Concepciones Alternativas Recurrentes que Presentan los Alumnos del Nivel Medio Superior sobre los Conceptos de Velocidad y Aceleración Edición Única

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(1)Universidad Virtual. Escuela de Graduados en Educación.. Concepciones Alternativas Recurrentes que presentan los alumnos del nivel medio superior sobre los conceptos de Velocidad y Aceleración. Tesis que para obtener el grado de: Maestra en Educación con acentuación en Enseñanza de las Ciencias. presenta:. Mayra García Silverio. Asesor tutor: Mtro. Hugo Ariel Santos Garduño. Asesor titular: Dr. Genaro Zavala Enríquez.. México, Distrito Federal. Abril, 2012. 1.

(2) Agradecimientos A Dios por ayudarme a tomar decisiones correctas y poner las oportunidades en mi camino, así como haberme brindado a los hermosos padres que tengo y brindarme la oportunidad de conocer a toda la gente especial que me rodea. A mis padres que siempre me han apoyado y, que con amor, cada día me invitan a ser mejor persona mostrándome, con hechos, que la vida esta llena de retos y que éstos deben ser superados con entusiasmo y responsabilidad. Los quiero mucho. A Luis Rafael Aquino por aparecer justo en el momento en que más lo necesitaba y mostrarme, con amor, que la vida esta llena de alegrías motivándome a ser mejor. Gracias por tu amor y paciencia, te amo. A Luis Alfonso que ha sido el motivo más grande de mi vida, pues llego en el momento preciso mostrándome que la vida esta llena de milagros y que con su nacimiento mi vida cambio completamente, retándome a ser mejor persona, mujer y mamá. A mis hermanas que siempre han estado como guerreras apoyándome en cualquier situación y mostrándome que a pesar de cualquier situación la vida esta llena de sorpresas y que con su apoyo todo se puede. A mis amigos: Irvin, Leticia y Karina que me han mostrado que la amistad no solo esta en los buenos momentos sino que siempre es posible contar con personas tan especiales como ustedes. Aprender que la confianza es lo más importante en la vida y que no es fácil encontrar personas especiales. Gracias, los quiero mucho.. 2.

(3) Resumen Las concepciones alternativas que presentan los alumnos en el estudio de diversas disciplinas suelen ser un obstáculo para la adquisición de conocimientos. Este trabajo de investigación tuvo como objetivo obtener información acerca de las concepciones alternativas recurrentes que presentan los alumnos de nivel medio superior, de los conceptos de velocidad y aceleración, considerando que el área de la Física es una de las que tiene mayor índice de reprobación, en la institución en la que se realizó dicha investigación. La finalidad fue conocer cómo es que estas ideas afectan la adquisición de conocimientos por parte de los estudiantes, cómo es que comprenden los conceptos y las dificultades que presentan en el análisis e interpretación de gráficas, en las que se muestra el comportamiento de cuerpos que se desplazan a cierta velocidad y aceleración. Para la obtención de resultados se aplicó un test de 10 preguntas abiertas, a un total de cien participantes, de las cuales siete mostraban gráficas, ya que se pretendía obtener información sobre las concepciones que presentan los estudiantes de los términos mencionados con anterioridad. Por lo anterior, este trabajo está conformado por cinco capítulos los cuales se estructuraron de tal manera que en el primero se muestra el planteamiento del problema de la investigación, en el segundo se observan algunas investigaciones relacionadas, en el tercero se desarrolla la metodología empleada, en el siguiente se hace referencia a los datos obtenidos y en el último capítulo se encuentran las conclusiones obtenidas por el investigador. 3.

(4) Tabla de Contenidos. Capítulo 1. Planteamiento del Problema. ………………………………………. 6. 1.1 Marco contextual. ………………………………………………….. 6. 1.2 Antecedentes del problema. ………………………………………... 8. 1.3 Planteamiento del problema. ………………………………………. 10. 1.4 Objetivos de la investigación. …………………………………….... 12. 1.5 Justificación de la investigación…………………………………..... 12. 1.6 Limitaciones y delimitaciones. …………………………………….. 15. Capítulo 2. Marco teórico………………………………………………………. 17 2.1 Concepto de velocidad y aceleración. ……………………………... 17. 2.2 Qué son las concepciones o ideas alternativas. ………………….... 34. 2.3 Investigaciones relacionadas. ………………………………………. 40. Capítulo 3. Metodología………………………………………………………... 56. 3.1 Método de investigación. …………………………………………... 56. 3.2 Participantes. ……………………………………………………….. 58. 3.3 Tema, categorías e indicadores de estudio. ……………………….... 59. 3.4 Técnicas de recolección de datos. ………………………………….. 62. 3.5 Aplicación del instrumento. …………………………………........... 65. 3.6 Prueba piloto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 3.6 Captura y análisis de datos. ……………………………………….... 67. Capítulo 4. Análisis de resultados………………………….…………………... 69. 4.1 Presentación de resultados. ………………………………………….. 69 4.2 Análisis e interpretación. . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86. 4.

(5) Capítulo 5. Conclusiones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 Referencias. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 Anexos A prueba piloto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 Anexo B Test Aplicado. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100 Anexo C Currículum Vitae. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108. 5.

(6) Capítulo 1. Planteamiento del Problema. En este capítulo se describe de manera detallada el entorno en el que se desarrollo la investigación, las características de la institución, así como los antecedentes que llevaron al tesista a realizar este trabajo. Además se plantea el problema de investigación de forma concreta y directa, mediante la presentación de los objetivos que se deseaban obtener con el desarrollo de éste trabajo. Otra parte fundamental es presentar los argumentos del por qué de la investigación y la finalidad de la obtención de los datos así como las contribuciones que se pretenden realizar en el campo de la educación, sin dejar de lado las limitaciones y delimitaciones que se presentaron a lo largo de la investigación. 1.1 Marco contextual. La investigación se llevó a cabo en una institución pública del nivel medio superior ubicada en el municipio de Valle de Chalco, Solidaridad, en el Estado de México. Este municipio colinda con Chalco e Ixtapaluca, también en el Estado de México, así como con las Delegaciones Iztapalapa y Tlahuac, en el oriente del Distrito Federal. Se trata de una zona urbana con servicios públicos deficientes. La población es de ingresos económicos bajos, con limitados servicios de esparcimiento y de comunicación (internet, telefonía local, televisión de paga). En el sector educativo, el municipio cuenta con instituciones desde nivel preescolar hasta superior. La Preparatoria, como institución de Educación Media Superior, dependiente de la Dirección de Bachillerato General del Estado de México, tiene como misión “brindar un servicio de calidad y eficiencia con una perspectiva humanista, cuyo objetivo principal es el desarrollo de habilidades y competencias” (Tomado de la planeación institucional 6.

