IMPLEMENTACIÓN DE UNA PROPUESTA DIDÁCTICA, PARA PROMOVER LA CONSTRUCCIÓN DE EXPLICACIONES, SOBRE LA REFRACCIÓN DE LA
LUZ.
NANCY STELLA FLÓREZ TAPIERO
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD DE CIENCIAS Y EDUCACIÓN
MAESTRÍA EN EDUCACIÓN. BOGOTÁ. COLOMBIA
IMPLEMENTACIÓN DE UNA PROPUESTA DIDÁCTICA, PARA PROMOVER LA CONSTRUCCIÓN DE EXPLICACIONES, SOBRE LA REFRACCIÓN DE LA
LUZ.
NANCY STELLA FLÓREZ TAPIERO
Director
GUILLERMO FONSECA AMAYA
Trabajo de grado para optar al título de Magister en Educación con énfasis en Ciencias de la Naturaleza y la Tecnología
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD DE CIENCIAS Y EDUCACIÓN
MAESTRÍA EN EDUCACIÓN. BOGOTÁ. COLOMBIA
Resumen
En este trabajo se presenta el diseño, implementación y análisis, de una propuesta didáctica para la construcción de explicaciones sobre la refracción de la luz y sus conceptos fundamentales, basada en la metodología de aprendizaje activo. El trabajo se presenta en la modalidad de profundización de la Maestría en educación, con énfasis en ciencia y tecnología.
Inicialmente se presenta una indagación teórica sobre la enseñanza de la refracción de la luz, sus formas de explicación desde el conocimiento científico, dando cimiento a la implementación, realizada en cinco sesiones de clase. Finalmente se presenta el análisis y caracterización de las explicaciones obtenidas en el proceso.
Este trabajo se enmarca dentro de la metodología de Investigación-Acción, según los lineamientos de Elliot(1993). Se realiza con un grupo de 15 estudiantes de undécimo grado en una institución educativa distrital, de Bogotá a los cuales se aplica la propuesta didáctica basada en aprendizaje activo, con la elaboración y utilización de diversos materiales en trabajos experimentales de aula.
Para evaluar el resultado de la implementación, se realiza una reflexión sobre los datos obtenidos en cada una de las prácticas experimentales, caracterizando las explicaciones dadas por los estudiantes, de acuerdo a las investigaciones realizadas por Hempel(1965) sobre la explicación científica.
Esta propuesta permite la construcción de explicaciones a través de la observación directa del fenómeno y mediante dos tipos de actividades: explicaciones teóricas experimentales y clases interactivas, según propuesta metodológica de la Unesco (Lakhdar y Sokoloff, 2007).
Palabras claves:
Abstract
This paper presents the design, implementation and analysis of a didactic proposal for the construction of explanations about the refraction of light and its fundamental concepts, based on the active learning methodology. The work is presented in the modality of deepening of the Masters in education, with emphasis in science and technology.
Initially, a theoretical inquiry is presented on the teaching of refraction of light, its forms of explanation from scientific knowledge, laying the foundations for implementation, carried out in five class sessions. Finally we present the analysis and characterization of the explanations obtained in the process.
This work is part of the Research-Action methodology, according to the guidelines of Elliot (1993). It is carried out with a group of 15 eleventh grade students at a district educational institution in Bogotá, to which the didactic proposal based on active learning is applied, with the elaboration and use of different materials in experimental classroom work.
To evaluate the results of the implementation, a reflection is made on the data obtained in each of the experimental practices, characterizing the explanations given by the students, according to Hempel's (1965) research on the scientific explanation.
This proposal allows the construction of explanations through direct observation of the phenomenon and through two types of activities: experimental theoretical explanations and interactive classes, according to Unesco's methodological proposal(Lakhdar y Sokoloff,2007).
Key words:
Resumo
Este artigo descreve a concepção, implementação e análise de uma proposta didática para a construção de explicações sobre a refração da luz e seus conceitos fundamentais, com base na metodologia de aprendizagem activa é apresentada. O trabalho é apresentado sob a forma de aprofundamento Mestrado em Educação, com ênfase em ciência e tecnologia.
Iniciamente uma investigação teórica para o ensino da refração da luz, formas de explicação do conhecimento científico, dando base para a implementação, realizada em cinco sessões de classe é apresentado. Finalmente, a análise e caracterização das explicações obtidos no processo é apresentado.
Este trabalho faz parte da metodologia de pesquisa-ação, ao longo das linhas de Elliot (1993). É feito com um grupo de 15 alunos do décimo primeiro em um distrito escolar da cidade de Bogotá, onde a proposta didática com base na aprendizagem activa, o desenvolvimento ea utilização de vários materiais no trabalho em sala de aula experimental se aplica.
Para avaliar o resultado da implementação de uma reflexão sobre os dados obtidos em cada uma das práticas experimentais é feito, caracterizando as explicações dadas pelos alunos, de acordo com pesquisa realizada pela Hempel (1965) sobre a explicação científica.
Esta proposta permite a construção de explicações por meio de observação direta desse fenômeno e através de dois tipos de actividades: explicações teóricas experimentais e aulas interativas, de acordo com proposta metodológica da Unesco (Lakhdar e Sokoloff, 2007).
Palavras chaves:
Contenido
Resumen...III Abstract...IV Resumo...V Contenido...VI Lista de figuras...VIII Lista de tablas...VIII
Introducción...1
Capítulo1...3
1.1 Pregunta Orientadora...3
1.2 Objetivos... ...5
1.2.1 Objetivo General...5
1.2.2 Objetivos Específicos...5
1.3 Marco Teórico Referencial...6
1.3.1 Antecedentes...6
1.3.2 Principios Epistemologicos...13
1.3.3 Principios Físicos. Refracción de la Luz... 18
1.3.3.1 Las Lentes...24
1.3.4 Principios Pedagógicos…...26
1.3.4.1 Aprendizaje Activo...27
1.3.4.2 La Explicación...31
Capítulo 2...38
2.1 Desarrollo Metodológico...38
2.1.1 Investigación-Acción...38
2.1.2 Fases de la investigación...42
2.1.3.1 Inducción...46
2.1.3.2 Descripción de la población...48
2.1.3.3 Propuesta - intervención... 48
2.1.3.3.1 Práctica Experimental: Propuesta refracción de la luz ...49
Capítulo 3...50
3.1Resultados de la Implementación...50
3.2 Análisis de Datos... 71
3.2.1Caracterización de Explicaciones...75
4.Conclusiones...82
Referencias Bibliográficas...86
Anexos. Anexo 1: Propuesta Didáctica...89
Anexo 1A: Prueba Diagnóstica………...………..90
Anexo 1B: Refracción de la luz, Taller 1...95
Anexo 1C: Refracción de la luz, Taller 2...………...100
Anexo 1D: Refracción de la luz, Taller 3(parte I)... ………..106
Anexo 1E: Refracción de la luz, Taller 3(parte II)....……….110
Lista de Figuras
Figura 1.1 Trayectoria de la Luz en la Materia...18
Figura 1.2 Trayectoria Onda electromagnética, luz por Refracción...18
Figura 1.3 Onda electromagnética...24
Figura 1.4 Lentes Convergentes, trayectoria de la luz...25
Figura 1.5 Lentes Divergentes...25
Figura 2.1 Diseño metodológico...38
Figura 2.2 Ciclo Investigación - Acción. (Elliot, J. 1993)...40
Lista de Tablas Tabla1.1 Investigaciones-Enseñanza de la Refracción...6
Tabla1.2Textos Enseñanza de la refracción(nivel medio)...9
Tabla1.3Textos Enseñanza de la refracción(Nivel U.)...11
Tabla 2.1Bucles de la Investigación...43
Tabla 2.2Modelo de pregunta de la actividad diagnóstico...49
Tabla 3.1 Síntesis Prueba Diagnóstica...53
Tabla 3.2Opinión Prueba Diagnóstica...55
Tabla 3.3Caracterización y categorías...63
Tabla 3.4 Síntesis de Grupo. Evaluación de Explicaciones...65
Tabla 3.5 Caracterización de Datos por Estudiante...66
Tabla 3.6 Evidencias de la Caracterización...67
Tabla 3.7 Formato de Explicación...72
Introducción
En las experiencias pedagógicas de trabajo en el aula, se han notado dificultades en los estudiantes en cuanto a la formulación de hipótesis, conceptos y explicaciones relacionadas con la refracción de la luz, según lo demuestran investigaciones recientes como la de Gil (1989); Sandoval (1999); Pesa (1989), motivo por el cual este tema es de interés para mi trabajo en el aula y trabajo de grado.
