Transformaciones conceptuales y procedimentales de los estudiantes en la comprensión del circuito eléctrico simple

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(1)Transformaciones Conceptuales y Procedimentales de los Estudiantes en la Comprensión del Circuito Eléctrico Simple. Gerardo Cely Rodríguez. Universidad Distrital Francisco José De Caldas Facultad de Ciencias y Educación Maestría en Educación Bogotá, D. C. 2018.

(2) Transformaciones Conceptuales y Procedimentales de los Estudiantes en la Comprensión del Circuito Eléctrico Simple. Gerardo Cely Rodríguez Trabajo de Grado presentado como requisito parcial para optar al título de Magister en Educación Dr. Jaime Duván Reyes Roncancio. Universidad Distrital Francisco José De Caldas Facultad de Ciencias y Educación Maestría en Educación Bogotá, D. C. 2018.

(3) 3. Contenido Pág. Resumen........................................................................................................................................ 10 Abstract ......................................................................................................................................... 11 Introducción .................................................................................................................................. 12 Problema de investigación .......................................................................................................... 144 Pregunta de investigación ....................................................................................................... 155 Preguntas orientadoras ............................................................................................................ 155 ¿Porque es importante hacer esta investigación? .................................................................... 155 Objetivos ..................................................................................................................................... 166 General .................................................................................................................................... 166 Específicos .............................................................................................................................. 166 1. Referentes Conceptuales ......................................................................................................... 177 1.1 Aspectos históricos del circuito eléctrico ......................................................................... 177 1.2 Problemática de la enseñanza del circuito eléctrico ......................................................... 199 1.3 El circuito eléctrico simple en los libros de texto ............................................................... 30 2. Referentes Metodológicos ...................................................................................................... 411 2.1 Investigación acción como enfoque metodológico ........................................................... 411 2.1.1 Test de intereses relacionados con los fenómenos eléctricos .................................... 422 2.1.2 Diseño de cuatro talleres-laboratorio ......................................................................... 422 2.1.3 Registro fotográfico ................................................................................................... 422 2.1.4 Diario de campo como herramienta complementaria de las observaciones .............. 433 2.2 fases de los procesos de la investigación .......................................................................... 444.

(4) 4. 2.2.1 Consulta documental sobre la enseñanza de la electricidad ...................................... 444 2.2.2 Diseño de los talleres ................................................................................................. 455 2.2.3 Validación con expertos ............................................................................................. 466 3. Resultados y Análisis ................................................................................................................ 50 3.1 Análisis del test de intereses ............................................................................................... 50 3.2 Análisis de los talleres ...................................................................................................... 511 3.2.1 Taller 1 ....................................................................................................................... 511 3.2.1.1 El Modelo unipolar ............................................................................................. 522 3.2.1.2 Analogía: Transmisión por contacto ................................................................... 533 3.2.1.3 Síntesis de la situación 1 ..................................................................................... 544 3.2.1.4 Situación 2 .......................................................................................................... 555 3.2.1.5 Síntesis de la situación 2 ..................................................................................... 577 3.2.1.6 Situación 3 ............................................................................................................ 58 3.2.1.7 Síntesis de la situación 3 ....................................................................................... 59 3.2.1.8 Situación 4 ............................................................................................................ 60 3.2.1.9 Síntesis de la situación 4 ..................................................................................... 622 3.2.1.10 Situación 5 ........................................................................................................ 633 3.2.2 Taller 2. ...................................................................................................................... 633 3.2.2.1 Situación 1 .......................................................................................................... 633 3.2.2.2 Situación 2 .......................................................................................................... 666 3.2.2.3 Síntesis de la situación 2 ....................................................................................... 67 3.2.2.4 Situación 3 .......................................................................................................... 677 3.2.2.5 Síntesis de la situación 3 ..................................................................................... 699.

(5) 5. 3.2.2.6 Situación 4 ............................................................................................................ 70 3.2.2.7 Síntesis de la situación 4 ..................................................................................... 711 3.2.3 Taller 3 ....................................................................................................................... 722 3.2.3.1 Situación 1 .......................................................................................................... 722 3.2.3.2 Síntesis de la situación 1 ..................................................................................... 744 3.2.3.3 Situación 2 .......................................................................................................... 755 3.2.3.4 Síntesis de la situación 2 ..................................................................................... 777 3.2.4 Taller 4 ....................................................................................................................... 788 3.2.4.1 Situación 1 .......................................................................................................... 788 3.2.4.2 Situación 2 .......................................................................................................... 799 3.2.4.3 Síntesis de la Situación 2 .................................................................................... 822 3.2.4.4 Situación 3 .......................................................................................................... 822 3.2.4.5 Síntesis de la situación 3 ..................................................................................... 833 4. Conclusiones ........................................................................................................................... 855 Referencias .................................................................................................................................. 899 Anexos ........................................................................................................................................ 944.

(6) 6. Lista de Figuras Pág. Figura 1. Campo eléctrico en un punto. ..................................................................................... 233 Figura 2. Líneas de campo equipotenciales ............................................................................... 233 Figura 3. Campo eléctrico placas paralelas. ............................................................................... 244 Figura 4. Circuito eléctrico......................................................................................................... 244 Figura 5. Representación de los campos electromagnéticos en un circuito ............................... 299 Figura 6. Sentido convencional de la corriente .......................................................................... 311 Figura 7. Tubo de rayos catódicos ............................................................................................. 322 Figura 8. Necesidad de cables conductores ................................................................................ 322 Figura 9. Representación del campo eléctrico ........................................................................... 322 Figura 10. Trayectoria cerrada en un circuito ............................................................................ 333 Figura 11. Millikan y el circuito eléctrico .................................................................................. 344 Figura 12. Diferencia de potencial ............................................................................................. 344 Figura 13. Carga adquirida por placas paralelas ........................................................................ 355 Figura 14. Conexión de condensadores...................................................................................... 355 Figura 15. Movimiento de electrones ......................................................................................... 366 Figura 16. Flujo continuo de carga............................................................................................. 366 Figura 17. Símbolos de los circuitos .......................................................................................... 377 Figura 18. Transformación de energía en el circuito ................................................................. 388 Figura 19. Resistencia interna .................................................................................................... 399 Figura 20. Corriente y resistencias ............................................................................................... 40 Figura 21. Ciclos de la investigación acción .............................................................................. 422.

(7) 7. Figura 22. Fase 1: Metodología.................................................................................................. 477 Figura 23. Fase 2: Metodología.................................................................................................. 488 Figura 24. Fase 3: Metodología.................................................................................................. 499 Figura 25. Grupos construyendo su primer circuito ................................................................... 522 Figura 26. Representaciones de las fuentes de energía .............................................................. 588 Figura 27. Representación de los circuitos elaborados con interruptor ..................................... 622 Figura 28. Representaciones de las interacciones del imán y la brújula .................................... 655 Figura 29. Representaciones sobre el contenido de la caja negra .............................................. 688 Figura 30. Construcción de un circuito con dos bombillos ........................................................ 733 Figura 31. Representaciones sobre la solución de la situación 2 ............................................... 755 Figura 32. Representaciones de los circuitos con dos baterías .................................................. 788 Figura 33. Empleando dos baterías para obtener diferente brillo al de la situación 1 ............... 811 Figura 34. Representaciones de los montajes de la linterna ....................................................... 833.