(7) anual de la institución 2011, pág. 5). Actualmente cuenta con dos turnos: matutino y vespertino. En el primero existen 16 grupos con una matrícula aproximada de 623 alumnos, y en el segundo, son 14 grupos con 462 alumnos, aproximadamente. La Escuela tiene, como infraestructura básica: 16 salones de clase, dos salas multiusos, sala audiovisual, biblioteca, dirección escolar, sala de cómputo, laboratorio de ciencias (equipado precariamente), canchas deportivas, sala de maestros, oficinas de orientación educativa, cafetería, estacionamiento y áreas verdes. Además cuenta con servicios de luz, agua, drenaje y teléfono. Los estudiantes provienen de comunidades tanto aledañas como distantes. El nivel socioeconómico de sus familias es medio bajo. El personal que labora en la institución está clasificado en directivos, orientadores técnicos, profesores horas clase, administrativos y personal de intendencia. El grado de preparación de los docentes es de aproximadamente un 40% con estudios de Maestría (concluida o en proceso de titulación) y los demás con título de nivel superior. Cada semestre los maestros reciben cursos de actualización con un promedio de duración de 25 horas. De acuerdo a la estructura docente se conforman los diversos campos disciplinarios para planear, desarrollar y evaluar las estrategias a trabajar de acuerdo a cada área. El trabajo académico que se realiza en la institución sólo es en el espacio áulico, ya que el uso de laboratorios es limitado, además de que están precariamente acondicionados. Sobre las características principales de la comunidad estudiantil, se encuentra una población con un promedio de edad de 17 años. Además, es mayor el número de mujeres en comparación al de los hombres. También se manifiesta que el nivel de 7.

(8) aprovechamiento oscila en un 65% de acreditación, con un promedio académico de 7.1, siendo el campo disciplinar de matemáticas y ciencias el que mayor índice de reprobados presenta, seguido por el campo de lenguaje y comunicación. La mayoría de los jóvenes dependen económicamente de los padres o tutores, por lo que en algunos casos, ante la falta de empleo de los mismos, el joven no cuenta con el material necesario para trabajar en el salón de clases. 1.2 Antecedentes del problema. Mora y Herrera (2008) mencionan que es común considerar los cursos de Física como una materia difícil ya que varios estudios indican que los alumnos salen de dichos cursos en condiciones muy similares a las que tenían cuando llegaron. Esta es una de las razones por las que se considera importante la realización de esta investigación, además de que es una de las áreas que presenta un mayor índice de reprobación de acuerdo a las estadísticas de la institución en estudio. La Física es una de las ciencias que presenta una problemática constante en su comprensión por parte de los alumnos, específicamente en la institución en la que se realizó este trabajo, ya que prácticamente en todo está implícita, por ejemplo en el desarrollo de la tecnología, cuando cae una hoja del árbol, cuando se camina, etc., por tal motivo los seres humanos estamos expuestos a generar ideas alternativas acerca de ciertos fenómenos que se presentan en nuestra vida cotidiana. Es muy común que estas concepciones intervengan, en gran medida, en la adquisición de conocimiento por parte de los alumnos y sobre todo en algunos temas, como es el caso de la mecánica pues de acuerdo con Posner, Strike, Hewson y Gertzog (1982, citados por Mora y Herrera, 2008) 8.

(9) el problema con las ideas previas es que suelen interferir con la comprensión de principios básicos de esta área que requieren de un razonamiento que cuestione la lógica natural derivada de la percepción, es decir, las experiencias adquiridas suelen tener un gran peso en comparación con los conocimientos que presenta el docente dentro del aula. En el contexto particular, para el desarrollo de este trabajo y como se mencionó anteriormente, la institución presenta un gran número de reprobados en el área de ciencias y por tal motivo el investigador realizó una pre-investigación informal dentro de la institución, la cual tuvo como propósito el indagar cuáles eran las concepciones alternativas que los alumnos presentaban con respecto a los conceptos de velocidad y aceleración. Al evaluar la comprensión de dichos términos, se observó que los estudiantes presentaban un bajo rendimiento académico, sobre todo en los temas concernientes a los términos mencionados anteriormente, lo que motivó al investigador para aplicar tres instrumentos de evaluación de manera informal. El primer instrumento aplicado fue de opción múltiple y estuvo conformado por 25 ítems con cinco opciones de respuestas, el segundo fue de 6 preguntas abiertas, estos dos fueron aplicados a 80 alumnos de la institución. Por último, se recurrió a la aplicación de una entrevista semi-estructurada a un total de 6 estudiantes. Los resultados obtenidos, desde el punto de vista del investigador, mostraron que las ideas alternativas son elementos importantes que se presentan en el proceso de aprendizaje de los estudiantes y por tal motivo se consideró necesaria la realización de esta investigación para profundizar sobre las preconcepciones que se presentan de manera recurrente en los alumnos y saber que tan viables pueden ser dichas ideas alternativas, ya. 9.

(10) que pueden facilitar la comprensión de los términos de velocidad y aceleración, o bien, puede ser causa fundamental de que no logren su comprensión. 1.3 Planteamiento del problema. Una de las áreas más estudiada por los investigadores en Educación es la relacionada con el aprendizaje de las ciencias, ya que el aprendizaje significativo de éstas, por parte de los alumnos, es una tarea con un índice de fracaso elevado (Moreira y Otero, 2000). Tal es el caso de la Física, curso que se imparte recurrentemente en las escuelas del nivel medio superior. Es común decir que un automóvil viaja a gran velocidad o que otro vehículo va acelerando constantemente pero, ¿qué es lo que se trata de decir con dichas frases? A pesar de que son términos que se mencionan constantemente en la vida cotidiana, en la mayoría de los casos los alumnos no logran comprender los términos de velocidad y aceleración, cómo es que surge una velocidad y/o aceleración negativa y qué ocurre con la aceleración cuando la velocidad permanece constante. Guidugli, Fernández y Benegas (2004) refieren que el dominio conceptual de las ciencias experimentales es esencial para lograr el aprendizaje, por lo que la mayoría de los profesores universitarios de Física considera que el conocimiento funcional de ciertos conceptos matemáticos y físicos son un prerrequisito para que el estudiante tenga éxito en los cursos introductorios de Física (Benegas, Pérez y Otero, 2010). Así, resulta necesario considerar las ideas que los alumnos tienen acerca de diversos temas que están relacionados con el estudio de diferentes ramas de las ciencias.. 10.

