 61 Tabla 4. Grabación cuatro SITUACIÓN Aquí también tenemos algunas figuras recortables menciona o dibuja que figura se podría construir con todos o con cada uno de estas. DIALOGO Rene Josué: “profe falta una (le falta al taller) de la de arriba”. Profesor: “¿seguro?” Rene Josué: “porque si esta se sube esta, esta, esta. Quedaría una caja y ¿la tapa?” Profesor: “¿podría ser? ANÁLISIS La intervención de Rene en esta grabación muestra el conocimiento en el desarrollo plano, el uso del espacio y las características de doblar, armar, construir. El manejo de las características de una caja le permite aproximarse a los conceptos de caras vértices, aristas en su manera lo menciona y la tapa. Fuente: El autor (2015) 6.2PROCESO DE TRATAMIENTO Tabla 5.Representación verbal escrito correspondencia semántica de asociación Fuente: El autor (2015) UNIDADES SIGNIFICANTES Correspondencia semántica En esta representación se puede observar que se cumple con una correspondencia semántica de asociación pero la coherencia geométrica no se perpetúa, es decir, hay dificultad para establecer ciertos atributos en el traslado entre registros. A la situación que pedía relacionar la forma geométrica con que se puede visualizar algunos objetos se encontró esta representación UNIDADES SIGNIFICANTES Objetos matemáticos Pues se trata de la confrontación de representaciones de naturaleza diferente de un mismo objeto 62 Tabla 6.Uso que ofrece el objeto UNIDADES SIGNIFICANTES Objeto Objeto matemático Al observar esta representación verbal se identifica que la asociación que se presenta, se realiza con base en el uso que pueda ofrecer el objeto, de esta manera como lo menciona A la situación que pedía relacionar la forma geométrica con que se puede visualizar algunos objetos se encontró esta representación UNIDADES SIGNIFICANTES Correspondencia semántica (PLANCHART MÁRQUEZ, 2000) La visualización de los atributos del registro de representación se manifiesta como elemento de comunicación y cognición. Fuente: El autor (2015) Tabla 7.La organización de las palabras UNIDADES SIGNIFICANTES Correspondencia semántica La organización de las palabras y la frase tiene sentido UNIDADES SIGNIFICANTES Coherencia Se establece coherencia cuando al Fuente: El autor (2015) 63 Tabla 8.Esquemas basados en líneas sin operar UNIDADES SIGNIFICANTES Dimensión Espacio Frases asociadas al concepto En efecto, para muchas personas es difícil resolver el problema si no dibujan, la figura y juegan con trazos de líneas De aquí que la forma de representación se apoya en el usoesquemas basados en líneas sin operar las unidades significantes de dimensión y espacio. UNIDADES SIGNIFICANTES Sin embargo, la correspondencia semántica no se evidencia cuando deja fuera atributos que están fuera de los trazados en los que se apoya. Fuente: El autor (2015) 64 Tabla 9.Coherencia UNIDADES SIGNIFICANTES Expresión