(8) 8. Lista de Cuadros Pág. Cuadro 1. Explicaciones alternativas .......................................................................................... 266 Cuadro 2. Síntesis de resultados test de intereses ......................................................................... 50 Cuadro 3. Transcripción de resultados taller 1 ........................................................................... 511 Cuadro 4. Explicaciones del encendido del bombillo ................................................................. 555 Cuadro 5. Fuentes de energía ...................................................................................................... 588 Cuadro 6. Función del interruptor y demás elementos del circuito .............................................. 60 Cuadro 7. Análisis de las interacciones imán y brújula .............................................................. 633 Cuadro 8. Análisis interacción brújula y circuito ....................................................................... 666 Cuadro 9. Análisis de las explicaciones del contenido de la caja negra ..................................... 677 Cuadro 10. Análisis de las explicaciones de la historieta ............................................................. 70 Cuadro 11. Análisis de la comparación de circuitos de 1 y 2 bombillos .................................... 722 Cuadro 12. Síntesis de las explicaciones del circuito en paralelo............................................... 766 Cuadro 13. Análisis de las explicaciones de acuerdo a la conexión de baterías ......................... 799.

(9) 9. Lista de Anexos Pág. Anexo 1. Test de Intereses ........................................................................................................ 944 Anexo 2. Síntesis de las ideas de fenómenos eléctricos a partir del test de intereses .......... 965 Anexo 3. Talleres ....................................................................................................................... 976 Anexo 3.1. Historieta............................................................................................................... 1009 Anexo 4. Diario de campo ...................................................................................................... 1032 Anexo 5. Trabajo en carpetas ................................................................................................ 1154 Anexo 6. Transcripción de Resultados .................................................................................. 1165 Anexo 7. Registro fotográfico................................................................................................... 1209.

(10) 10. Resumen Este trabajo de grado, en la modalidad de profundización, presenta el diseño, la implementación y los análisis correspondientes al desarrollo de cuatro talleres de enseñanza de la física, fundamentados en la comprensión integral del circuito eléctrico simple, aplicados en un curso de grado 11 del colegio Nuevo Chile IED. Los talleres estuvieron precedidos por una encuesta de intereses de los estudiantes sobre el circuito eléctrico, así como por la revisión documental acerca de las problemáticas en la enseñanza de la electricidad y el circuito eléctrico. La metodología de indagación se apoyó en los principios básicos de la investigación acción. En la implementación de los diferentes talleres se evidencian transformaciones en las habilidades para la construcción práctica de los circuitos, lo mismo que avances en la comprensión de los fenómenos asociados al circuito eléctrico simple, tales como el campo electromagnético responsable de la transmisión de la energía. En este sentido, los resultados del proyecto se constituyen en un aporte para la consolidación de una didáctica de la electricidad que, en el caso de los circuitos eléctricos, integre al campo electromagnético en las explicaciones fenomenológicas correspondientes. Palabras Clave: Circuito eléctrico, energía, investigación acción, campo electromagnético, Talleres.

(11) 11. Abstract This work of degree, in the modality of deepening, presents the design, the implementation and the analyses corresponding to the development of four workshops of teaching of the physics, based on the integral comprehension of the simple electrical circuit, Applied in a Grade 11 course of the new Chile IED School. The workshops were preceded by a survey of students ' interests in the electrical circuit, as well as by the documentary review of the problems in the teaching of electricity and electrical circuits. The inquiry methodology was based on the basic principles of action research. In the implementation of the different workshops there is evidence of transformations in the skills for the practical construction of the circuits, as well as advances in the understanding of the phenomena associated to the simple electrical circuit, such as the field Electromagnetic responsible for the transmission of energy. In this sense, the results of the project are constituted in a contribution for the consolidation of a didactic of the electricity that, in the case of the electrical circuits, integrates the electromagnetic field in the corresponding phenomenological explanations. Keywords: Electric circuit, energy, action research, electromagnetic field, Workshops..

(12) 12. Introducción Este trabajo de grado, enmarcado en la modalidad de profundización está orientado hacia la búsqueda por mejorar los resultados en la comprensión sobre el tema de los circuitos eléctricos en estudiantes de grado once, para ello se trabajó en la elaboración de cuatro talleres- laboratorio cada uno de los cuales pretende hacer que el estudiante desarrolle habilidades de observación y análisis para mejorar la comprensión, de tal manera que pueda integrar los diferentes fenómenos físicos que se presentan en el tema de los circuitos eléctricos, buscando orden, coherencia, claridad, precisión y un aprendizaje reflexivo. En este sentido para una comprensión integral sobre los circuitos eléctricos simples se abordan algunos fenómenos asociados al campo eléctrico y campo magnético, cuyas explicaciones usualmente se presenta de manera aislada, como capítulos en los que no existe relación con un circuito simple, y/o en secciones separadas en la mayoría de los textos de educación secundaria. Este trabajo, además se orienta desde una perspectiva constructivista pues se busca crear un entorno interesante y estimulante propicio para la exploración, planteando preguntas que de alguna manera se conviertan en retos para los estudiantes. Por otra parte, la construcción de este aprendizaje, lleva a la construcción de una interpretación de los fenómenos eléctricos basados en la interacción social y educativa en el aula (Cubero, Cubero, Santamaria, Saavedra, & Yoseff, 2007). Una razón por la cual es interesante realizar este trabajo es dar algunas herramientas desde la teoría electromagnética para que los estudiantes posean mejores argumentos a la hora de explicar lo que sucede en un circuito eléctrico, de esta manera se buscó la integración de los conceptos que tradicionalmente son explicados en los circuitos eléctricos con los conceptos de campo eléctrico y campo magnético. A continuación se realiza una descripción de los contenidos de cada uno de los capítulos..

(13) 13. En el capítulo 1. Referentes conceptuales: se presenta el desarrollo histórico relacionado con los fenómenos eléctricos, aproximándonos a las primeras nociones de la construcción del circuito eléctrico, a continuación se tratan las principales problemáticas relacionadas con la enseñanza del circuito eléctrico, destacando allí las ideas o explicaciones alternativas de los estudiantes relacionadas con el circuito eléctrico y acorde a las investigaciones de autores de diversas nacionalidades. En este sentido se exponen propuestas de investigadores como Matar y Welti, Solano y Várelo entre otros, relacionadas con el mejoramiento en la comprensión del circuito eléctrico. Finaliza el capítulo con el análisis de textos de física usualmente empleados en la educación sobre el desarrollo de los temas previos relacionados con el circuito eléctrico. En el capítulo 2. Referentes metodológicos: se inicia con la fundamentación teórica de la investigación-acción como enfoque metodológico, sustentado en autores como J. Elliott y Latorre. Después se describen los pasos llevados a cabo para el diseño del test de intereses relacionado con los fenómenos eléctricos, lo mismo que para el diseño de los cuatro talleres, además se explica la importancia de los registros fotográficos y el diario de campo como herramientas complementarias de la observación y análisis. Finalmente se sintetizan las diferentes fases de este proceso de investigación. En el capítulo 3. Resultados y análisis: Empieza con el análisis de los resultados del test de intereses, el cual se sintetiza en un cuadro que permite asociar las diferentes explicaciones de los estudiantes. Se continúa con los talleres haciendo un análisis preliminar y sintetizado en cuadros que revelan tipos de explicaciones y categorías de cada una de las situaciones presentadas en los talleres, finalmente se presentan las conclusiones y algunas recomendaciones frente a la investigación desarrollada..