(11) De acuerdo con McDermott (1981), muchos de los alumnos que han finalizado un curso introductorio de Física pueden resolver los problemas cuantitativos, lo cual no garantiza que los alumnos puedan desarrollar una comprensión funcional, es decir que se presente un aprendizaje significativo por parte del estudiante en donde la solución de problemas, no sólo implique la aplicación de un procedimiento sistemático, sino la exigencia de un razonamiento y una explicación verbal. Por lo anterior, el problema principal de investigación está enfocado en obtener resultados sobre cuáles son las concepciones alternativas recurrentes que presentan los alumnos de nivel medio superior sobre los conceptos de velocidad y aceleración, del cual se pretende determinar si dichas concepciones ayudan o dificultan el entendimiento de dichos conceptos por parte de los estudiantes. Así, las principales preguntas de nuestra investigación se formulan de la siguiente manera: • ¿Cuáles son las concepciones predominantes que presentan los alumnos del nivel medio superior sobre los conceptos de velocidad y aceleración? • ¿Cómo afectan el entendimiento de los conceptos de velocidad y aceleración las ideas alternativas que presentan los alumnos? • ¿Cómo comprenden los estudiantes la relación que existe entre los conceptos de velocidad y aceleración?. 11.

(12) 1.4 Objetivos de la investigación. El objetivo general fue indagar cuáles son las concepciones predominantes que presentan los alumnos del nivel medio superior sobre los conceptos de velocidad y aceleración, con la finalidad de obtener datos que sean de utilidad para mejorar las actividades que se desarrollan en impartición de las clases por parte del docente. Lo anterior en aras de que los alumnos puedan obtener aprendizajes significativos en relación a los conceptos mencionados anteriormente y disminuir el alto índice de reprobación que se presenta en los alumnos inscritos en dicho curso (Física introductoria). Para el logro del objetivo general se establecieron los siguientes objetivos específicos para nuestra investigación: •. Conocer el entendimiento conceptual que tienen los estudiantes sobre las. variables velocidad y aceleración. •. Conocer las principales preconcepciones de los estudiantes sobre las. relaciones que existen entre dichos términos. •. Analizar si las ideas alternativas que presentan los alumnos afectan el. entendimiento de los conceptos de velocidad y aceleración. 1.5 Justificación de la investigación En el caso de este trabajo no fue considerada una hipótesis debido a que se trata de una investigación de tipo exploratoria.. 12.

(13) De acuerdo a McDermott (1991), los resultados de investigaciones sobre la comprensión de la física por parte de los alumnos indican que ciertas ideas erróneas sobre el mundo de la física son comunes a los alumnos de diferentes nacionalidades, originarios de medios socioculturales diferentes y de niveles de enseñanza y de edades diversas. Las ideas alternativas o previas que presentan los alumnos con respecto a ciertos términos suelen obtenerlas mediante experiencias de su vida cotidiana. Mora y Herrera (2008) mencionan que las ideas previas son principalmente una concepción que no ha sido transformada por la acción escolar, además de que comparte con el término “concepciones alternativas” la idea de que se tienen concepciones que sirven para interpretar los fenómenos y que no implica una denominación peyorativa. Benegas, Pérez y Otero (2010) refieren que desde hace tiempo se sabe que el conocimiento conceptual de la Física se encuentra en constante conflicto con ideas alternativas procedentes de nuestras experiencias cotidianas. En el estudio de la mecánica se presentan un gran número de ideas alternativas. Tal es el caso del estudio de los conceptos de velocidad y aceleración, así como la relación que existe entre ambos. En la investigación realizada por McDermott (1981) se observó que después de las entrevistas, los estudiantes observaron dos movimientos y les solicitaron comparar las velocidades y las aceleraciones. Después de la enseñanza, una quinta parte de los estudiantes confundían los conceptos de velocidad y posición, mientras que la confusión entre velocidad y aceleración eran cada vez más frecuentes.. 13.

(14) En este orden de ideas, Rodríguez Moneo (1999, citado por Aguilar, Maturano y Núñez, 2007) mencionan que las concepciones físicas descansan en mayor medida sobre la percepción inmediata del mundo físico, tal es el caso de la Mecánica y en particular en aquellos conceptos con los que los estudiantes están en constante interacción como son los de velocidad y aceleración. A pesar de que los alumnos se refieren en varias ocasiones a los términos de velocidad y aceleración, no se les facilita la comprensión sobre lo que es una velocidad con signo negativo, es decir en la mayoría de las ocasiones no logran comprender que es lo que sucede cuando al obtener la velocidad de un móvil (mediante la expresión V= d/t ) se tiene como resultado una magnitud negativa pues no es común ver este tipo de situaciones en la vida cotidiana. También suele presentarse recurrentemente que los alumnos no saben interpretar como es que se comporta la aceleración cuando la velocidad es constante, esto debido a que no relacionan el concepto de velocidad con aceleración, pues no logran visualizarlos con el entorno en el que se desarrollan cotidianamente. Los datos recabados dentro de la investigación fueron de gran ayuda ya que servirán para conocer aquellas concepciones alternativas que pueden facilitar el entendimiento de los conceptos base de esta investigación, así como ofrecer un punto de referencia para saber cuáles son aquellas concepciones que no favorecen el entendimiento de los términos. Esto último con la finalidad de que los docentes aclaren y/o disipen esas ideas erróneas al abordar los temas de velocidad y aceleración dentro del aula.. 14.

(15) Con este trabajo se busca saber cuáles son aquellas ideas que predominan con respecto a los conceptos de velocidad y aceleración con la finalidad de utilizarlas en el curso de Física introductoria, de tal manera que ayuden al desarrollo de actividades que permitan la adquisición de conocimientos significativos en los estudiantes y por consiguiente bajar el índice de reprobación, mejorando el ambiente donde se lleva el proceso de enseñanza - aprendizaje. 1.6 Limitaciones y delimitaciones. Una de los principales limitantes que se presentaron el desarrollo de esta investigación es que los alumnos evaluados fueron de cuarto semestre, es decir el curso de física introductoria lo llevaron en el tercer semestre, lo cual complicó la obtención de datos, ya que los estudiantes no recuerdan cuáles son los conceptos de velocidad y aceleración, es decir, se comprueba que los alumnos sólo obtienen un aprendizaje memorístico a corto plazo ya que no los vinculan con el entorno en el que se desarrollan. En el caso de la comprensión de dichos términos, por parte del alumno, es necesario considerar que regularmente tienden a memorizar los conceptos sin analizar lo que significan realmente, lo cual afecta su desempeño en las actividades áulicas. La memorización de los conceptos permite que el alumno sólo adquiera los conocimientos de forma temporal, que de acuerdo a la experiencia del investigador, sólo les permite repetir un concepto, que resulta insuficiente, considerando que la Física requiere de un análisis y/o razonamiento para comprender los problemas matemáticos que se presentan dentro de los cursos de dicha ciencia. Además, es necesario considerar que de acuerdo con Tamez (2006), el problema más serio de la educación en México es que 15.