Partiendo de la revisión de algunos conceptos básicos y seguimiento de la temática de estudio; se construye una propuesta didáctica, como un estudio particular que permita dar formas de explicación al fenómeno, con procesos de aprendizaje activo, metodología aceptada y sugerida por la Unesco, como proyecto pedagógico de enseñanza de la óptica, en el programa Alop de óptica y fotónica (2006).
Algunas de estas metodologías aplicables a la Física, con el objetivo de innovar en la enseñanza de la óptica son los tutoriales de Física Mc.Dermott y Shaffer( 2001), clases interactivas demostrativas Sokoloff y Thorton(2004), lo cual permite generar ganancias en el entendimiento conceptual de la ciencia. Esta metodología será una de las bases para el desarrollo de la propuesta didáctica, en este trabajo de investigación.
refracción, junto con un análisis de investigaciones recientes y textos referentes a la enseñanza del tema tratado; tercero se trabaja en el desarrollo metodológico describiendo cada etapa o bucles de la Investigación-Acción lo cual permite diagnosticar, diseñar y ejecutar el plan de trabajo, luego se presentan las formas de intervención o implementación de la propuesta en aprendizaje activo A.A., la cual orienta cada una de las prácticas experimentales, instrumentos de recolección de datos y se describe el proceso; Cuarto se muestran los resultados obtenidos en cada una de las actividades junto con el análisis de datos y caracterización de explicaciones, tomando como base conceptual los antecedentes descritos en el capítulo inicial; por último se presentan las conclusiones, análisis y resultados de la implementación.
El informe final se presenta en cuatro capítulos: primero objetivos, pregunta problema, antecedentes, marco teórico referencial. Segundo desarrollo metodológico. Tercero resultados, análisis de datos. Cuarto conclusiones.
Según Elliot (1993) la forma de Investigación – Acción, se asume como un tipo de investigación práctica que se realiza en ambientes educativos. El objetivo de esta intervención es reflexionar e innovar la práctica educativa, todo esto promovido por los participantes, con el fin de verificar si la implementación de la propuesta didáctica, promueve la construcción de explicaciones referentes a la refracción de la luz.
Capítulo 1
1.1 Pregunta de investigación
Aprender el conocimiento propuesto por la ciencia en relación con la refracción de la luz, la visión de objetos, de imágenes y de fenómenos ópticos, son complejos. Esto lo evidencian distintas investigaciones como las de Mc Dermott(1989); Cudmani y Pesa (1989); Sandoval(1999); Gil(1989), en donde se afirma que a pesar de la enseñanza formal, los estudiantes presentan dificultades en la comprensión de conceptos relacionados con la refracción de la luz. Según García (1999) la intención de enseñanza del profesor se debe enfocar hacia la construcción del conocimiento por parte del estudiante, de esta forma el papel del profesor no es ser transmisor de conocimientos y el estudiante deja de ser un sujeto pasivo, ampliando su comprensión del mundo.
Los lineamientos curriculares en ciencias Naturales (1998), (Numeral 1.4.2. tercera parte) presenta un referente y una secuencia de conceptos para la enseñanza de la refracción de la luz, los cuales se dividen en dos posibles caminos de acuerdo a los grados en los cuales se realiza el proceso de enseñanza y aprendizaje, el primer momento se caracteriza por la clasificación y comparación de los efectos de las fuentes de luz, el segundo momento, está ubicado en los grados, en los cuales el estudiante debe reconocer y argumentar diferencias existentes entre los modelos que explican la naturaleza y el comportamiento de la luz.
dificultades al momento de contextualizar y relacionar los conceptos que se trabajan en clase de física junto con los fenómenos, referentes a la refracción.
Específicamente con la luz y sus fenómenos los estudiantes tienen nociones de dichos conceptos, porque tuvieron experiencias cotidianas o simplemente porque en situaciones anteriores se han mencionado, sin embargo han sido conceptos abstractos que no fueron visualizados de manera práctica o experimental y simplemente no son significativos e interesantes para los estudiantes, puesto que no están asociados a su entorno cotidiano (Salinas,1999).
Por tanto se propone el diseño, construcción e implementación de la propuesta didáctica basada en aprendizaje activo, teniendo en cuenta ciertos intereses de los estudiantes respecto al fenómeno, con el fin de promover y caracterizar algunas formas explicación referentes a la refracción de la luz.
Para el desarrollo de este proyecto se parte de la siguiente pregunta:
¿Qué aporta la implementación de una propuesta didáctica, basada en la metodología de aprendizaje activo, en la construcción de explicaciones sobre la refracción de la luz?
Teniendo en cuenta que el docente participa en el proceso es frecuente que la reflexión y validación del plan realizado, se describa desde una perspectiva personal (Elliot, 1993).
1.2 Objetivos
1.2.1 Objetivo general.
Implementar una propuesta didáctica, para promover la construcción de explicaciones sobre la refracción de la luz, en estudiantes de undécimo grado.
1.2.2 Objetivos específicos.
Diseñar una propuesta didáctica, desde los presupuestos del aprendizaje activo, que aporte en la construcción de explicaciones referentes a la refracción de la luz.
Implementar y evaluar la propuesta basada en aprendizaje activo para promover la construcción de explicaciones del fenómeno de la refracción de la luz.
1.3 Marco teórico referencial
A continuación se realiza la descripción de los antecedentes, principios históricos y epistemológicos, que sustentan el trabajo de investigación, como resultado de una reflexión y validación de la pregunta problema.
1.3.1 Antecedentes.
Este trabajo, se realiza ante la necesidad de disponer del conocimiento teórico básico de la enseñanza de los fenómenos de la luz, especialmente la refracción, en la búsqueda y diseño de una propuesta didáctica que permita la construcción de explicaciones, sobre el fenómeno de la refracción.
Para esto se consultaron diferentes investigaciones recientes sobre la enseñanza de los fenómenos ópticos y textos referentes a la enseñanza de la refracción, de las cuales mencionamos los estudios descritos en la siguiente tabla:
Tabla1.1. Investigaciones sobre la Enseñanza de la refracción.
Nombre de la Investigación Metodología Conclusiones
“Una propuesta de utilización de la historia de la Ciencia en la enseñanza de un tema de Física”.
Iparraguirre,l.(2007). Córdoba. Argentina.
Investigación científica. orientada a la didáctica de las ciencias.
"Representaciones mentales de la refracción de la luz: implicaciones didácticas”
Gfyttas, V. y Komis R. (2013). Universidad de Paetras, Grecia.
Investigación científica orientada a la didáctica de las ciencias.
Investigan 213 representaciones mentales de los estudiantes de noveno grado. Acerca de la refracción de la luz, después de ser enseñado este fenómeno en la escuela, incluyendo varias representaciones que causan dificultad en su comprensión. Realizaron entrevistas con situaciones hipotéticas y una propuesta para la enseñanza de la refracción de la luz. En las representaciones los estudiantes, combinan modelos teóricos explicativos de la ciencia con sus conocimientos cotidianos.(ya que han sido percibidos de forma práctica y son significativos en su proceso de aprendizaje.)
“Investigación en visión del color y aplicaciones en el laboratorio de óptica”
Suero,A.Pérez,L. y Pardo. (2007). España.
Investigación en enseñanza de la ciencias y la física.
Entrevista.(1024 participantes)
Uso de programas informáticos y simulador en la enseñanza de temas de física, investigaciones en visión del color y aplicaciones en el laboratorio. Permiten la construcción de explicaciones de diversos fenómenos ópticos, fácilmente observables en la naturaleza y a través de programas de simulador(herramienta didáctica).
“Enseñanza problematizada de la luz”
Osuna,L. (2012).
Universidad de Alicante,España.
Investigación en enseñanza de la Ciencias y la Física. Investigación Dirigida.