(14) 14. Problema de investigación Este trabajo se fundamenta básicamente en la dificultad personal que he encontrado con los estudiantes en los grados once relacionado con el tema de los circuitos eléctricos, dificultad que también la he conocido en conversaciones con otros colegas y que ha sido abordada como trabajos de grado e investigaciones desde diferentes perspectivas de las cuales mencionare y en las que me podré apoyar para el desarrollo de la propuesta. Se hace evidente en la revisión documental las diversas recomendaciones de relacionar los fenómenos de campo eléctrico y magnético con el tema de los circuitos eléctricos, ya que posibilita una interpretación integral entre los diferentes componentes en un circuito eléctrico Otro aspecto que es importante analizar es que a través de las explicaciones tradicionales que incluyen, conceptos presentados en el tablero, ejercicios de práctica para solucionar problemas, preguntas en forma de test, prácticas de laboratorio, etc. Persisten errores conceptúales importantes, tales como “circulación de voltaje”, relacionando así a la pila o batería como una fuente de corriente o también el llamado “efecto topológico que consiste en que los alumnos se confunden fácilmente cuando se les cambia el esquema eléctrico así físicamente el circuito sea el mismo (Shipstone D. , 1985). Otra dificultad que se suele presentar en muchos de los estudiantes es cuando este pasa de los problemas teóricos a la práctica o a la realización de un montaje real de un circuito eléctrico simple y se complica aún más si se trata de un circuito más complejo como el circuito paralelo o mixto, parece que en muchos estudiantes se debe a falta de habilidades técnicas, por lo cual sería interesante analizar si este inconveniente está directamente relacionado con dificultades.

(15) 15. conceptuales o si por el contrario es una dificultad que persiste a pesar de que un estudiante tenga claridad conceptual De acuerdo con lo anterior, la pregunta de investigación que fundamenta nuestro proyecto de trabajo es: Pregunta de investigación ¿Cómo mejoraría la conceptualización de los fenómenos asociados al circuito eléctrico simple en los estudiantes del colegio Nuevo Chile del grado 11-02 a partir de la implementación de talleres bajo la metodología de la investigación acción? Preguntas orientadoras ¿Cómo diseñar talleres que permitan el desarrollo conceptual en la enseñanza del circuito eléctrico simple? ¿Cómo detectar los avances de las explicaciones de los estudiantes sobre los fenómenos asociados al circuito eléctrico simple? ¿Podemos mejorar las habilidades de construcción práctica del circuito eléctrico simple con la aplicación de talleres? ¿Porque es importante hacer esta investigación? Diversas investigaciones coinciden en la dificultad en la enseñanza de los circuitos eléctricos; se han identificado a través de ellas explicaciones “alternativas” que son comunes en estudiantes de diferentes nacionalidades, en este sentido se presume que la manera de abordar y desarrollar el tema de los circuitos eléctricos en la enseñanza ha venido dejando diversos vacíos conceptuales, por lo tanto se hace necesario buscar otras formas de abordar este tema con el fin de contribuir para mejorar los niveles conceptuales, de tal manera que esta investigación se apoya en el diseño de cuatro talleres que permitirán detectar avances en las explicaciones de los.

(16) 16. estudiantes relacionados con el circuito eléctrico. También se pretende analizar los alcances en cuanto a explicaciones relacionadas con los campos eléctricos y magnéticos, responsables de la transmisión de la energía entre las cargas y a si dar una visión más científica del fenómeno. Objetivos General Diseñar una alternativa didáctica que contribuya en la comprensión del circuito eléctrico simple y de construcción practica considerando el campo electromagnético Específicos •. Diseñar cuatro talleres en ambientes de aprendizaje fundamentados en los desarrollos. conceptuales sobre enseñanza del circuito eléctrico simple. •. Identificar las transformaciones de las explicaciones de los estudiantes sobre el. circuito eléctrico simple. •. Identificar los avances en las habilidades instrumentales en el montaje del circuito. eléctrico simple..

(17) 17. 1. Referentes Conceptuales Inicialmente se presenta un recorrido de los principales hechos históricos relacionados con los avances de los fenómenos eléctricos que dieron paso a la construcción del circuito eléctrico. Luego se presentarán las problemáticas relacionadas con la enseñanza del circuito eléctrico fundamentales en la identificación de los antecedentes y se finalizara con el análisis de los contenidos de algunos textos sobre el circuito eléctrico simple. A partir de lo anterior se fundamentan el problema y los objetivos de este trabajo. 1.1 Aspectos históricos del circuito eléctrico Al realizar un recorrido histórico para estudiar el proceso de desarrollo del circuito eléctrico es común encontrar que su evolución está íntimamente ligada a los avances que se fueron realizando entorno a los fenómenos eléctricos, como punto de partida los descubrimientos realizados en la época de Tales de Mileto que se remonta hacia los años (640-545 a. C), en los cuales descubre que el ámbar (resina fosilizada de árboles coníferos como el pino) al ser frotado con la lana adquirían la propiedad de atraer otros objetos y debido a esto se le atribuyó que era una sustancia viva, que podía atraer hacia ella otras sustancias inanimadas, posteriormente se dan cuenta que dos sustancias de ámbar se repelían entre sí, sin poder explicar este fenómeno, ya que luego descubren que no solamente el ámbar, sino otros materiales también podían atraer a otras sustancias (Gamow, 1988). Pasaron alrededor de 20 siglos para que ya en el siglo XVII, personajes como Guillermo Gilbert, inglés, quien con su obra publicada en 1600, resume las investigaciones sobre atracciones eléctricas y cuerpos magnéticos, siendo el primero en usar los términos atracción eléctrica y fuerza eléctrica; Otto Von Guericke, alemán, desarrolla la primera máquina electrostática produciendo cargas eléctricas y pequeñas chispas al ser frotada una esfera de.

(18) 18. azufre y por primera vez se pensó que la electricidad podía fluir de un objeto a otro; Stephen Gray, inglés, estudia la conductibilidad de los cuerpos y es el primero en transmitir electricidad (efluvios eléctricos) a través de un conductor con la condición de que este debía estar aislado de tierra; Francisco de Cisternay Du Fay, francés, determina la existencia de dos cargas eléctricas, positiva y negativa cada una de las cuales pertenecía a dos clases de fluidos eléctricos uno de repulsión y el otro de atracción. Ya en el siglo XVIII algunos conceptos evolucionan con Benjamín Franklin, quien cuestiona las teorías de Du Fay, afirmando que la electricidad era un fluido único, distinguiendo a las sustancias con propiedades eléctricamente positivas y negativas y de acuerdo con el exceso o defecto de ese fluido. Después establece la diferencia entre materiales conductores y aislantes. En 1747, Sir William Watson comprobó que una corriente eléctrica se podía originar a través de una descarga de electricidad estática de tal forma que al experimentar con la botella de Leyden descubre que una descarga eléctrica era equivalente a una corriente eléctrica; posteriormente Luigi Galvani en 1780, aplica pequeñas corrientes en la médula espinal de la rana, notando las contracciones musculares que producen movimiento de las patas, Galvani relacionó los músculos de la rana con la botella de Leyden considerando que estos poseían electricidad positiva en el interior y negativa en el exterior de los músculos, llamando a esto electricidad animal, relacionándola con la fuerza vital (Gamow, 1988). Alessandro Volta fue un físico italiano quien se interesa en los experimentos de Galvani, pero llego a otra conclusión en 1794, afirmando que no se necesitaban los músculos de una rana para producir corriente, pues estos solo permiten la conducción por su humedad salina, Volta logra la fabricación de una pila con placas de cobre y cinc superpuestas y en contacto con una solución salina obteniendo una corriente eléctrica que podía fluir, así se revoluciona el uso de la.