(16) los alumnos siguen memorizando, en vez de razonar y analizar. Lo anterior resulta evidente, sobre todo en la práctica docente, ya que los alumnos regularmente consideran que las ciencias son aburridas pues de acuerdo a su perspectiva sólo implica el manejo de expresiones matemáticas y/o números, lo que refleja claramente que no comprenden el significado del resultado obtenido. Por tal motivo en esta investigación no se pretende saber si los participantes saben los conceptos, sino como es que los entienden e interpretan. Otro de los limitantes, que es necesario mencionar, es que los resultados obtenidos en esta investigación no pueden ser generalizados, esto debido a que el instrumento se aplicó en un contexto particular, mencionado en el primer apartado de este capítulo, y por tal motivo no se considera que los resultados muestren una problemática generalizada. En este primer capítulo se plasman las bases de la investigación como lo es el marco contextual, planteamiento del problema entre otros puntos importantes, con la finalidad de mejorar el proceso de enseñanza y aprendizaje de los conceptos de velocidad y aceleración. En el siguiente capítulo se muestra una reseña de las principales investigaciones reportadas en la literatura arbitrada, en base a los conceptos de velocidad y aceleración.. 16.

(17) Capítulo 2. Marco Teórico En este capítulo se abordarán de manera detallada las bases teóricas de los conceptos de velocidad y aceleración, desde el punto de vista de algunos autores de libros de texto de Física. Lo anterior debido a que, en ocasiones, estas definiciones contribuyen en gran medida a que el alumno genere concepciones alternativas lo cual dificulta la comprensión de dichos conceptos, por lo que se considera necesario indagar y retomar las definiciones propuestas para dichos términos. También se presentarán los elementos representativos de los estudios conceptuales más relevantes en la literatura arbitrada, para que se analicen conceptos, teorías e investigaciones con la finalidad de conocer aquellas concepciones alternativas que presentan los alumnos con respecto a los conceptos de velocidad, aceleración, y la relación que existe entre ambos términos. Además, es necesario considerar las definiciones que algunos autores mencionan con respecto al término de concepciones o ideas alternativas, ya que es muy común que gracias a éstas los alumnos tengan falsas ideas de ciertos conceptos términos lo cual ocasiona que no comprendan correctamente ciertos temas. 2.1 Concepto de velocidad y aceleración. En el estudio de la Cinemática, uno de los conceptos más utilizados para el análisis del movimiento de los cuerpos es el de velocidad, por lo que es necesario conceptualizarlos desde el punto de vista de algunos autores. Giancoli (1997) aborda el concepto de velocidad definiendo primeramente la “rapidez”, que “se refiere a qué tan lejos viaja un objeto en un intervalo de tiempo dado”. 17.

(18) También define la rapidez media como “la distancia recorrida (por un móvil) dividida entre el tiempo que toma en recorrer esa distancia”. Una vez definidos estos conceptos, el autor menciona que es muy común que en la vida cotidiana se utilicen indistintamente los términos velocidad y rapidez. Cabe señalar que, para efectos de esta investigación, es necesario enfatizar que la velocidad, como fenómeno físico, consta de una magnitud y una dirección, mientras que la rapidez sólo consta de una magnitud. Por lo tanto, atendiendo a los principios fundamentales de la Física, la rapidez es una magnitud escalar, mientras que la velocidad es vectorial. Además, la primera está en función del desplazamiento y la segunda en función de una distancia, lo cual las diferencia una de otra. En su texto, Giancoli (1997) menciona que la velocidad media está definida como “el desplazamiento dividido entre el tiempo transcurrido”, lo que se explica mediante la siguiente relación:. En el texto se menciona que el símbolo ∆ (letra griega delta) se refiere a un “cambio en”, lo que ayuda a que el alumno pueda comprender la expresión con mayor facilidad. Lo anterior en atención al hecho de que el primer curso de Física preuniversitaria se estudia antes del primer curso de cálculo infinitesimal de una variable, por lo que resulta inadecuado el definir los conceptos que nos ocupan en términos de cocientes de incrementos, ya que los alumnos aún desconocen los conceptos básicos de límites y derivadas.. 18.

(19) El autor agrega que la velocidad también puede definirse como “la rapidez del cambio de posición a través del tiempo”. Esta última podría ser más clara para el alumno, ya que relaciona a la rapidez con la velocidad y no habla de un incremento. También define que la velocidad instantánea en cualquier momento es “la velocidad media en un intervalo de tiempo infinitamente corto”, por lo que presenta la siguiente expresión:. Y explica que. quiere decir que la relación ∆x/∆t se debe de evaluar en el. límite cuando ∆t es tan pequeño que tiende a cero. Máximo y Alvarenga (2006) mencionan que “cuando un cuerpo se desplaza en cierta trayectoria, suele considerarse el movimiento en uno u otro de dos sentidos, uno de los cuales es positivo y otro negativo. Así para un automóvil que se desplaza por una carretera, consideremos positivo el sentido desde el punto de partida (sentido del aumento de los kilómetros recorridos). Si el automóvil se estuviera aproximando al punto de partida (de regreso) diríamos que se desplaza en sentido negativo. En el primer caso, la velocidad del auto se consideraría positiva y en el segundo, negativa”. En dicha definición se observa que la velocidad positiva sólo se presenta cuando el móvil se aleja del punto de partida, lo cual es cierto, pero existe un pequeño detalle en donde los autores mencionan dentro del paréntesis “sentido del aumento de los kilómetros recorridos” ya que cuando el cuerpo regrese al punto de partida (considerada como velocidad negativa), el kilometraje del automóvil también aumentará debido al recorrido realizado, lo cual sería conveniente que dicha acotación especificara a que se refiere para evitar que el 19.