En este estudio se identifican unos pasos importantes para elaborar el modelo de visión de Képler, con una suficiente coherencia, capacidad explicativa y predictiva para ser el objetivo de enseñanza en los niveles de bachillerato. Simultáneamente se comprueba que los conocimientos iniciales de los estudiantes están presentes aún después de haber recibido enseñanza sobre el tema.
“De la explicación a la Argumentación”
Ribas, J.(2002).
Universidad Autónoma.Barcelona.
Investigación científica. En esta investigación se muestran esquemas básicos de una explicación,como germen de la argumentación, con características y razones que fundamentan el paso de las premisas a la conclusión.
Afirmando que en las explicaciones las razones tienen una función descriptiva, al presentar el sistema de relaciones en las que el fenómeno a explicar se produce, con determinadas características.
“Argumentación en el aprendizaje del conocimiento social”
Canals, A. (2007). IES.Banus.Barcelona.
Investigación Educativa. Investigación Acción.
racional y estructurado. Construyendo instrumentos para especificar e identificar los progresos obtenidos, así como para diseñar alternativas para avanzar en el proyecto.
“Invisibilidad Optica”
Xiang, Z.(2014). U.Berkeley. E.U.A.
Investigación científica. Se construyeron materiales con refracción negativa, los cuales permiten curvar la luz alrededor de los objetos y dar un efecto de invisibilidad, a través del cubrimiento del objeto por un metamaterial, los cuales se construyen con capas alternas de plata y fluoruro de magnesio(no conductor)en estas capas se realizan cortes similares a una red de pesca, que permiten la construcción del material óptico, la configuración estructural de este metamaterial, debe ser más pequeña que la longitud de onda electromagnética (luz), inicialmente se usó microondas. se realizo una serie de explicaciones referentes a la refracción de la luz, en medios materiales de indice de refracción, tanto positivo como negativo, analizando el comportamiento de la luz en ciertas sustancias.los materiales en la naturaleza tienen un índice de refracción positivo,sin responder al cambio magnético de la luz.(una forma de enseñanza de la refracción a través de vídeos e imágenes,con refracción artificial negativa).
“Investigación en didáctica de la Física: tendencias actuales e incidencia en la formación del profesorado”
García,A.(2009). España.
Investigación en didáctica de las ciencias.
Investigación-Acción.
Se destaca la enseñanza de la Física como una actividad investigadora y la reflexión sobre la práctica como instrumento eficaz para el auto-desarrollo profesional del profesorado.Una descripción de investigación e intervención en el aula que aporta en la importancia de realizar ciertos procesos de reflexión, en el marco de la Investigación-Acción).
“Manual Alop. aprendizaje activo en óptica y fotónica de la Unesco”
Sokoloff, D.;Lakhdar, Z. & Mazzolini,A. (2007). E.U.A.
Se describe una metodología en aprendizaje activo (AA.). para la enseñanza de la óptica. propuesta metodológica de la Unesco. (Lakhdar y Sokoloff, 2007).
“Dificultades de aprendizaje de los estudiantes universitarios en la teoría del campo magnético y elección de los objetivos de enseñanza”
Almudi, J.; Zubimendi, J. & Guisasola, J. (2003) España.
realizamos representaciones mentales que incluyen diferentes categorías explicativas de la realidad en un mismo individuo dependiendo del contexto y el contenido que se trata. Mediante un cuestionario de preguntas abiertas, con énfasis en las explicaciones los resultados muestran que los estudiantes presentan serias dificultades en el aprendizaje del campo electromagnético y conceptos relacionados tales como la luz considerada una onda electromagnética. dando aportes significativos al desarrollo de nuestra investigación.
De los estudios realizados en las investigaciones anteriores, podemos concluir que en gran porcentaje el conocimiento de los estudiantes mejora a medida que avanza en su proceso educativo, en donde los modelos explicativos sobre los fenómenos van evolucionando; siendo cada vez mas coherentes a modelos científicos y de las ciencias, sin embargo después de largos ciclos de aprendizaje los estudiantes no presentan niveles destacados de comprensión y explicación. incluso mostrando dificultades al analizar demasiados conceptos en un mismo momento. Luego se sugiere de acuerdo a estas investigaciones, tener en cuenta las concepciones de los estudiantes al iniciar una explicación o estudio determinado de su interés; es decir priorizar como aprenden, progresa y adquiere su conocimiento(Hashweh,1986); (Matthews,1997).
Tabla1.2. Enseñanza de la refracción: textos nivel medio.
Libros
Modelo teórico corpuscular ondulatorio. ondulatorio. ondulatorio.
Forma de presentación de la refracción.
Presenta esquemas e ilustraciones enfocadas en rayos de luz, usando el modelo geométrico, muestra la curvatura de la desviación de la luz.(al cambiar de medio)
Presenta ilustraciones basado en el principio de Huygens, luz como ondas transversales. Desviación de los rayos de luz.
Aplicación de la Descripción de la luz y fenómenos naturales por desde el análisis y la explicación conceptual.
laboratorio No incluye No incluye
Uso del láser para
observar la refracción No incluye
De acuerdo a la consulta realizada a varios textos recientes de física, respecto a la enseñanza de la refracción; se nota que en la enseñanza de este fenómeno de la luz, tanto de nivel medio como universitario, se limitan simplemente a hablar de sus manifestaciones en instrumentos ópticos y lentes, junto con una descripción geométrica de la luz al atravesar medios materiales, se nombran algunos índices de refracción, sin ampliar el concepto a otras sustancias y estructura molecular de la materia con la cual interacciona la luz como radiación electromagnética.
La revisión realizada a estos textos, nos permite tener una visión de la formas de explicación y enseñanza del fenómeno de la refracción, descrita por sus autores; junto con su influencia en las posibles explicaciones e interpretaciones del concepto por parte de los estudiantes, lo cual como antecedente nos aporta en las diversas formas de explicación que se pueden presentar y como estas se encuentran cimentadas en una teoría demostrada de forma práctica.
Tabla1.3. Enseñanza de la refracción: textos nivel universitario.
Libros
luz como onda. luz como ondas.
Forma descrita en la presentación de la Refracción.
Presenta la refracción a partir de la ley de Snell, explicando el comportamiento de los rayos de luz. Al final del capítulo se de luz, basados en el principio de Huygens. Muestra las leyes de la refracción tomando como la ley de descartes se cumple y se resuelven
Aplicación de la Refracción.
Imágenes en lentes . Pantallas de computadores. La luz solar que se dispersa en colores.
La revisión de textos, sobre la forma de enseñanza del fenómeno de la refracción, permite afirmar que en general estas formas se limitan a describir el concepto a partir de lentes y sus aplicaciones, en este proceso muestran gráficos geométricos de las diversas formas como se propaga la luz, describiendo el fenómeno en relación a una teoría o ley demostrada experimentalmente por la ciencia(Ley de Snell, Corpuscular, Ondulatoria y cuántica.); sin extender la explicación a diferentes campos y fenómenos relacionados.
En los textos no se muestran estrategias de enseñanza, no se relacionan los conocimientos de la ciencia con el contexto del estudiante y se presenta de acuerdo a una ley científica. Es de notar que los textos son actualizados de acuerdo a los lineamientos del M.E.N.(1998). En competencias y desempeños.
1.3.2 Principios epistemológicos.
Según Iparraguirre (2006), en sus estudios sobre el uso de la historia de la ciencia para la enseñanza de temas de Física, menciona lo siguiente en relación con el fenómeno de la refracción:
La refracción de la luz es un fenómeno conocido desde la antigüedad. Ya Arquímedes (287-212 a.C.) lo estudió cualitativamente con elementos simples muy parecidos a los que se utilizan actualmente. Claudio Ptolomeo de Alejandría (100-170 d.C.) realizó un estudio más completo. Elaboró una tabla muy precisa con valores de los ángulos de incidencia y refracción en diferentes medios, aplicando sus conocimientos al estudio astronómico y posición de los astros, alterada por la refracción atmosférica. Ptolomeo concluyó que la ley que relaciona el ángulo de incidencia θ1 con el ángulo de refracción θ2 cuando un rayo de luz cruza la superficie de separación entre dos medios transparentes, es lineal, es decir:
La relación θ2/θ1 = constante. (1)
Ptolomeo estableció que el rayo incidente, la normal y el rayo refractado, están en un mismo plano, siguió un método exclusivamente práctico, para la determinación y cálculo de leyes y principios. Comprobó experimentalmente la refracción de la luz, construyendo aparatos para determinar la relación entre el ángulo de incidencia y el ángulo de refracción, observando que ciertos objetos parecían estar en otra ubicación por efecto de la refracción; Ptolomeo afirma en su libro de Óptica “los rayos visuales pueden ser alterados por curvatura (refracción) en el caso de medios que permiten el paso de la luz y son materias transparentes”(Iparraguirre,2006).
mostraba una desviación sistemática respecto de los valores medidos cuando los ángulos crecían; pero no pudo determinar cuál era la relación correcta.