(19) 19. electricidad y se logra el control de la circulación de la corriente eléctrica, Convirtiéndose en el punto de partida en la utilización práctica de la energía eléctrica y diseñando circuitos para cumplir diferentes finalidades (Guisasola, Montero, & Fernández, 2008). 1.2 Problemática de la enseñanza del circuito eléctrico Gran parte de la terminología empleada en los fenómenos de la electricidad son adquiridos en ambientes diferentes a la educación formal, es por esto que comúnmente las personas emplean términos como corriente, electricidad, carga, energía como si fueran sinónimos para tratar de explicar situaciones en el campo de la electricidad, además se evidencia que muchos modelos aprendidos en la informalidad presentan una gran resistencia al cambio a través de la instrucción formal (Shipstone, 1985, p. 3). Desde hace varios años se realizan bastantes investigaciones sobre las ideas previas que presentan los estudiantes en el tema de los circuitos eléctricos y los conceptos asociados en ellos, de igual manera que en otros campos de la ciencia la enseñanza convencional ha sido incapaz de conseguir que estas preconcepciones evolucionen o dialoguen con las ideas admitidas por la comunidad científica, poniéndose de manifiesto la necesidad de buscar nuevas estrategias de enseñanza. Tradicionalmente los alumnos presentan respuestas alternativas a las científicas frente a las cuestiones o preguntas planteadas en el aula y, ante esta situación comúnmente la respuesta de los profesores siempre ha sido sancionatoria. Sin embargo, ahora, estos errores se están analizando desde otra perspectiva. Debido a la gran variedad de investigaciones en didáctica, existe una evidencia empírica de que los alumnos antes de llegar a la instrucción formal ya poseen sus propias explicaciones y concepciones sobre los fenómenos naturales que se les quiere enseñar (Periago & Bohigas, 2005)..

(20) 20. Esto influye en un tipo de distante de los principales conceptos y modelos que se utilizan para interpretar los fenómenos naturales, más aún, si el profesor no es lo suficientemente cuidadoso a la hora de tener en cuenta las ideas previas de sus alumnos, en el momento de su planeación de las actividades o de su trabajo en el aula. Otras investigaciones han tratado de explicar sobre el origen de las ideas previas, encontrando que existen esquemas conceptuales presentes en todas las culturas que van en otros sentidos y no corresponden a las teorías científicas, de tal manera que muchas de las ideas previas del estudiante están relacionadas con su entorno y experiencias cotidiana, es así que se puede evidenciar en el uso del lenguaje, constantes incoherencias y el empleo de algunas analogías imprecisas que muchas veces son reforzadas en ambientes diferentes a la educación formal y por los medios de comunicación (Viennot, como se citó en Campanario & Otero, 2000). Furió y Guisasola (2001) expresan su preocupación sobre las ideas previas erróneas, pues son las que persisten y no logran ser reemplazadas por las ideas científicas “correctas” y en muchas ocasiones conviven paralelamente, además se cree que las ideas previas erróneas perduran aún después de haber recibido una formación específica, por lo tanto, cambiar esas estructuras mentales a veces requieren de largos periodos y muchos esfuerzos por parte del profesor. Al respecto se ha encontrado que cuando los estudiantes mantienen esquemas paralelos y los emplean de acuerdo a la necesidad, es así que en algunos casos recurren a explicaciones recibidas en el ambiente académico para resolver preguntas y aprobar exámenes, pero siguen manteniendo por otra lado una gran cantidad de ideas previas para interpretar los fenómenos que lo rodean, se sabe “que es frecuente encontrar universitarios y profesionales que mantienen concepciones erróneas para explicar cualquier asunto científico” (Furió & Guisasola, 2001, p. 320)..

(21) 21. Para que se empiece a presentar cambio en el tipo de explicaciones alternativas se necesita que el estudiante sea consciente de la necesidad de mejorar las limitaciones que tiene y de los esquemas conceptuales que emplea para explicar los fenómenos, es importante anotar que los cambios conceptuales no se darán por la cantidad de acumulación de nueva información transmitida, este cambio se dará si se logra que los preconceptos entren en crisis y surja la necesidad de modificación y así poder transformar un concepto, de esta manera se daría un proceso con tendencia al enfoque constructivista, donde las redes conceptuales son activamente construidas por el que aprende (Campanario & Moya, 1999; Driver, 1986; Driver & Oldham, 1986). De esta manera el proceso de aprender requiere que el alumno aporte sus ideas existentes al enfrentar una situación intentando comprenderla, pero esta reestructuración no se dará en cortos periodos de tiempo, ni con un par de lecciones y puede incluso requerir años, es así que el rol del profesor es el de enfrentar a sus estudiantes con problemas y diseñar experimentos para contrastar las diferentes hipótesis de los estudiantes y en consecuencia construir conocimientos sólidos (Driver, 1986). De acuerdo a Carrascosa (1985), en el campo de la física se han hecho numerosas investigaciones en los errores conceptuales que se dan con mayor frecuencia sobre todo en relación entre fuerza y movimiento, pero otro de los campos menos explorados es la didáctica de los circuitos eléctricos y los conceptos involucrados como: Intensidad de corriente, resistencia y diferencia de potencial, las concepciones de los estudiantes investigadas sobre este tema arrojan resultados similares en casi todos los grados (Cohen, Eylon, & Ganiel, 1983; Furió & Guisasola, 2001; Periago & Bohigas, 2005)..

(22) 22. Podríamos decir, entonces, que uno de los problemas de la enseñanza de la electricidad consiste en la poca asimilación de los conceptos a pesar de los esfuerzos del profesor y de las ilustraciones que aparecen en los libros de texto, pues las dificultades se hacen evidentes en el momento que los estudiantes deben solucionar problemas prácticos o explicar el funcionamiento de un artefacto eléctrico. Además, se ha encontrado una verdadera inconsistencia en cuanto a conceptos fundamentales aún después de repetidas explicaciones y es un aspecto que se generaliza en diferentes temáticas de la física. (Furió & Gil, La didáctica de las ciencias en la formación inicial del profesorado, 1989). Pero esta problemática es común y afecta tanto a estudiantes de diversas regiones como a profesores e ingenieros, debido a esto han surgido algunas propuestas e investigaciones en didáctica encaminadas al mejoramiento de la enseñanza de los fenómenos eléctricos (Montanero, Peña, Clavo, & Suero, 1991; Montanero, Suero, Pérez, & Pardo, 2002; Calvo, y otros, 1992; Solano, Gil, Pérez, & Suero, 2002; Gil, Suero, Pérez, & Solano, 2003). Adicionalmente investigaciones admiten que una buena comprensión de los temas relacionados con electrostática puede facilitar la integración de los nuevos conceptos que surgen en los circuitos de corriente directa, pues existen aspectos relacionados y sería muy útil que los estudiantes lograran una interpretación como un solo conjunto (Chabay & Sherwood, 1999). Por lo cual, sería provechoso examinar los campos eléctricos y magnéticos que rodean un circuito eléctrico debido a los conductores, baterías, generadores y otros elementos del circuito, acercándonos con ello a una mejor interpretación sobre el flujo de energía en un circuito de corriente directa o continua y para aproximar a nuestros estudiantes a esa interpretación debemos analizar la carga superficial de los conductores que transportan corriente, pues es allí donde aparecen los campos eléctricos y es a través del vector de Poyting con el que podemos calcular.