(20) alumno genere ideas alternativas y se le dificulte la comprensión de la información revisada. Para los autores, la velocidad instantánea “está representada por el valor que el velocímetro indica en un momento dado”. El valor se obtendría considerando que “un automóvil en movimiento variado que pasó por el punto A en el instante t, con una velocidad instantánea v, una vez transcurrido el intervalo de tiempo ∆t, el auto estará en B, habiendo recorrido una distancia ∆d. Si el movimiento fuese uniforme, entonces la velocidad de auto será ∆d/∆t. Pero al tratarse de un movimiento variado, comprobamos que el valor de ∆d/∆t generalmente no coincide con la lectura del velocímetro en el instante t”. En la definición de velocidad instantánea se menciona un instrumento de medición (velocímetro) para calcular dicho valor, es decir, el alumno podría considerar que si no cuenta con dicho dispositivo, entonces el cálculo matemático y el análisis de gráficas tampoco podrían ser realizados. La información con respeto a velocidad y a los tipos de velocidades que se estudian en el texto, se presenta con un lenguaje científico (frecuentemente se utiliza el símbolo ∆), lo cual puede ser complicado para la comprensión del alumno. Otra observación es que en el concepto de velocidad instantánea se incluye el símbolo delta (∆) que podría comprenderse claramente si los estudiantes estuvieran familiarizados con su aplicación. Dicho símbolo representa un incremento y al tratarse del tema de Cinemática puede resultar confuso para el alumno de nivel medio superior,. 20.

(21) ya que el tema está incluido en el curso de física introductoria y por lo tanto se podrían presentar problemas en su interpretación. Cárdenas (2007) incluye en su texto los conceptos básicos sobre movimiento, desplazamiento, trayectoria, distancia e incremento, los cuales son fundamentales para abordar uno de los conceptos base de esta investigación (velocidad). El autor define la velocidad media como “la relación entre el cambio de posición de un cuerpo y el tiempo que toma dicho cambio; es decir, es la razón del desplazamiento entre el intervalo de tiempo correspondiente”.. Este autor maneja los conceptos de manera más específica. No obstante, se habla del “cambio de posición de un cuerpo”, lo cual implica que constantemente el ser humano experimenta una velocidad. Un ejemplo de esto se presenta cuando al dormir una persona cambia de posición para reacomodarse es decir, lo hace con una cierta velocidad. Lo anterior ayudaría al alumno a comprender que no sólo los automóviles, motocicletas y todo lo que implique el uso de llantas puede experimentar una velocidad sino también cualquier otro cuerpo que tenga la posibilidad de cambiar de posición. Cárdenas (2007) presenta una característica primordial en su libro de texto. Él maneja de forma didáctica una guía para la resolución de problemas de velocidad y consta de los siguientes pasos: 1. Leer detenidamente el problema que se nos presenta. Tratar de ubicarlo en la vida real y hacer una representación de él. 21.

(22) 2. Ubicar los datos 3. Identificar la (s) incógnitas. 4. Plantear las ecuaciones o formulas donde se relacionan las variables con los datos conocidos y sus respectivas unidades. 5. En las formulas, sustituir las variables con los datos conocidos y sus respectivas unidades. El primer punto que maneja esta guía puede ayudar al alumno a considerar el análisis partiendo de lo que entiende del problema, cómo lo interpreta y cómo lo relaciona en la vida real. El autor agrega que si la partícula se encuentra en el origen (t0, d0), entonces el tiempo y el desplazamiento tendrán un valor cero, por lo que el valor de la velocidad dependerá de la siguiente relación:. La información presentada por el autor en el libro de texto es más explícita que los autores mencionados anteriormente, lo que puede resultar más comprensible para los alumnos y evitar o disminuir la generación de ideas o concepciones alternativas. Tippens (2007), aborda el tema de movimiento uniforme mencionando que “si el objeto recorre la misma distancia en cada unidad sucesiva de tiempo, se dice que se mueve con rapidez constante. Sea constante o no, la rapidez media de un objeto en movimiento se define como:. 22.

(23) El autor explica que la diferencia entre rapidez y velocidad radica en que la primera es una cantidad escalar y está en base a la distancia recorrida, la cual denotan con la letra s, mientras que la segunda es la contraparte direccional y considera el desplazamiento realizado, por lo que se “representa con las coordenadas polares (D,. )”,. lo cual indica que es una cantidad vectorial. Con las características anteriores definen la rapidez media y la velocidad media, con las siguientes expresiones, respectivamente. La única diferencia que presentan las expresiones mostradas anteriormente es la s (distancia recorrida) y el D (desplazamiento), pero el resultado que se obtiene al aplicar cada una de estas expresiones matemáticas es que con el D se considera la magnitud y la dirección, mientras que la s solo considera la magnitud. Los conceptos utilizados por Tippens podrían resultar un tanto confusos para los alumnos ya que, en la vida cotidiana, resulta más común hablar de velocidad. Además se observa que el autor no proporciona directamente la definición de dicho término, sino lo maneja en función de la rapidez. Recuérdese que la rapidez es una magnitud escalar, es decir, sólo cuenta con un valor numérico, mientras que la velocidad está considerada como una cantidad vectorial. Otra observación es que las expresiones matemáticas podrían resultar un poco inconvenientes para el análisis por parte de los alumnos, pues en la primera expresión se maneja x y después la s para denotar la distancia, por lo que el autor hace una acotación en donde menciona que la x es utilizada para denotar las trayectorias curvas y la s para representar distancias en línea recta. 23.

(24) Esto último también puede generar en los alumnos concepciones alternativas, ya que además se maneja la. tanto para la rapidez como para la velocidad.. Tippens define la velocidad instantánea como “la razón de cambio del desplazamiento respecto al tiempo”, mientras que la de rapidez instantánea es “la razón de cambio de la distancia respecto al tiempo”. Las definiciones anteriores muestran una vez más que la primera es una cantidad vectorial y la segunda es escalar. White (1991) menciona que la velocidad “se define como el grado de cambio de posición en el tiempo” y aclara que el término cambio de posición “se refiere a la distancia recorrida” por lo que su expresión matemática es:. En este concepto es notorio que el autor no marca la diferencia entre velocidad y rapidez. Tampoco lo hace con desplazamiento y distancia, ya que de acuerdo a los autores anteriores, la distancia es una magnitud escalar, White define la velocidad como rapidez, incluso en sus resultados de ejercicios solucionados en el libro de texto sólo coloca la magnitud pero no la dirección del desplazamiento. Esta definición puede generar que el alumno crea que la velocidad y la rapidez son exactamente lo mismo y que el sentido no importa. White (1991) a comparación de Cárdenas (2007) menciona que el cambio de posición “se refiere a la distancia recorrida”, es decir, sigue manejando la velocidad como una cantidad escalar.. 24.