Después de esta época se destaca Roger Bacón (1215-1294) con la fabricación de anteojos, culminando en el siglo XVII, la refracción permaneció sin que hubiese algún cambio conceptual hasta la aparición de la ley de Snell en 1621, la relación aceptada actualmente entre los ángulos de incidencia y de refracción fue descubierta empíricamente, a partir de una construcción geométrica la cual requiere de una relación entre las cosecantes de los ángulos que se mantenga constante (Jenkins y White, 1964).
Es decir según White(1964) esencialmente esta ley de Snell, se puede expresar matemáticamente como:
cosec θ2/cosec θ1 = constante = indice de refracción. (2)
Al parecer esta ley no se divulgó hasta mucho tiempo después, con la publicación en 1703 de la obra Dióptrica del Físico también holandés Christian Huygens (1629-1695), deducida posteriormente por René Descartes (1596-1650) a partir de un modelo en el cuál la luz se visualizaba como una cierta presión transmitida en un medio elástico.
Descartes formuló por primera vez la ley en su forma actual en términos del seno de los ángulos (ley de Descartes):
senθ2/senθ1=constante= v1/v2 (3)
En el modelo de partículas, el viaje de una partícula que cruza oblicuamente la superficie que separa dos medios, en los cuales se tiene respectivamente las velocidades v1 y v2, corresponde a un viaje libre de fuerzas tanto en el medio 1 como en el 2, alterado en la vecindad de la superficie por una fuerza responsable del cambio de velocidad. La consideración de que la fuerza sea conservativa equivale a la condición de ser perpendicular a la superficie. Luego se tiene que la trayectoria se acerca a la normal si la fuerza actúa hacia el medio 2 y viceversa(Jenkins y White, 1964).
El pasar de un medio ópticamente menos denso a uno ópticamente más denso corresponde a una disminución de velocidad en el modelo ondulatorio y a un aumento en el corpuscular. Durante muchos años se consideró que la medición de la velocidad de la luz en distintos medios sería una experiencia crucial que permitiría destruir la controversia onda-partícula y las dificultades experimentales demoraron la cuestión hasta que León Foucault (1819-1868) midió la velocidad de la luz en el agua, encontrando en 1862, que la velocidad de la luz en el agua es aproximadamente 0,75 de la velocidad de la luz en el aire, dando apoyo total al modelo ondulatorio (ya que además el índice de refracción del agua vale 1,33 que es la inversa de 0,75). Para esa época la ciencia ya había concedido el triunfo al modelo ondulatorio a partir del desarrollo de las teorías y experiencias de los fenómenos de difracción e interferencia de la luz(Iparraguirre,2006).
Es interesante según Iparraguirre(2006),ilustrar este modelo ondulatorio como una esfera que viaja en línea recta rodando por superficies bien planas y horizontales, representativas de cada medio. El cruce a otro medio está representado por un desnivel (una pequeña zona inclinada) entre los dos planos. El modelo se presta para analizar algunas características tanto de la refracción como de la reflexión.
La teoría de Newtón (corpúscular) y la teoría de Huygens (ondulatoria) explican experimentalmente que el rayo de luz, cuando incide en dos medios diferentes se desvía, pero al comparar resultados encontraron que la velocidad de la luz en el agua era diferente; este resultado se aclaro cuando Foucault midió la velocidad de la luz. Sin embargo Newtón considera el rayo de luz, en referencia a la trayectoria del fotón y de acuerdo a la teoría ondulatoria, un rayo es una línea imaginaria en la dirección de propagación de las ondas; en términos de la teoría electromagnética de Maxwell, un rayo es considerado con la dirección y el sentido del vector de Poynting, donde se observa y describe que el campo magnético oscila perpendicularmente al campo eléctrico.(recuperado de http://fisicacalculo.blogqspot.com/2009/12/velocidad-de-la-luz.html,enero12de2012)
Según Iparraguirre(2007) consideramos entonces la refracción de la luz, desde el punto de vista de los estudios realizados a través de la historia por sus descubrimientos y principios, mostrando que la explicación de este fenómeno, ha tenido un proceso de transformación conceptual desde épocas remotas, inicialmente con los griegos pasando por un proceso de modelación, hacia las ondas de luz vistas desde una visión corpuscular, ondulatoria y en años recientes como manifestaciones y radiaciones cuánticas. Por tanto se considera que:
Los aspectos teóricos e históricos que se relacionan con la luz y el fenómeno de la refracción, cuando se explican fenómenos ópticos por lo general se inician, en enfocar al estudiante al reconocimiento de los conceptos básicos de la luz y la visión, en relación a esto se presentan los primeros referentes teóricos expuestos en las escuelas griegas aproximadamente 400 a.C., donde se consideraba que la luz partía de los ojos y llegaba al objeto. Euclides el famoso geómetra griego perteneciente a la escuela de los pitagóricos agregó también que la luz era un rayo que se movía en línea recta hasta el objeto. En el siglo XII el árabe Ajasen Basora, afirmó que la luz provenía del sol en línea recta, esta rebotaba en los ojos y finalmente iba hasta el objeto. Con relación a la necesidad de estudiar las nociones básicas de la luz y la visión, nace también la necesidad de comprender la naturaleza ondulatoria y corpuscular de la luz.
fue hasta el siglo XVII, donde el matemático Fermat descubrió que la luz se mueve de un punto a otro por el camino más corto, por su parte Newtón planteó que la luz estaba compuesta por pequeños corpúsculos que se desplazan en línea recta a una velocidad constante, Huygens propuso que la luz era una onda.
La secuencialidad en el surgimiento de las explicaciones de las nociones de la luz y sus fenómenos nos conduce según Iparraguirre (2007) a sugerir, que al trabajar con estudiantes, la óptica ondulatoria, se debe primero trabajar con la óptica geométrica como puente de entendimiento y cercanía de la óptica con las situaciones propias del contexto del estudiante. Con relación a la sugerencia anterior, al revisar la historia se encuentran conceptos importantes como el de la refracción de la luz. El primero que se interesó en estos fue Arquímedes, quien realizó un estudio cualitativo de dicho fenómeno, luego Ptolomeo elaboró tablas donde relacionaba con mucha exactitud los ángulos de incidencia y refracción de la luz cuando pasa a través de la superficie que separa dos medios, variando su velocidad por efecto de la densidad de la materia.
La relación constante entre los ángulos incidente y refractado, sirvió a Ptolomeo en la corrección sobre los movimientos de algunos astros que observaba, la óptica no progresó desde los avances de Ptolomeo, pasaron alrededor de mil años, para que el islámico Iban al Haytham adelantara sus estudios propios y refutara las ideas pitagóricas, además de comprobar lo expuesto por Ptolomeo. Aunque no aportó ninguna ley que recopilara su análisis. La idea de Ptolomeo se mantuvo hasta 1621 cuando el profesor Snell, a partir de una construcción geométrica dedujo que la relación entre el ángulo de incidencia y el ángulo de refracción es constante(Jenkins y White, 1964).
figura 1.1. trayectoria de la onda de luz.recuperado de http://www.fisicaattie.com.ar/óptica.
1.3.3 Principios físicos. ¿Qué es la refracción de la luz?
La refracción de la luz se presenta, cuando la luz pasa de un medio material a otro, disminuyendo o aumentando su velocidad. Este fenómeno presenta una visión centrada en la investigación científica experimental de fenómenos naturales de la luz, iniciado básicamente en épocas en las cuales se logró medir el índice de refracción de diferentes sustancias, mostrando la interacción de los campos eléctricos y magnéticos de la luz, al propagarse en estas sustancias y diferentes medios.