(23) 23. esa transferencia de energía. Se dice que estos campos que rodean los conductores es actualmente ignorado por muchos profesores de física y además por investigadores de física, lo mismo que los textos de física ignoran en su contenido o no mencionan en los conductores resistivos las cargas superficiales sobre ellos (Feyman, Leighton, & Sands, 1965). En este mismo sentido, de Pro y Saura, (1996) al relacionar la electrostática con el estudio del circuito eléctrico, analizan dos situaciones en el estudio de la electricidad (sin aparente relación); el de electrización por fricción y una bombilla encendida en una conexión eléctrica, ya que no se asocia la energía potencial con potencial eléctrico ni con fuerzas electrostáticas, además el concepto de diferencia de potencial se relaciona con términos como potencial eléctrico, también referido a fuerza electromotriz o como una variable en el análisis de la ley de Ohm. En este sentido las primeras tres graficas muestran poca relación con la bombilla encendida en un circuito eléctrico.. Figura 1. Campo eléctrico en un punto.. Figura 2. Líneas de campo equipotenciales.. Fuente: Pérez, 2000, p. 399. Fuente: Pérez, 2000, 399..

(24) 24. Figura 3. Campo eléctrico placas paralelas.. Figura 4. Circuito eléctrico.. Fuente: Pérez, 2000, p. 400. Fuente: Pérez, 2000, p. 412.. Desde un análisis cuidadoso de los anteriores conceptos y la coherencia como sean presentados estos, dependerá una buena propuesta didáctica. En los siguientes párrafos encontraremos algunas de las investigaciones que se han realizado sobre el circuito eléctrico simple y sobre los cuales corroboramos muchos de los aspectos anteriormente mencionados, así como los diversos tipos de explicaciones alternativas que dan los estudiantes y cómo los diferentes investigadores han clasificado e interpretado cada uno de los modelos que la mayoría de estudiantes emplean para explicar los diferentes conceptos involucrados en el circuito eléctrico, empezamos entonces con: Solano (2003) propone un modelo didáctico para la enseñanza de la Física, y más exactamente, para la enseñanza de la Electricidad, basado en la Teoría de la Elaboración de Reigeluth y Stein, la cual plantea un método que va de lo general a lo particular y de la misma manera de lo sencillo a lo complejo. Este camino didáctico, pretende un ciclo en espiral, asegurando que las ideas iniciales sean retomadas, después de haber realizado un proceso de ganancia para que de esta manera se consoliden en el aprendizaje del estudiante, así por ejemplo.

(25) 25. si tenemos en cuenta las ideas previas de un estudiante acerca de la energía eléctrica, estas pueden estar muy relacionada con la cotidianidad del alumno y esta idea se puede ampliar con relaciones y conceptos subordinados, enriqueciendo el proceso conceptual del alumno de tal manera que se le puedan agregar aspectos de consumo, transformación, producción y seguridad entre otros. En esta tesis también se le da importancia a la didáctica experiencial, dando cuenta de dos estrategias, una de ellas propone que a partir de un ejemplo aislado se llegue a la generalización y la otra es que se llegue a la generalización aumentando la cantidad de ejemplos relacionados con un concepto, al respecto Reigluth afirma que con ello no solamente se pueden adquirir ideas nuevas, sino que además se logren organizar interiormente y así mejorar las ideas ya adquiridas, por otro lado propone que el profesor debe elegir un contenido concreto como eje principal de todo el proceso de aprendizaje de tal manera que los siguientes contenidos se vayan concatenando a los anteriores, pretendiendo explicar así que la teoría de la elaboración no emplea un solo contenido, como suele pasar con los modelos tradicionales. El trabajo también describe como los contenidos tradicionales se toman aislados de otros contenidos que claramente están relacionados, pero como no existe la intención de integrarlos, entonces los estudiantes difícilmente podrán relacionar los contenidos y siempre los verán aislados como lo que sucede con los conceptos de electrostática y el tema de los circuitos eléctricos. En este sentido Chabay y Sherwood (como se citó en Solano, 2003), distinguen que un claro entendimiento de los conceptos de electrostática es fundamental para adquirir una buena comprensión de los conceptos de electrocinética (circuitos eléctricos). Varela (1994) dedica gran parte de la investigación a los esquemas alternativos en el campo de la electricidad y apoyada en investigadores como Dupin y Joshua (1986); Shipstone.

(26) 26. (1988); Cosgrove et al. (1983); Millar (1993); Cohen et al (1983); Rhoneck y Grob (1987); Maichle (1981); Closet (1983); Solomon (1985); Andersson (1986); Llorens (1991); Osborne (1983); Gauld (1985); Varela et al (1988, 1993) lleva a cabo la investigación utilizando técnicas de detección comunes en este tipo de estudio, allí se menciona que los autores emplean elementos convencionales en las prácticas de laboratorio para electricidad, con lo cual se les pide a los estudiantes después de realizar un determinado montaje que expliquen lo que ellos creen que está sucediendo. Se ha sabido que este método arroja buenos resultados y son más visibles en edades tempranas. En este trabajo se analizan las ideas más importantes que los alumnos de diferentes países suelen contestar en los diferentes niveles de la enseñanza en el campo de la electricidad. Del tipo de respuestas que dan los estudiantes inicialmente se estudia el proceso de evolución conceptual que deben experimentar los estudiantes, vemos aquí algunos ejemplos de respuestas alternativas más comunes. (Ver Cuadro 1). Cuadro 1 Explicaciones alternativas. Modelo. Respuestas alternativas Es donde se almacena la corriente y se transmite muy rápido o instantáneamente por todo el circuito. Idea ligada al movimiento de electrones. Movimiento de electrones la corriente sale de cada uno de los polos de una pila y llega hasta una bombilla es significativa en cuanto al número de respuestas de este tipo en estudiantes incluso de diferentes países.. Corrientes Antagonistas.