(25) La velocidad constante o también conocida como uniforme se presenta cuando un cuerpo que se mueve a lo largo de una misma línea recta, recorriendo distancias iguales en intervalos de tiempos iguales (White, 1991). Es decir la relación que existe entre distancia recorrida es directamente proporcional al tiempo transcurrido. Por otro lado el autor se refiere a la rapidez como celeridad y menciona que es “un término aplicado, únicamente, al módulo de la velocidad y no especifica la dirección” y que la velocidad es un vector y la celeridad es el modulo de la velocidad. Pero si el autor utiliza el término de distancia, entonces ¿asume que la velocidad es un vector? Ya que hay que recordar que el desplazamiento se asocia al vector velocidad, mientras que la distancia a la magnitud escalar rapidez .Lo anterior puede causar que los alumnos generen una concepción alternativa al pensar que la velocidad está en función de la distancia recorrida y no del desplazamiento. White (1991) también refiere que la velocidad variable se presenta cuando existen desplazamientos iguales en intervalos de tiempos iguales, por lo que se emplea la velocidad media para obtener el valor aproximado en el que viaja el cuerpo, mediante la siguiente expresión:. La información que el autor presenta puede generar cierta confusión en los alumnos ya que en la primera definición de velocidad habla de una distancia recorrida, mientras que en la velocidad variable habla de desplazamientos, por lo que se considera necesario mencionar que los términos desplazamiento y distancia son diferentes. Además, es necesario considerar que la palabra celeridad no es de uso común, lo que también. 25.

(26) podría generar concepciones alternativas en los estudiantes, pues se trata de un término muy similar al de aceleración. Otro error que se observa en este texto, es que el autor define la velocidad variable como desplazamientos iguales en intervalos de tiempos iguales, ya que dicha definición corresponde al término de velocidad constante. Stollberf y Hill (1971) mencionan que la velocidad “no solo se refiere a lo aprisa que puede moverse un objeto, sino también a su dirección” ya que es una cantidad vectorial. La rapidez es considerada como la magnitud de la velocidad, es decir, una cantidad escalar, por lo cual no cuenta con dirección. También maneja que el desplazamiento es una magnitud vectorial “medida en una dirección particular entre dos puntos”. Los autores definen que la velocidad uniforme se presenta “cuando el movimiento no cambia ni en la dirección ni en la magnitud” y matemáticamente se dice que “la velocidad es el desplazamiento (s) en una dirección dada dividido por el tiempo (t) durante el cual tiene lugar dicho desplazamiento”.. En la vida cotidiana no es común observar un fenómeno a velocidad constante debido a que es necesario variar la velocidad por motivos naturales. Para poder obtener la “medida de la velocidad debe hacerse en pequeños recorridos y en los correspondientes pequeños intervalos de tiempo”, por lo que la siguiente expresión matemática permite. 26.

(27) realizar dicho cálculo. En matemáticas el símbolo ∆ es usada para indicar un pequeño cambio en alguna variable.. De acuerdo con Stollberf y Hill (1971) “el velocímetro de un automóvil indica únicamente la magnitud de la velocidad; si se observa el velocímetro puede notarse que la velocidad no permanece igual sino que aumenta y disminuye”. Como se observa, la información presentada por los autores del libro de texto, con respecto al concepto de velocidad, es manejada de forma didáctica. Además, desde el principio, los autores aclaran que la velocidad es una magnitud vectorial y también mencionan que la rapidez es una cantidad escalar. Dicha información se presenta de manera explícita, por lo que el alumno tendría mayor facilidad para la compresión del concepto de velocidad. Alarcón y Zavala (2008) hablan sobre el movimiento de manera teórica y se basan en el análisis de gráficas, por lo que definen la velocidad media como “la razón de cambio de posición en un intervalo de tiempo”.. Además, tiene dimensiones de longitud entre tiempo, por lo que en el sistema internacional sus unidades son m/s. La velocidad se considera negativa cuando numéricamente la posición final es menor que la posición inicial en un intervalo de tiempo (Alarcón y Zavala, 2008).Los autores mencionan que en un movimiento con velocidad constante, “la velocidad media en cualquier intervalo (de tiempo) es la misma”. 27.

(28) También refieren que mientras mayor sea su pendiente (cuando se observa la grafica de velocidad), mayor será su velocidad y si es negativa, entonces la velocidad se incrementa. Definen la velocidad instantánea como “la velocidad media calculada en intervalos muy pequeños”. La expresión matemática es la siguiente:. Y se refiere al hecho de que toma intervalos de tiempo demasiado pequeños, de tal manera que su valor tiende a cero. De la información retomada de siete libros, escritos por diferentes autores, se puede observar que sólo dos mencionan el significado de la velocidad negativa (Máximo y Alvarenga, 2006; Alarcón y Zavala, 200), el primero lo explica de una forma práctica aplicado a la realidad, mientras que segundo lo hace mediante el análisis de gráficas. El concepto de velocidad negativa debería explicarse con mayor frecuencia en los libros, pues no es común hablar en la vida cotidiana de dicho término. Por tal motivo es necesario que el alumno tenga mayor información sobre este concepto para evitar que se generen más concepciones alternativas. También es notorio que a pesar de que las expresiones matemáticas representan lo mismo, no están escritas de igual forma y si se considera que la velocidad está en función de un desplazamiento que de acuerdo con Stollberf y Hill (1971) es una “medida en una dirección particular entre dos puntos”, entonces sería conveniente que se unificaran las expresiones y que se consideren las propiedades características de la velocidad y de la. 28.

(29) rapidez, de tal manera que ayuden a conceptualizar estos términos de manera general. Esta diversidad de información y de puntos de vista que se presenta en los libros de texto para poder conceptualizar ciertos términos, así como en la estructura de las expresiones matemáticas, contribuyen en la generación de concepciones alternativas por parte de los alumnos. Otro de los conceptos base en el estudio de la mecánica es el de aceleración, por lo que también es necesario considerar las definiciones para dicho término, que algunos autores presentan en libros de texto, ya que es otro de los conceptos base de esta investigación. Por tal motivo a continuación se presentan algunas definiciones que fueron encontradas en libros de texto que utilizan comúnmente los alumnos del nivel medio superior. White (1991) menciona que “la aceleración se define como la variación de velocidad con respecto al tiempo” por lo tanto, si “un automóvil aumenta su velocidad tiene una aceleración positiva, mientras que otro que la disminuye (o va frenando) tiene aceleración negativa”. Además, el autor aclara que cuando un automóvil se encuentra parado o moviéndose a velocidad constante, no tiene aceleración. La expresión matemática que representa la relación entre la velocidad y el tiempo, está dada por:. El autor especifica claramente cómo es que se origina la aceleración negativa, lo cual es importante para su comprensión por parte del estudiante. Lo anterior atendiendo a que no es común que en la vida cotidiana se mencione que un vehículo aceleró negativamente y el alumno puede presentar problemas para comprender este fenómeno. 29.