Figura 1.2. trayectorias de la luz en dos medios materiales y ángulo limite.(rayos por refracción).recuperado
http://www.fisicaattie.com.ar/optica.
que permite visualizar de forma práctica el movimiento de las ondas de luz y su relación con otros fenómenos propios, manifestándose con efectos electromagnéticos ¿ondas o partículas?
Newtón descubrió la naturaleza dual de la luz y explicó sus efectos al relacionarse con otros materiales que permiten su comprensión, no solo desde el punto de vista científico, sino histórico, siendo significativo usar la historia de la física en la enseñanza y aprendizaje de conceptos y fenómenos físicos.
De esta forma se considera la refracción de la luz, desde el punto de los estudios realizados a través de la Epistemología de la Ciencia, en donde se muestra que la explicación de este fenómeno ha tenido un proceso de construcción sustentado en la experimentación y estudios teóricos que lograron consolidar con sus observaciones una epistemología, teoría y posición propia de los fenómenos dados por la luz; entre ellos la refracción y sus efectos en diferentes sustancias por donde la luz se puede propagar, permitiendo una percepción visual de los objetos (Attie,2012).
Los objetos son observados en diferentes tonalidades y formas según la luz, puede desplazarse o propagarse en el material que compone el objeto, considerando esto, la luz se mueve en forma diferente de acuerdo a las sustancias y medios materiales, mostrando sus efectos que son detectados fácilmente (color, velocidad de la radiación electromagnética,índices de refracción y fenómenos naturales).
Los grandes descubrimientos de la refracción de la luz, se dan a través de la física cuántica, logrados aproximadamente en los siglos XVIII y XIX, en los cuales se considera la luz como radiaciones electromagnéticas que fácilmente se convierten en paquetes de materia, cuando la luz disminuye su velocidad debido a radiaciones externas y efectos de las sustancias por donde se desplazan estas formas de energía.(Attie, 2012).
cambiando de velocidad, color y hasta invisibilidad de ciertos materiales por efecto de la refracción de la luz (Attie, 2012).
El estudio de fenómenos luminosos en la naturaleza tales como el arco iris, los atardeceres, los cambios en el color de los objetos, permiten una visión concreta de los efectos de la luz, enmarcados en una visión epistemológica de las propiedades de las ondas de luz (Attie, 2012).
La Física, en especial la óptica se ha interesado por el estudio de los efectos y propiedades de la luz; al iluminar objetos y estudiar el movimiento de ciertas radiaciones a través de las estructuras moleculares de los materiales, generando efectos de fluorescencia, incandescencia y opacidad.
El estudio de la luz, como forma de energía muestra la facilidad del movimiento de sus radiaciones electromagnéticas a través de las moléculas que componen una sustancia, muy similar a un gas dependiendo de la temperatura y hasta de la densidad propia de los materiales (Attie, 2012).
La óptica como rama de la Física constituida por leyes y teorías. Permite describir, explicar y predecir el comportamiento dual de la luz (onda, partícula) en determinadas condiciones. La interacción de la luz, con la materia se describe a través de procesos físicos, cuánticos y geométricos (Attie,2012).
Físicos: es la parte de la óptica que describe los fenómenos microscópicos de la
luz considerándola como una onda electromagnética, describe fenómenos tales como la propagación de la luz a través de diferentes medios(Attie, 2012).
Cuánticos:es la parte de la óptica que estudia la interacción de la luz con la
Geométricos: Según Attie(2012)al interactuar la luz con la materia a una escala
macroscópica se puede representar su comportamiento y refracción (desviación) a través de un modelo geométrico de rayos, conocido como óptica geométrica. Caracterizando la trayectoria de la luz como rectilínea y un índice de refracción, que permite describir el medio por el cual se propaga la luz, la óptica geométrica utiliza los siguientes postulados:
a) La luz se propaga en forma de rayos, que son emitidos por una fuente luminosa, los cuales pueden ser detectados por un sensor óptico.
b) Un medio óptico se caracteriza por una cantidad denominada índice de refracción, este mide la densidad óptica del material, entendiéndose que la densidad óptica es el conjunto de características que tiene como consecuencia la desviación y la variación de la velocidad de la luz que viaja en, o a través de ellos. Operacionalmente el índice de refracción (n) de un material se puede definir como la relación existente entre la velocidad de la luz en el material (v) y la velocidad de la luz en el vacío(c = 300000 km ⁄ s) donde n = c/v.
c) Se denomina longitud de camino óptico l, a la trayectoria que sigue la luz atravesando diferentes materiales, para ir de un punto a otro, éste depende del índice de refracción del material y de la distancia recorrida por la luz en dicho material y matemáticamente se expresa como: l = ns.
Dentro del marco de la Física, una contribución importante al conocimiento de la luz; fue realizada por Rayleigh al explicar ¿porque el color del cielo es azúl? (dispersión de rayleigh) lo cual realizó describiendo el espectro de emisión del cuerpo negro a bajas frecuencias y alejándose de los datos observados para frecuencias altas, este trabajo le permitió observar ciertas frecuencias para los colores, estudio que fue retomado por Planck, suponiendo que la materia sólo puede tener estados de energía discretos y no cualquier valor como suponía la hipótesis clásica. Planck formula su hipótesis en lo que se conoce como ley de planck y constituye el primer paso hacia la teoría cuántica. (Attie,2012).
Otro fenómeno que condujo a la teoría cuántica de la luz, es el efecto fotoeléctrico que consiste en la emisión de electrones al incidir la luz sobre ciertos materiales, quien lo explicó considerando que la luz estaba compuesta por partículas discretas (fotones) fue Albert Einstein; postulando que existía una determinada frecuencia para cada metal, por debajo de la cual el efecto fotoeléctrico no se produce.
Estas teorías de la luz nos brindan herramientas para un trabajo interactivo en procesos de construcción de conocimiento y manejo de la historia de la ciencia, permitiendo la reflexión y explicación de los fenómenos físicos cotidianos (Attie,2012).
Teorías sobre laNaturaleza delaLuz.
A continuación sedescriben algunas teorías sobrelarefracción dela luz,según la física universitaria Zemansky(2005).
fenómenos tales como el efecto fotoeléctrico, radiación del cuerpo negro y el efecto compton (Zemansky, 2005).
La luz como una corriente de pequeñas partículas, se mueve en línea recta con gran rapidez a través de sustancias y cuerpos transparentes que permiten ver a través de ellos; en los cuerpos opacos los corpúsculos rebotan por lo cual no se puede observar lo que se encuentra detrás de ellos. Esta teoría corpuscular explica el movimiento rectilíneo de la luz, la refracción y la reflexión, pero no muestra la naturaleza total de la luz. El modelo ondulatorio de la luz en cabeza de Christian Huygens, contemporáneo de Newtón explicó la difracción, la interferencia y los colores en láminas delgadas, considerando la luz como onda Electromagnética, teoría aceptada en el siglo XVIII en donde se consideraba la luz formada por un campo eléctrico y un campo magnético variantes en el tiempo y correspondiendo al movimiento que sigue la luz a través del vacío (Sears y Zemansky, 2005).
La teoría ondulatoria fue sometida a prueba a través de los trabajos de Thomas Young sobre interferencias luminosas y los trabajos de Auguste Fresnel sobre la difracción quedando de manifiesto la forma explicativa sobre la teoría corpuscular. En el siglo XIX se presentan las ideas de James Maxwell quien explica la relación de los fenómenos eléctricos y magnéticos, considerando la luz como una onda electromagnética transversal; que se propaga perpendicularmente entre sí. Sin embargo esta teoría no explica fenómenos relacionados con el comportamiento de la luz en cuanto a absorción y emisión (efecto fotoeléctrico) y la emisión de luz por cuerpos incandescentes (Sears y Zemansky, 2005).
corpúsculos de la onda luminosa, variando su velocidad al propagarse en la materia (Zemansky, 2005).
Estas teorías establecen la naturaleza corpuscular de la luz, en su interacción con la materia(emisión y absorción) y la naturaleza electromagnética de su propagación.
figura 1.3. : Onda electromagnética (tomado de Alop.)