(27) 27. Modelo. Respuestas alternativas La corriente sale de un polo y pasa por la bombilla para entrar al otro polo, produciéndose un desgaste de la corriente al pasar por la bombilla, olvidando así el concepto de la conservación de esta en un circuito. Gasto de corriente Los alumnos sólo ven de manera local lo que sucede en un circuito aún después de habérsele hecho alguna variación al circuito, es decir que si se cambia un elemento del circuito esto afectará otros componentes que estén después de esta corriente que sale del elemento que se cambió. Así por ejemplo si el bombillo A lo intercambiamos de posición con el bombillo B, la tendencia de las explicaciones es que el brillo del bombillo A tiende a disminuir su brillo, ya que el bombillo B quedaría más próximo al positivo de la batería y por el sentido convencional de la corriente pasaría primero por B Razonamiento Secuencial Fuente: Elaboración propia. Podemos considerar, además, como otra de las respuestas alternativas sobre voltaje, pues es considerado como una consecuencia de la corriente, pero no lo ven como la causa de la corriente en un circuito, además no reconocen la existencia de diferencia de potencial sin que exista corriente en un circuito. Muchos estudiantes llegan a la universidad resolviendo perfectamente la ecuación V=I.R, pero les cuesta realizar un análisis cualitativo en un circuito simple de la relación entre las variables I y V. Matar y Welti (2010) se refieren a las explicaciones tan limitadas del profesorado y de los textos sobre la transmisión de la energía en los circuitos simples, descuidando siempre la importancia del campo eléctrico presente y asociado a los conductores que lo constituyen, lo anterior llevaría a una explicación más significativa de la transmisión de la energía, por lo tanto.

(28) 28. la manera tradicional o común llevará siempre a que los circuitos y los campos electromagnéticos aparecen como temas aislados y sin aparente relación. Matar y Welti (2010) llaman la atención sobre el comportamiento del campo eléctrico en un circuito y hace un análisis de lo que sucede con el cambio de la intensidad de la luz de la bombilla si se acercara la batería a una lámpara, para mostrar que no existe una relación entre la distancia de la fuente a la lámpara, ya que es usual pensar que las fuentes del campo eléctrico en el filamento de la lámpara o bombilla son las cargas que se encuentran en los polos de la batería. Otra de los conceptos que se estudia aquí, es cómo se da la transferencia de la energía desde la fuente hasta la bombilla, discutiendo así con la idea común del movimiento de electrones dentro de los hilos conductores que lleva la energía desde la fuente hasta la bombilla. Para Matar y Welti, el concepto de campo y el principio de conservación de energía, nos ayudan a entender cómo se da el proceso de esta energía que va desde la batería hasta la lámpara en un circuito. Primero aclaramos que no es correcto pensar en la energía como una sustancia que se distribuye por el espacio, en cambio si se piensa en los campos eléctricos y magnéticos que se distribuyen en el espacio y alrededor del circuito, como cantidades vectoriales relacionados entre sí y con la energía, y como portadores de la misma, entonces la idea de estos campos electromagnéticos almacena y transmite la energía es la mejor explicación de la transmisión de esta en un circuito. En síntesis, el proceso que explican Matar y Welti del circuito eléctrico es que al conectar los dos conductores a cada uno de los polos de la batería, ellos adquieren la polaridad de la batería y funcionan como una extensión de cada uno de los electrodos, en el momento que se conectan a la bombilla se modifica la naturaleza equipotencial de los dos conductores y se inicia el proceso de corriente, la polaridad de los conductores crea un campo eléctrico denotado con las.

(29) 29. flechas que se curvan en el interior del circuito (ver figura 5) y en dirección de las cargas positivas hacia las negativas, además se crea un campo eléctrico en el interior de los conductores debido a la distribución superficial de carga.. Figura 5. Representación de los campos electromagnéticos en un circuito. Fuente: Adaptado de Matar y Welti, 2010, p. 87. Los círculos alrededor de los conductores (figura 5) representan las líneas de campo magnético entrando y saliendo debido a la existencia de una corriente según la ley de Biotsavart, esta combinación del campo magnético y el eléctrico mencionado anteriormente son perpendiculares y la energía viaja por el espacio perpendicular a estos campos a la velocidad de la luz desde la batería hasta la bombilla. Si se considera E y H campo eléctrico y magnético, respectivamente, en un punto del espacio, la densidad de energía electromagnética U (J/m3) en dicho punto se calcula mediante la expresión U= Las constantes. 0. y. 0,. 0. E2+. 0. H2. (1). corresponden a las leyes de Coulomb y de Ampere relacionando. los campos eléctrico y magnético con las cargas y las corrientes, respectivamente. Los cambios de energía potencial de un circuito pueden asociarse exactamente con los cambios energía asociada con los campos mediante la Ecu. (1). Ahora bien, la teoría electromagnética establece.

(30) 30. que hay un flujo de energía en cualquier punto que rodea a un circuito donde exista un campo eléctrico y un campo magnético que viene dado por = Donde. X. (2). representa el flujo de energía, también conocido como vector de Poynting, en. honor de J. H. Poynting (1852–1914) explicando la transferencia de energía electromagnética a partir de las ecuaciones de Maxwell. Las unidades de P = E × H son. [P] = [E] [H] = (V/m) (A/m) = W/m2 = J/m2s. Por lo tanto, el flujo de energía es la cantidad de energía que atraviesa la unidad de área en la unidad de tiempo. Si se conocen los sentidos de los campos eléctrico. y. se puede determinar el sentido del flujo de la energía mediante la Ec. (2). En la. magnético. Fig.4 se muestra el campo de Poynting mediante una flecha ancha con su interior pintado de blanco. Como puede verse, el flujo de energía se dirige desde la batería hacia la lamparita en un camino de una sola vía. 1.3 El circuito eléctrico simple en los libros de texto Se realiza a continuación un análisis de cuatro textos de física comúnmente empleados, enfocándonos en el tema de la corriente eléctrica y la secuencia que desarrollan para abordar el circuito eléctrico. •. Física de Santillana 2011, texto de bachillerato. •. Corriente eléctrica. •. Capitulo cargas eléctricas en movimiento. •. Temas de la unidad: Corriente eléctrica y Circuitos eléctricos. La primera aproximación a circuito la emplea para explicar el sentido de la corriente allí aparece el primer esquema de batería, conductores, bombilla e interruptor, pero es empleado específicamente para explicar el sentido que sigue la corriente eléctrica. Cuando habla de cómo.

(31) 31. medir la corriente y el voltaje vuelve aparecer implícitamente el esquema del circuito, para explicar la manera como se deben colocar los instrumentos y después se hace más evidente la aparición de circuito cuando tratan sobre la Asociación de resistencias en serie y paralelo, pues aquí ya se habla de la distribución de la corriente y del voltaje para luego aplicar la ley de ohm.. Figura 6. Sentido convencional de la corriente. Fuente: Santillana, 2011, p. 185. Cuando aborda el tema de circuito eléctrico hace relación a la forma como se conectan los diferentes dispositivos y la necesidad que requieren los aparatos eléctricos de un flujo de corriente constante en el tiempo y además define el circuito eléctrico como un conjunto de elementos conductores unidos que requieren de un generador que mantenga el flujo de corriente constante, para que un circuito funcione debe crearse un camino por donde los electrones puedan circular y si esto ocurre el circuito está cerrado. (Ver Figura 6). Texto universitario Física de Giancoli para Ciencias e Ingeniería 4 edición El primer esquema en el que aparece la idea de circuito de este libro es en el capítulo 23 titulado "Tubo de rayos catódicos”. En este apartado aparece la idea de batería unida a través de dos conductores para explicar los términos ánodo y cátodo, de ahí surge una aproximación al término flujo en el que se explica que los electrones pasan del cátodo hacia el ánodo (p. 620). (Ver Figura 7)..