(30) Por su parte Giancoli (1997) dice que la aceleración se presenta cuando un objeto varía su velocidad y que si un automóvil realiza el cambio en menos tiempo que otro, su aceleración será mayor. Para este autor, la aceleración media está definida como la “tasa de cambio de la velocidad, o el cambio de velocidad dividido entre el tiempo que le tomó (al móvil) llevarlo a cabo:”. En la definición que proporciona Giancoli (1997) se menciona “una tasa de cambio”, término que nuevamente puede resultar incomprensible para los alumnos, pues recordando que en el primer curso de Física aun no han cursado cálculo infinitesimal. Para Máximo y Alvarenga (2006) “el concepto de aceleración siempre se relaciona con un cambio en la velocidad”, por lo que la aceleración será positiva si “el valor de la velocidad estuviera aumentando con el tiempo (. )” lo que daría origen. a lo que se conoce como un “movimiento acelerado”, en caso contrario, “si el valor de la velocidad disminuye a través del tiempo (. )” la aceleración será negativa y se. presentará un movimiento retardado. En la definición anterior el autor explica la relación que debe de presentarse para que exista una aceleración positiva (descrita como movimiento acelerado) y una aceleración negativa (movimiento retardado), de tal manera que el alumno comprenda en qué consiste cada uno de los términos relacionados con los tipos de aceleración. La expresión matemática que presentan Máximo y Alvarenga (2006) para poder determinar el valor de la aceleración es:. 30.

(31) En la expresión anterior se observa que la aceleración depende directamente de la variación de la velocidad en un cierto tiempo. El incremento de la velocidad sobre el incremento del tiempo recibe el nombre de aceleración (Cárdenas, 2007), por tal motivo ésta es considerada una magnitud vectorial ya que está en función de la velocidad y se expresa como:. Considerando que si “el móvil aumenta o disminuye uniformemente su velocidad a partir de v0 en el instante t, su nueva velocidad será vf, de manera que su aceleración será:”. Cárdenas (2007) habla sobre un movimiento uniformemente acelerado, que se presenta cuando la velocidad sufre variaciones constantemente. Dicha variación se refiere al aumento o disminución de la velocidad del móvil a lo largo de su desplazamiento en un intervalo de tiempo. Tippens (2007) menciona que la aceleración es “la razón a la que cambia la velocidad con respecto al tiempo” y si es posible medir el valor de la velocidad inicial y la velocidad final, entonces el valor de la aceleración se obtiene mediante la siguiente expresión:. 31.

(32) La aceleración es considerada como una cantidad vectorial ya que de acuerdo con el autor, también depende de cambios de dirección y de magnitud. Además, el autor menciona que “si la dirección del movimiento es en línea recta, sólo la rapidez del objeto está cambiando. No obstante, si se sigue una trayectoria curva habría aceleración aun cuando la rapidez no cambie” (Tippens, 2007), esto último puede ser problemático para la compresión del alumno, ya que diferente autores han mencionado que cuando la velocidad es constante no se presenta una aceleración ya que no existe una variación en la velocidad, sería conveniente que se aclarara por qué se presenta dicho fenómeno para que el alumno no se confunda. Stollber y Hill (1971) mencionan que la “aceleración (a), en Física, es la razón con que cambia la velocidad durante un intervalo de tiempo.. El autor también menciona que “la aceleración tiene dirección así como magnitud. Cuando un auto aumenta su rapidez mientras viaja en línea recta, la dirección y el sentido de la aceleración y el desplazamiento del móvil son iguales. Cuando el vehículo disminuye su rapidez, el sentido de la aceleración es opuesto al recorrido. Cuando la aceleración tiene el mismo sentido que el desplazamiento se dice que es positiva, y negativa en caso contrario.” Por lo anterior se entiende que la aceleración es una cantidad vectorial y que su valor negativo (también llamado desaceleración) se presenta cuando la aceleración va en sentido contario del desplazamiento. 32.

(33) A diferencia de Tippens (2007), Stollber y Hill (1971) explican que “el cambio de velocidad que se produce es sólo una variación de magnitud, pero el cambio de velocidad no es necesariamente de magnitud, puede ser sólo de dirección, como se presenta cuando un automóvil toma una curva de la carretera sin modificar su rapidez, entonces la aceleración se puede calcular en función de la trayectoria circular del móvil”, pues se obtendrá el valor del radio de la curva (trayectoria recorrida por el móvil), por lo que:. En la expresión anterior se relaciona la velocidad a la que viaja el móvil y el radio de la curva que se forma durante su trayectoria, es decir ya no se considera el valor del tiempo para cálculos matemático, sino el del radio de la circunferencia formada con el desplazamiento del móvil. La información obtenida de los libros de diferentes autores con respecto al concepto de aceleración, se presenta de manera más específica que el concepto de velocidad. Es común que los autores hablen sobre aceleración constante y/o negativa, de hecho su definición es más concreta con respecto al de velocidad constante y/o negativa y aunque son términos que no son muy comunes de mencionar en la vida cotidiana, se presentan constantemente. No es común que se diga que un automóvil va acelerando negativamente o que viaja a velocidad negativa. Normalmente se dice que un automóvil desacelero, por tal motivo es necesario que el alumno comprenda en qué consisten esos fenómenos y cómo los puede identificar en su vida cotidiana, de tal manera que se eviten en la medida de lo posible la generación de concepciones alternativas.. 33.

(34) 2.2 Qué son las concepciones o ideas alternativas En la enseñanza de las ciencias, una de las líneas más estudiadas son las concepciones o ideas alternativas que presentan los estudiantes con respecto a ciertos temas. Éste es el caso de la física y de acuerdo con Cárdenas (2007) en términos generales es la ciencia que estudia todo lo que está a nuestro alrededor y para lo cual requiere la participación de otras ciencias. La física es una de las ciencias que se encarga del desarrollo de la tecnología para que el ser humano viva mejor, por tal motivo está presente en cualquier actividad cotidiana del hombre, es decir todos emplean física. Es común que se presenten problemas en el aprendizaje de los alumnos, ya que se ha demostrado que existe una gran diferencia entre lo que el profesor enseña y lo que el estudiante aprende y que el aprendizaje de la ciencia, por parte de los alumnos de nivel preuniversitario y universitario es muy bajo (McDermott, L.C., 1991; citada por Zavala, 2009). En el caso de la física, se llegan a presentar una gran cantidad de concepciones erróneas o ideas alternativas debido a que los alumnos se ven influenciados por sus actividades y aprendizajes obtenidos en su vida cotidiana. Zavala (2009), menciona que una de las líneas de investigación más importantes del área es la del entendimiento conceptual por parte de los estudiantes, ya que se presentan con mucha frecuencia en el proceso de aprendizaje. Se puede considerar que las concepciones alternativas no constituyen unas cuantas ideas dispersas sino que en general se hallan integradas en la mente formando verdaderos esquemas conceptuales, dotados de una cierta coherencia interna (Driver, 1986; citado por Carrascosa, 2005). 34.