1.3.3.1 Las lentes
figura 1.4. lentes. recuperado http://www.fisicaattie.com.ar/óptica.
Puede ocurrir que los rayos luminosos procedentes de un punto del objeto o, salgan divergentes del sistema óptico, pero que sus prolongaciones en sentido contrario al sentido de propagación de la luz si se corten en un punto o´; ese punto o´ es la imagen virtual del punto objeto o. Por ejemplo, la imagen obtenida delante de una lente divergente o detrás de un espejo plano o convexo. (Attie, c. 2012).
figura 1.5. lentes. recuperado http://www.fisicaattie.com.ar/optica.
Nociones básicas de la Refracción:
Ahora sabemos que la luz puede ser considerada desde dos puntos de vista, como partícula u onda. Si la luz interactúa con objetos mucho mayor que su longitud de onda, esto puede describirse usando las ondas o rayos en línea recta. Cuando la interacción es con objetos pequeños casi del tamaño de su longitud de onda, se necesita un modelo de onda para describir con precisión (Alop, 2006).
Dado que los elementos ópticos como lentes, espejos y prismas son generalmente mucho más grandes que las longitudes de onda de la luz (las cuales son del orden de la mitad de una millonésima parte de un metro) el modelo de rayos generalmente llamado rayos de luz, en la óptica geométrica es bastante adecuado. Muchos elementos ópticos como espejos y prismas son de material transparente como el cristal, con superficies lisas. cuando la luz viaja en el aire y cae sobre la superficie de un material transparente, algunos rayos de la luz se refleja y parte de ella se transmite (Alop, 2006).
1.3.4 Principios pedagógicos.
Hace ya varios años la Unesco (2006), viene desarrollando el programa Alop, aprendizaje activo de fenómenos ópticos. Programa dirigido a docentes, como un nuevo proyecto pedagógico de enseñanza de la óptica.
Esta metodología de aprendizaje activo, consiste en permitir al estudiante la construcción de su propio conocimiento, a partir de la realización de experimentos sencillos y la confrontación de los resultados obtenidos, con las ideas preconcebidas que el estudiante tiene del fenómeno observado. En este proceso el docente desempeña el papel de guía, facilitador del aprendizaje y la actividad dirigida reemplaza la exposición tradicional.
Por tanto para el desarrollo de esta propuesta didáctica, se han considerado las bases de A.A. ya que permite fácilmente el desarrollo del problema de investigación, facilitando procesos de aprendizaje con la utilización de material didáctico y conocimientos cotidianos de los estudiantes dentro y fuera del aula de clase.
1.3.4.1 Aprendizaje activo.
Podemos considerar el aprendizaje activo, como un aprendizaje en donde se aprende haciendo, caracterizado por cuatro elementos básicos:
Experimentación. Interacción. Reflexión. Comunicación.
Es una metodología que busca potenciar algo que ya tiene el aprendizaje en sí, se aprende reflexionando sobre experiencias puestas en común, explicadas de diferentes formas, con un objetivo que les resulta motivante, a las personas que interactúan en el proceso de Enseñanza - Aprendizaje(Pollishuke y Schwartz,1987).
Los estudiantes participan escuchando, hablando de forma reflexiva, atendiendo a un objetivo y escribiendo con un fin determinado y pueden con la guía del docente construir puentes entre ellos y el objetivo del aprendizaje, utilizando su propio esfuerzo y materiales disponibles para el trabajo, en un contexto en el que el estudiante, desarrolla un papel muy participativo (Pollishuke y schwartz,1987).
El estudiante, en el aprendizaje activo, se mueve en un contexto en el que dispone de mayor libertad e interacción con sus procesos de aprendizaje. Fomentando un aprendizaje activo en el aula menos dependiente del docente, quien actúa como guía y facilitador de los procesos educativos; por tanto, más autónomo, capacitador y antesala del aprendizaje para la vida.
El estudiante debe ser responsable de sus actividades a desarrollar, para esto el profesor potenciará la reflexión a través de preguntas sobre el proceso que generen una toma de conciencia: ¿qué dificultades has tenido?, ¿cómo se lograrían mejores resultados? Estas preguntas se pueden evidenciar en un registro de actividades (Pollishuke y Schwartz,1987).
El estudiante desarrolla su capacidad de aprender a aprender, siendo consciente de sus estrategias de aprendizaje, sus preferencias, sus limitaciones e intereses. Es clave tener una visión clara del proceso a realizar para llegar al objetivo, al cual el docente y estudiante recurren siempre con el fin de orientarse, conociendo el punto de partida y el punto de llegada e ir descubriendo posibles caminos, que aporten al proceso de manera individual o grupal (Pollishuke y Schwartz,1987).
Las intervenciones orales por parte de los estudiantes, permiten un tiempo para pensar y reflexionar, sobre todo el proceso y el objetivo que se pretende lograr.
El trabajo en grupo, fomenta el razonamiento a través de la interdependencia positiva de los participantes, al buscar un objetivo común.
Las actividades deben tener un tiempo de realización, que debe ser comunicado a los estudiantes dentro de las instrucciones.
Finalmente, para que el trabajo sea motivador, es esencial la forma en que se presenta por parte del profesor, mostrando claramente los objetivos que se plantean, lo que se espera del trabajo y con qué fin ( Pollishuke y Schwartz,1987).
conocimiento, descubriendo por su cuenta los contenidos, creando puentes entre lo conocido y lo desconocido, aprendiendo de manera contextualizada y no aislada.
La metodología se ha implementado por medio de talleres de aprendizaje activo en refracción de la luz, estos talleres tienen la intención de brindar a los estudiantes herramientas para construir sus explicaciones, desde el planteamiento de predicciones y su comparación con los fenómenos observados de su entorno (Sokoloff, 2007).
Estos procesos prácticos, permiten al estudiante construir su conocimiento a través de la observación directa de los fenómenos de la refracción de la luz, mediante dos tipos de actividades:
1. Procesos teóricos experimentales, el docente lidera el experimento.
2. Procesos interactivos experimentales, el docente orienta y los estudiantes realizan el experimento.
En el primer caso el docente describe sin mostrar resultados y se solicita a los estudiantes llenar las hojas de predicción. Luego el docente realiza la práctica, describiendo claramente los resultados y los estudiantes concluyen en las hojas de predicción (Pollishuke,1987).
¿Por qué el Aprendizaje Activo, como Metodología para la propuesta?
En el proceso de indagación de antecedentes y marco referencial, se encontró que la metodología de aprendizaje activo A.A., facilita la motivación e interés de los estudiantes, en la realización de actividades prácticas y temas relacionados con la vida cotidiana y entorno del estudiante (Serra, 2010).
La estrategia del A.A. presenta la enseñanza como un proceso de investigación dirigida, desde problemas interesantes para los estudiantes, concibiendo al estudiante como constructor de explicaciones, involucrado en un proceso epistemológico, que parte de una pregunta o situación problema, lo cual busca nuevos modelos explicativos, procedimientos, actitudes que permiten estructurar nuevos conocimientos conceptuales, metodológicos y actitudinales(Pollishuke,1987).
El aprendizaje activo propone ciertos lineamientos, prueba diagnóstica inicial y final recomendada como indagación de ideas previas y aprendizaje de conceptos respectivamente, situando al estudiante como fundamental en el proceso de construcción de su propio conocimiento; equilibrando las experiencias dirigidas, las actividades de grupo y el trabajo individual, todo esto con el objetivo de renovar el aprendizaje, desde una situación real (Benegas, 2007).
Según Benegas (2007) el A.A. se fundamenta en cinco principios básicos:
Principio Constructivista: el estudiante usa sus experiencias para construir sus estructuras mentales; bajo la dirección de un experto.
Principio Contextual: la construcción del conocimiento depende del contexto y las estructuras mentales de la persona que aprende.
Principio de Cambio: cada aprendiz tiene una forma diferente de apropiarse de la realidad, lo cual debe facilitar el docente con metodologías de actividades prácticas, exposición corta, predicciones y debates.
Principio de Distribución: los estudiantes tienen diferentes estilos de aprendizaje.