(32) 32. Figura 7. Tubo de rayos catódicos. Fuente: Giancoli, 2008, p. 620. En el capítulo 24 sobre el tema de capacitores vuelve aparecer el esquema de idea de circuito, aunque no se menciona la palabra flujo, si deja la idea de que la carga positiva en una placa proviene del Polo positivo de la batería y que la carga negativa proviene del Polo negativo de la batería y que esto se logra a través del uso de cables conductores, (Figura 8), más adelante de este mismo capítulo con la conexión de capacitores en serie y paralelo, explica que los capacitores se encuentran en diversos circuitos eléctricos y definiendo circuito eléctrico.. Figura 8. Necesidad de cables conductores. Fuente: Giancoli, 2008, p. 629. Como la trayectoria cerrada entre conductores u otros dispositivos por los que puede fluir la carga incluyendo una fuente de voltaje o batería. p (633). Figura 9. Representación del campo eléctrico. Fuente: Giancoli, 2008, p. 633..

(33) 33. En el capítulo 25 p (652), afirma que se necesita de un campo eléctrico para poner cargas en movimiento y para mantenerlas en movimiento en cualquier conductor normal, figura 9, pues hasta el año de 1800 el desarrollo tecnológico de la electricidad consistió en producir cargas estáticas mediante fricción, pero todo cambió ese año cuando Alessandro Volta inventó la batería eléctrica y con ella produjo el primer flujo de carga estacionario y por tanto una corriente eléctrica constante, p (652); a continuación presenta la figura 10, en la que muestra cómo a través de dos pilas en serie se conectan los polos de las baterías para encender un bombillo p (653) y continúa con la afirmación del propósito de las baterías que es la de producir una diferencia de potencial para provocar movimiento de cargas, cuando se forma una trayectoria de conducción entre las terminales de la batería, obteniendo un circuito eléctrico p(654). Aparece después un ejercicio para determinar cómo se debe conectar una batería o pila con el alambre y el bombillo para establecer un circuito eléctrico y de esta manera mejorar la conceptualización de Circuito como trayectoria cerrada.. Figura 10. Trayectoria cerrada en un circuito. Fuente: Giancoli, 2008, p. 652. Luego se busca realizar la explicación del sentido convencional de la corriente y el sentido real, explicando que el sentido convencional históricamente surgió hace dos siglos, además hace claridad sobre el campo eléctrico paralelo a las líneas de conducción o alambres una vez que se conecten a la otra terminal de la batería..

(34) 34. Texto Tippens bachillerato En este texto a diferencia de los anteriores aparece muy rápido la idea de circuito eléctrico, una vez abordado el tema de potencial eléctrico se pasa al experimento de Millikan y en una de las figuras aparece el diagrama de un circuito con una pila, conductores, resistencia variable, condensador, para ajustar un campo eléctrico en el cual se explica cómo la fuerza eléctrica se puede igualar a la fuerza gravitacional. (Ver Figura 11).. Figura 11. Millikan y el circuito eléctrico. Fuente: Tippens, 2011, p. 506. Se vuelve a la idea de circuito y aunque no lo define si lo menciona al explicar en el capítulo 26.1 las limitaciones al cargar un conductor, dice," A la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito, se le puede llamar voltaje o tensión' pues al pasar a través de algún elemento del circuito se produce una caída de potencial" fig. 12, también aparece la idea de circuito abierto aclarando que no hay suministro de corriente para medir la diferencia de potencial. Figura 12. Diferencia de potencial. Fuente: Tippens, 2011, p. 508..

(35) 35. En el capítulo 26.2 sobre el condensador al igual que en otros textos se muestra la carga adquirida por las placas paralelas Unidas por conductores a una batería, dando la noción de flujo de cargas a través de los conductores. (Figura 13).. Figura 13. Carga adquirida por placas paralelas. Fuente: Tippens, 2011, p. 510. Para el estudio de conexión de condensadores en este texto se explica la necesidad de la utilización del circuito eléctrico, para ello hace una breve descripción del diagrama que se va a emplear, lo mismo que de los dispositivos eléctricos y sus símbolos. En cuanto a la conexión de condensadores en serie explica que la batería mantiene una diferencia de potencial entre las placas adyacentes a los polos de la batería, existiendo una transferencia de electrones. (Figura 14).. Figura 14. Conexión de condensadores. Fuente: Tippens, 2011, p. 511. En el capítulo 27-1, explica el movimiento de la carga eléctrica al unir con un alambre las placas del condensador, pero aclara que en ese momento se crea un campo eléctrico en el.

(36) 36. alambre debido a la diferencia de potencial entre las placas y este provoca un impulso de los electrones libres hacia la placa positiva (aclaración no expuesta en los demás textos);. Figura 15. Movimiento de electrones. Fuente: Tippens, 2011, p. 512. También añade que este movimiento de los electrones se detiene y cambian de dirección continuamente de acuerdo a fenómenos térmicos de los átomos y por lo tanto es un movimiento no acelerado y lo llama proceso de arrastre o difusión cuya velocidad promedio es de 4 m/h y es diferente al concepto de corriente que determina la cantidad de carga por unidad de tiempo. En el análisis de la dirección de la corriente vuelve a dar importancia al campo eléctrico como responsable del flujo de carga eléctrica y de esta manera explica los modelos de la corriente convencional y la corriente real En la sección 27-3, en la explicación sobre fuerza electromotriz emplea la analogía de la bomba de agua para mantener un flujo continuo de agua por una tubería y la define como el dispositivo que convierte energía química o mecánica en energía eléctrica capaz de mantener un flujo continuo de carga y es en ese sentido que aparece bien definido el esquema del circuito eléctrico. (Figura 16).. Figura 16. Flujo continuo de carga. Fuente: Tippens, 2011, p. 536..

(37) 37. Física de Serway (texto universitario) La primera aproximación a circuito en este texto se realiza en el capítulo 26 y en la sección 26-3, pág. 727, llamada Combinaciones de Capacitores hacen referencia a la necesidad del empleo del diagrama del circuito, explicando los símbolos a utilizar, así como la aclaración sobre la necesidad de conectar mediante líneas los elementos como el capacitor, el interruptor y la batería que simulan los alambres entre los elementos. (Figura 17).. Figura 17. Símbolos de los circuitos. Fuente: Serway & Beichner, 2002, p. 727. En seguida aparecen las conexiones de circuitos en serie y paralelo con los condensadores y allí se retoma el concepto de diferencia de potencial, el cual lo abordaron en el capítulo anterior “potencial eléctrico”, luego y a través de un ejemplo se explica cómo deben ser las diferentes conexiones entre los elementos, lo mismo que el proceso de reducción de los circuitos para encontrar una capacitancia equivalente, lo que conduce a adquirir este conocimiento que luego se utiliza en los circuitos con resistencias, página 730. En la sección 26-4 llamada “Energía almacenada en un capacitor con carga”, se aclara lo que sucede en un circuito al tener una batería, un capacitor, interruptor y cables conductores, dando importancia al establecimiento de campo eléctrico en los conductores una vez se cierra el interruptor, por lo cual podrá circular carga eléctrica entre ellos y el capacitor, presentándose una transformación de energía dentro del sistema fig. 18..