Principio de Aprendizaje social: el trabajo en grupo, permite la interacción, los consensos, estimulando el pensamiento crítico y reflexivo.
1.3.4.2 La explicación.
Es una característica de la ciencia que brinda la oportunidad de ejercitar el pensamiento divergente, generando una ciencia útil para quien aprende (Segura,D.1993).
Explicar es una parte esencial de la ciencia, es un argumento en el cual las premisas ofrecen bases para la descripción de un fenómeno; mostrando dos formas generales: inclusión o ausencia de leyes entre premisas y carácter deductivo, inductivo o probabilistico de los componentes de la explicación (Concari, 2000).
Para Hempel(1965) existen dos formas de explicación: nomológicas deductivas y las inductivas; dentro de las explicaciones deductivas se tienen la argumentación de hechos, en donde se explica un fenómeno a través de condiciones iniciales que incluyen leyes y las inductivas o sustentación de leyes a partir de leyes.
En nuestro caso las explicaciones nomológico deductivas, tienen en cuenta que la ocurrencia de la refracción de la luz, se afirma a partir del conocimiento de leyes universales y condiciones relevantes; luego se deduce el fenómeno de la refracción del conjunto de estas condiciones iniciales y leyes científicas, buscando demostrar que el hecho obedece a ciertas leyes.
Hempel (1965) en sus estudios sobre Filosofía de la Ciencia Natural, afirma que las explicaciones científicas deben cumplir dos condiciones relevancia explicativa y contrastabilidad; relevancia porque la explicación junto con la información de las leyes proporcionan la base para que el fenómeno ocurra en determinada circunstancia, demostrando que es real y con alto grado de contrastación, ya que se puede verificar empíricamente.
Estas leyes y teorías científicas se deducen de los hechos, a través de la observación y la experimentación; en un proceso inductivo del conjunto de datos, donde la fuente del resultado es la experiencia. Por tanto podemos resumir de la siguiente forma general a las explicaciones:
-Leyes teóricas.
-Predicciones y explicaciones.
Describiendo los siguientes pasos: observación y registro, análisis y clasificación, derivación inductiva y finalmente la contrastación.
Para nuestro caso, tenemos:
Refracción de la luz ---fenómeno explanandum
Descripción de la refracción ---enunciado explanandum
Premisas, leyes, teorías que especifican el fenómeno---enunciado explanans
Según Hempel(1965) La explicación tiene dos componentes el explanandum o contenido que describe el fenómeno y el explanans o teorías que se refieren al fenómeno.
El explanans puede referirse a las premisas, antecedentes específicos o leyes generales, que explican el fenómeno. Una explicación cumple dos formas de adecuación a la realidad ( Lógica y Empírica).
Condiciones lógicas:
- El explanandum debe ser un resultado deducido del explanans.
- El explanans debe contener leyes generales para concluir el explanandum.
- El explanans debe tener contenido experimental y verificable.
Condiciones empíricas:
Las premisas y leyes que constituyen el explanans se pueden verificar experimentalmente con correspondencia a la realidad, es decir el explanans necesita ser comprobado como característica de la explicación.
Por tanto pueden definirse las siguientes formas de explicación, según Hempel,C.(1965):
Nomológica deductiva: el fenómeno se produce en determinadas circunstancias; se obtiene por deducción de los enunciados explicativos, de dos tipos:
-Leyes generales demostradas empíricamente.
La explicación da cuenta del fenómeno explanandum, el enunciado que lo describe es el enunciado explanandum. Las premisas que especifican la información explicativa se llaman enunciados explanantes y forman el explanans. Estas son argumentaciones deductivas cuyo resultado es el explanandum y el conjunto de premisas el explanans, formado por leyes generales que explican hechos concretos.
El fenómeno explanandum en una explicación nomológico-deductiva puede ser un evento que tiene lugar en un determinado tiempo y lugar, una regularidad que se encuentra en la naturaleza, una uniformidad expresada por una ley empírica. Estas explicaciones nomologicas-deductivas satisfacen el requisito de relevancia explicativa puesto que proporcionan deductivamente el enunciado explanandum y muestran conclusiones de la realidad del fenómeno explanandum, en ciertas condiciones específicas(Hempel,C.1965).
Es frecuente que las explicaciones nomológico-deductivas se expresen en forma elíptica: es decir omiten mencionar ciertos supuestos que están asumidos por la explicación, pero admitidos en un determinado contexto y actuando como premisas de la explicación. Una vez que se hacen explicitas estas premisas, se determina que la explicación supone una referencia a leyes generales presupuestas por el enunciado explicativo, verificando que un evento concreto puede tener como causa un evento de otro tipo (Hempel,1965).
En referencia a la refracción de la luz podemos considerar, que la luz se desvía porque cambia su medio de propagación, considerando tácitamente las propiedades de la materia. Una vez que se hace la premisa tácita se ve que la explicación supone una referencia a leyes generales, presupuestas por un enunciado explicativo. Luego podemos considerar las leyes como base para una explicación (Hempel,1965).
Según Hempel(1965) las Leyes universales y generalización se sustentan en un enunciado universal, demostrado experimentalmente. En las explicaciones Nomológico-deductivas, las leyes son la base para explicar que se produzca un evento. Cuando el explanandum no es un evento particular, sino una uniformidad, las leyes muestran este sistema de uniformidades.
La mayoría de las leyes de las ciencias naturales son cuantitativas y no todos los enunciados universales; pueden considerarse leyes de la naturaleza o generalizaciones accidentales. Las leyes justifican condicionales y son la base para una explicación, las generalizaciones accidentales son consideradas coincidencias de la teoría aceptada (Hempel,C.1965).
Probabilidades estadísticas deductivas e inductivas: En este tipo de explicación un evento se explica con referencia a otro.
Considerando los estudios de Hempel(1965), no todas las explicaciones científicas se basan en leyes de forma estrictamente universal. Existen enunciados generales que son leyes de forma probabilística o leyes probabilísticas. Las conclusiones deductivas que parten de premisas verdaderas, en donde es posible que los enunciados explanantes sean verdaderos y el enunciado explanandum sea falso. Entonces, el explanans (premisas) implica el explanandum (conclusión) no con certeza deductiva, sino con cuasi-certeza o con un grado de probabilidad.
Estas argumentaciones son explicaciones probabilísticas y muestran ciertas características de la explicación nomológico-deductiva; en ambos casos el evento se explica en referencia a otro, con el cual el explanandum está conectado por medio de leyes. En un caso las leyes son de forma universal y en el otro de forma probabilística (Hempel,c.1965).
certeza práctica. Por esto el argumento cumple el requisito de relevancia explicatoria (Hempel, 1965).
Para Hempel(1965), cuando se explica un evento con referencia a leyes probabilísticas, el explanans confiere al explanandum un apoyo inductivo. Luego podemos distinguir las explicaciones probabilísticas afirmando que las primeras llevan una incorporación deductiva en leyes universales, mientras que las últimas llevan cimientos inductivos en leyes probabilísticas. Por su carácter inductivo, una explicación probabilística no explica el que se produzca un evento, porque el explanans no excluye desde el punto de vista lógico el que se produzca. Por tanto estas explicaciones probabilisticas son de tipo menos riguroso que las nomológico-deductivas.
En estas explicaciones probabilisticas inductivas, el explanandum nos describe un hecho probabilístico y la explicación se infiere inductivamente del explanans. Cuando la explicación es deductiva; el explanandum explica fenómenos con enunciados probabilísticos y el explanans incluye al menos una ley estadística (Hempel,1965).
Otros estudios sobre explicación científica son dados por Hanson (1977) en donde se afirma que una explicación, debe dar comprensión o inteligibilidad de los fenómenos estudiados a través de analogías y modelos. Estas analogías deben estar centradas en lo cotidiano, tratando que lo observado se explique mediante enunciados científicos.
En las teorías no se debe perder de vista el papel que realizan los modelos, las analogías y ecuaciones propias de la teoría con el fin de priorizar la inteligibilidad de la ciencia (Segura,1993).
Una explicación con leyes restringidas a una región fenomenológica, solo nos dice que sucederá cuando alteramos alguna de las variables, mientras que las leyes articuladas en una teoría y las teorías modelo nos permiten aproximarnos a un ¿por qué? haciendo inteligible el resultado obtenido por aplicación de teorías, permitiendo la extrapolación de conocimientos logrados y aplicación a situaciones reales (Segura,D.1993).