(38) 38. Figura 18. Transformación de energía en el circuito. Fuente: Serway & Beichner, 2002, p. 730. En el capítulo 27-1 Corriente Eléctrica, aparece una aclaración sobre la frase “flujo de corriente”, la cual es una redundancia ya que la corriente se define como flujo de carga, además como en otros textos hace la aclaración y explica sobre la corriente convencional de acuerdo al flujo de carga positiva y a la dirección de la corriente si el flujo de carga corresponde a los electrones, aparece también el concepto de rapidez de arrastre y su análisis con el cual se concluye que los electrones libres tardarían 75 minutos para recorrer un metro, lo cual no es lo que se percibe cuando cerramos un interruptor y la bombilla enciende de inmediato, esto lo aclara haciendo la observación de que los electrones presentes en el filamento del bombillo antes de cerrar el interruptor experimentaran fuerzas eléctricas en el momento de cerrar el interruptor debido a la aparición del campo eléctrico, después aclara que lo que realmente realiza una batería es el establecimiento de un campo eléctrico el cual ejerce una fuerza sobre los electrones que existen en los alambres y demás elementos del circuito, pero en ningún momento la batería suministra electrones al circuito Otras aclaraciones importantes sobre el concepto de corriente en un circuito explican que es útil imaginar una carga moviéndose en el circuito como ayuda para la comprensión de la transferencia de energía, pues resultaría contradictorio pensar que debido a la velocidad de arrastre una carga se moviera en un corto periodo de tiempo alrededor de todo el circuito..

(39) 39. Por otra parte se habla de interpretaciones erróneas asociadas al concepto de corriente, una es cuando se cree que la corriente que sale de un polo de la batería es consumida al pasar por la resistencia pensando así que solo hay corriente en una parte del circuito; otra interpretación que suele aparecer es que la corriente que entra al resistor es mayor que la que sale de él, pensando que parte de la corriente fue consumida y otra es la que se piensa que la corriente sale de cada uno de los polos de la batería en sentidos opuestos y esta se choca en la resistencia entregando ahí la energía. pág. (764) En el capítulo 28 Circuitos de corriente directa, al explicar sobre fuerza electromotriz, hace un análisis detallado de la diferencia entre la fem de una batería y la diferencia de potencial de la batería, pues se tiende a creer que la batería es una fuente de corriente constante o que la batería es una fuente de voltaje constante, llegando a deducir las expresiones Δv=E-Ir E=IR+Ir, luego I=E/R+r Y así justificando y de acuerdo con la figura 19. Figura 19. Resistencia interna. Fuente: Serway & Beichner, 2002, p. 776. Finalmente, en el estudio de las resistencias en serie y paralelo fig. 20, las explicaciones sobre el paso de la corriente y los conceptos de voltaje en los elementos es similar a la de los demás textos, pero aparece una aclaración sobre la frase: la corriente sigue la trayectoria de menor resistencia, la cual es falsa, pues simplemente la corriente sigue todas las trayectorias posibles, solo que existirá más o menos corriente de acuerdo a las resistencias encontradas..

(40) 40. Figura 20. Corriente y resistencias. Fuente: Serway & Beichner, 2002, p. 736..

(41) 41. 2. Referentes Metodológicos Expondremos ahora los referentes metodológicos y los diferentes pasos de investigación desarrollados, también se describen los procesos que permitieron los diseños de un test de intereses realizado a los estudiantes, lo mismo que el proceso que permitió el diseño de los talleres y su validación. 2.1 Investigación acción como enfoque metodológico La metodología desarrollada para esta investigación estuvo orientada hacia la perspectiva de la Investigación – Acción en el aula de clases. En la investigación-acción se tiene en cuenta las descripciones y explicaciones de los estudiantes sobre una determinada situación, estas explicaciones se deben tomar tal y como lo expresan los alumnos, de tal manera que garantice una autentica investigación-acción. (Elliot, 2000). Dicho de otra manera, se debe contar y describir de manera minuciosa cada una de las situaciones y eventos más importantes de acuerdo con el juicio del investigador. La investigación-acción es básicamente un método cualitativo que gira en torno a la actividad docente, pretendiendo buscar cambios para mejorar su práctica educativa, el docente debe de realizar las veces de investigador, observador y maestro. En la investigación-acción se presentan diferentes fases para su proceso que son: Reflexión de un problema; Planeación y aplicación que persigan mejorar la situación, las cuales pueden ser talleres, dinámicas, etc.; y evaluar resultados de la acción anterior, para iniciar un nuevo ciclo, de tal manera que se forma una espiral constantemente. Además de la observación como herramienta básica se debe buscar cooperación con otros docentes y estudiantes para tener una información cruzada (Latorre, 2005)..

(42) 42. Espiral de ciclos de la investigación acción. Figura 21. Ciclos de la investigación acción. Fuente: Latorre, 2005, p. 32.. Para esta investigación se utilizaron los siguientes instrumentos: 2.1.1 Test de intereses relacionados con los fenómenos eléctricos. Teniendo en cuenta los resultados obtenidos en la búsqueda de antecedentes, se diseñó y aplicó un test de intereses (Ver Anexo 1) a un grupo de 28 estudiantes de grado once compuestos por 14 mujeres y 14 hombres con edades comprendidas entre los 16 y los 18 años del Colegio Nuevo Chile IED de la ciudad de Bogotá. 2.1.2 Diseño de cuatro talleres-laboratorio. Una vez aplicado y realizado el análisis del test de intereses, además de la revisión documental se empezó con la construcción de los talleres, se presentó una propuesta inicial, la cual se fue modificando con la colaboración de dos profesores de física compañeros del seminario de trabajo de grado, lo mismo que mi director de trabajo de grado profesor de física, este proceso fue evolucionando durante dos semestres y el producto final son: Taller 1, Taller 2, Taller 3, Taller 4 (anexo 3) 2.1.3 Registro fotográfico. Acudiremos a la fotografía como un recurso o fuente que posibilita la observación en la investigación, ya que la fotografía posee la ventaja de registrar procesos de cambio que suelen ocurrir con gran rapidez. Estos registros suelen tener ventajas.

(43) 43. sobre descripciones gráficas que muchas veces pierden precisión, pues están sujetos a la habilidad de quien los realiza. Detrás de las imágenes se puede encontrar un material visual que tiene un gran valor que se puede interpretar e investigar. En la investigación cualitativa (Tójar, 2006), lo verdaderamente importante es que una sencilla instantánea, una imagen, es en sí misma un texto, con el cual podremos describir y construir procesos que han venido cambiando (Tojár & Mena, 2013). 2.1.4 Diario de campo como herramienta complementaria de las observaciones. El Diario de Campo es una herramienta complementaria en la investigación, en ella podemos consignar cada una de las situaciones que van surgiendo en el propio terreno donde van aconteciendo los hechos, de tal manera que estos se podrán clasificar y sistematizar, para luego reflexionar y así ir transformando la práctica. Este diario de campo debe posibilitar al investigador un monitoreo constante en el proceso de observación, luego se deberá tomar nota de los aspectos que considere relevantes para su investigación, estos serán posteriormente organizados para realizar los respectivos análisis. El diario de campo posibilita el mejoramiento entre la teoría y la práctica, pues debe permitir la observación directa, es decir el contexto en donde se desarrollan los hechos, siendo necesario ejecutar un plan que permita el engranaje entre el objeto de estudio y los participantes, unido a lo anterior debe haber una fuente de información que es la teoría para que los informe no queden en simples descripciones, sino que sean sustentados desde un análisis más profundo y sustentado con más argumentos, asegurando así que un diario de campo sea una verdadera herramienta en donde se den los procesos de descripción, argumentación e interpretación (Martínez, 2007)..