Aprender el conocimiento propuesto por las ciencia en relación con la refracción de la luz, implica considerar como la visión de objetos, de imágenes y su formación, son complejos, esto lo evidencian distintas investigaciones, en donde se afirma que a pesar de la enseñanza formal, los estudiantes tienden a usar explicaciones intuitivas (Bravo, Pesa y Pozo, 2010).
Considerando que esto se presenta por las diferencias existentes entre la forma en que cotidianamente se entienden, explican los fenómenos y las teorías científicas. Es de notar que en las explicaciones de la formación de imágenes a través de lentes, se considera desde la ciencia; originadas por la luz proveniente de diferentes puntos del objeto y desviada por refracción Zemanski (2005), lo cual en muchas ocasiones no se puede verificar experimentalmente en el contexto del aprendizaje de los conceptos de la ciencia.
La diferencia entre estas formas de explicar los fenómenos (intuitiva y científica) exceden lo conceptual ya que tienen raíces más profundas relacionadas con la forma en que se “interpreta, concibe, explica el mundo y los fenómenos que suceden en él” (Pozo, 2001).
La perspectiva teórica para la caracterización de explicaciones, sugiere concebir al conocimiento científico y al conocimiento intuitivo como dos modos de conocer, dos maneras diferentes de interpretar, estas diferencias estarían relacionadas no sólo con el modelo explicativo, la idea, la concepción usada, sino también con los principios conceptuales, ontológicos y epistemológicos que caracterizan a cada manera de conocer (Gómez y Crespo,1998).
Estos principios descritos anteriormente guían de forma implícita la manera en que se interpretan y explican en cada contexto los fenómenos cotidianos de la refracción, como formas de razonar que se activan al momento de elaborar la explicación (Pozo, 2001).
En este proceso se consideran las siguientes preguntas auxiliares u orientadoras para la Caracterización de Explicaciones(las cuales se describen en el análisis de datos):
¿Qué explican los estudiantes del fenómeno de la refracción de la luz?
¿Cuál es la forma más generalizada de explicar, el concepto de refracción de la luz?
¿Cómo se explica la refracción de la luz, en diferentes medios materiales?
Capítulo 2
2.1 Desarrollo metodológico
2.1.1 Investigación-Acción:
En cuánto a la forma de Investigación – Acción que se trabaja en el proyecto, se asume como un tipo de investigación aplicada que se realiza en ambientes cotidianos, previamente, durante o luego de la ejecución de un programa de intervención, para lo cual se recoge información de una realidad dada a través de técnicas específicas en forma sistemática, participativa y reflexiva. (Elliot, J.1993).
Metodología de Investigación Investigación- Acción. (Práctica)
Estudio Descriptivo.
Orientación pedagógica: Aprendizaje activo.
Fases: Diagnóstico, Implementación, Evaluación.
Figura.2.1.Diseño metodológico.
La Investigación-Acción se considera como un conjunto de estrategias, para mejorar la calidad de la acción educativa, en un proceso cíclico de reflexión enfocado a comprender y solucionar problemas propios del quehacer del profesor.
Elliott(1993) considera la Investigación - Acción desde un enfoque interpretativo, la explica como una reflexión sobre las acciones humanas, sobre los medios y los fines educativos, con el objetivo de ampliar la comprensión (Diagnóstico) de los docentes en sus problemas prácticos y acciones que van encaminadas a modificar la situación, permitiéndole innovar en sus prácticas educativas.
En esta investigación social interpretativa se asumen los resultados, como soluciones basadas en la interpretación de las personas involucradas. La validez de la investigación se logra a través de estrategias cualitativas de los datos obtenidos en un proceso cíclico, ya que se repiten en secuencia pasos similares y constantemente se realiza una reflexión del proceso y los resultados (Elliot, J.1993).
En estas formas de Investigación-Acción práctica el profesor es quien selecciona el problema de investigación, coordina el proyecto y busca la transformación de la conciencia de los participantes y un cambio en sus prácticas educativas (Elliot,J. 1993).
Elliott(1993) Afirma que en este modelo el foco de investigación es el plan de acción y su objetivo es mejorar en valores educativos. Lo cual comprende tres momentos: Elaborar un plan, ponerlo en marcha y evaluarlo; rectificar el plan, ponerlo en marcha y evaluarlo y así sucesivamente.
El primer paso de la acción o intervención es la construcción del plan, el cual comprende: la revisión del problema inicial y las acciones concretas requeridas; la visión de los medios para empezar la acción siguiente y la planificación de los instrumentos para tener acceso a la información (Elliot,J.1993).
Ciclo de la Investigación-Acción (Elliott, 1993)
Construcción del plan de acción,evaluación,reflexión del plan de acción.Todo esto dentro de un proceso cíclico, reflexivo y flexible; orientado a la posible solución del problema planteado.
Ciclo 1(bucle 1)
Modificación de la idea inicial.
Reconocimiento (Descubrimiento y Análisis de datos) Plan General
Revisión de la Implementación y sus efectos
Ciclo 2 (bucle 2)
Revisión de la Implementación y sus efectos
Reconocimiento (Explicación de los fallos en la Implementación y sus efectos)
Ciclo 3 (bucle 3)
Revisión de la implementación y sus efectos.
Reconocimiento (Explicación de los fallos en la implementación y sus efectos) Validación (reflexión del proceso).
Ciclos. Investigación -Acción. según Elliot,j.(1993)
Figura 2.2.Ciclo I-A. según Elliot. tomado de https:Imges.slidessharecdn.com%invacciontrabajo.
cuál permite la construcción de la hipótesis a solucionar, a través de un proceso flexible de ciclos participativos, dando como resultado las conclusiones de la implementación.
El trabajo se desarrolla en el marco de la investigación-acción, lo cuál permite retroalimentar el proceso en determinadas fases, si se presentan situaciones que afectan el problema inicial, dando origen a una reflexión y solución.
Según Urbano (2006) Estas situaciones que se presentan en el proceso de Investigación permiten, un proceso investigativo con diferentes ciclos o bucles, que van siendo retroalimentados en el proceso y enfocado al logro de los objetivos, se realiza con la intervención y participación del grupo de investigación(Director), el Docente, quince estudiantes de undécimo grado(Institución Educativa Distrital,en Bogotá).
La metodología que se aplica en el desarrollo del trabajo es la investigación acción, definida como una forma de explorar, situaciones educativas con la participación de los integrantes del proceso escolar.
El estudio interpretativo descriptivo, es una herramienta de exploración útil, que permite examinar, situaciones académicas cotidianas, permitiendo realizar una caracterización de las explicaciones de los estudiantes, respecto a la refracción de la luz.
2.1.2.Fases del proceso de investigación fase 1: Diagnóstico
En esta fase, inicialmente se realiza la identificación de la pregunta problema y su posible solución, se cimentan las bases para diagnosticar y diseñar una propuesta didáctica en relación con la enseñanza de la refracción de la luz y la construcción de explicaciones por parte de los estudiantes en cuanto a la problemática observada, se procedió a diseñar los instrumentos iniciales, para ello se diseñaron los cuestionarios de la propuesta basada en Aprendizaje Activo, prueba Diagnóstica y tres talleres sobre la Refracción de la luz, también se planeó la forma de implementación, con la aplicación de los cuestionarios en las cinco sesiones usando metodología en aprendizaje activo.
fase 2: Implementación
En esta fase, se aplica la propuesta didáctica o herramienta educativa que busca promover la construcción de explicaciones sobre la refracción de la luz, en diferentes procesos de enseñanza y aprovechamiento de actividades experimentales, esta implementación se dirigió a quince estudiantes de grado undécimo de una Institución Educativa Distrital, se planteo el diseño, puesta en marcha y evaluación de la propuesta didáctica, en el contexto determinado.
El diseño de la propuesta didáctica se desarrolla bajo la metodología de aprendizaje activo, con unas metas y objetivos específicos, incluyendo en las clases una práctica experimental de fenómenos de la refracción,con el desarrollo de una serie de actividades interactivas, desarrolladas con los participantes en el proceso.