(35) Las concepciones o ideas alternativas han sido definidas de diversas maneras ya que presentan ciertas características y de acuerdo a algunos autores (Pozo y Gómez Crespo, 1998; Velasco y Garritz, 2003; Aramburu Oyarbide, 2004; Benarroch, 2005; Carrascosa, 2005; citados por Aguilar, Maturano y Núñez, 2007): • Se repiten insistentemente a lo largo de los distintos niveles educativos sobreviviendo a la enseñanza de conocimientos que las contradicen. • Son construcciones propias de cada sujeto (personales) pero a la vez compartidas por personas de diferentes características, ya que las interacciones que pueden realizar los individuos con su medio son similares. • Se hallan asociadas con frecuencia a una determinada interpretación sobre un concepto científico dado, diferente a la aceptada por la comunidad científica. • Son respuestas que se suelen dar rápidamente y sin dudar, con el convencimiento de que están bien. • Son “equivocaciones” que cometen muchos alumnos de distintos lugares y también, incluso, algunos profesores. • No son ideas aisladas sino que guardan entre sí una cierta coherencia interna que las refuerza. Clement (1982; citado por Mora y Herrera, 2009) mencionan que es común considerar a la física como una materia difícil, ya que varios estudios indican que los alumnos salen de los cursos de física en condiciones muy similares a las que tenían cuando llegaron. Frecuentemente, los estudiantes presentan los mismos errores en la interpretación de los problemas o los fenómenos después de haber estado en un curso de. 35.

(36) física. De hecho las ideas de los alumnos que persisten afectan de manera similar a alumnos de distintos países y niveles educativos (Gil y Guzmán, 2001; citado Mora y Herrera, 2008). De acuerdo a varios autores (Reif y Larkin, Camarazza, McCloskey y Green, Greca y Moreira) las ideas previas son muy difíciles de cambiar, ya que en ocasiones sobreviven largos años de instrucción científica y son independientes del nivel de enseñanza, de lo brillante que resulte el alumno y de su procedencia. Vygotstky (citado por Mora y Herrera, 2009) menciona que los conceptos científicos y los espontáneos (ideas previas) se forman y se desarrollan bajo condiciones internas y externas totalmente diferentes. Todo depende de cómo se originen dichos conceptos en el estudiante ya que los motivos lo predisponen a la adquisición de esas ideas. La mayoría de las problemáticas se presentan en el campo de la física ya que de acuerdo con Rodríguez Moneo (1999; citado por Aguilar, Maturano y Núñez, 2007), “las concepciones físicas descansan en mayor medida sobre la percepción inmediata del mundo físico, es decir sobre lo directamente observable y, por lo tanto, se trata de concepciones que tienen en su origen un alto grado de construcción espontanea”. Además, se afirma que a lo largo de muchos años las experiencias cotidianas han impuesto inconscientemente una cierta visión de la materia muy similar a las concepciones aristotélicas (Gil Pérez y Guzmán, 1993; citado por Aguilar et al. 2007). Otro de los factores que influyen en la adquisición de ideas alternativas en los alumnos y el aprendizaje de las ciencias es el uso de diferentes lenguajes, pues los estudiantes regularmente parten de una concepción adquirida en su vida cotidiana, es 36.

(37) decir, manejan un lenguaje coloquial y tratan de relacionar dichos saberes con los contenidos e información que el docente presenta. Pero no sólo influyen el lenguaje y las experiencias cotidianas para que los alumnos desarrollen ideas alternativas sobre cierto tema, de acuerdo con la investigación realizada por Aguilar et al (2007) las imágenes, como cualquier otro símbolo, no significan nada en sí mismas. Son las personas las que interpretan las imágenes en función de la información que han adquirido a lo largo de su vida, sus estrategias para procesarlas, sus conocimientos previos, su capacidad y determinación, entre otras necesidades que tenga el observador. Como se había mencionado anteriormente, las imágenes son parte fundamental en el desarrollo de concepciones alternativas por parte de los alumnos, pero en muchas ocasiones los libros de texto son los que muestran errores conceptuales, lo cual incrementa el desarrollo de concepciones erróneas en el estudiante. A continuación se muestran las siguientes frases textuales que pertenecen a distintos libros de Enseñanza Secundaria de acuerdo con Carrascosa (2005): • El peso del esquiador se reparte por los esquís y por eso se hunde poco, la presión que se ejerce es menor que el peso. • La velocidad es el espacio recorrido en la unidad de tiempo. Al ejercer una acción o fuerza sobre un cuerpo en él aparece una fuerza de reacción que es igual y contraria a ella. • Se pasan los moles de CaO obtenidos a gramos utilizando la masa molecular del óxido de calcio. 37.

(38) • Todo cuerpo material tiene a moverse en la dirección de la fuerza aplicada. • La mayoría de los animales acuáticos, como los peces, no respiran aire sino agua. De las frases expuestas anteriormente se puede notar que las definiciones no son correctas, esto afecta en el aprendizaje de los alumnos, ya que dicha información se encuentran en libros de texto, con explicaciones poco adecuadas para el nivel en el que se encuentran. Los alumnos suelen presentar dificultades para definir ciertos conceptos. Un ejemplo de esto lo menciona Carrascosa (2006) ya que refiere que los alumnos inicialmente suelen citar ejemplos que apoyan su idea, tales como que un corredor puede incrementar su velocidad en base a su esfuerzo, pero en realidad el corredor puede acelerar ya que empuja al suelo hacia atrás y éste le empuja a él hacia delante, de modo que, si no pudiera hacer fuerza sobre el suelo, tampoco podría acelerar. Por otro lado, Campanario y Otero (2000) mencionan que en algunas disciplinas, el aparato matemático reforzaría el carácter verdadero del conocimiento ya que a esta ciencia se le concibe como un conjunto de elementos separados sin que se espere una coherencia global, ni se necesite. De hecho la mayoría de los alumnos piensa que la física está basada en resultados numéricos específicos, más que en el estudio de los fenómenos que se presentan en el entorno del ser humano (diSessa, 1993; citado por Campanario y Otero, 2000). Por lo anterior, en varios casos los alumnos creen que el aprendizaje de las ciencias está basado en la utilización de formulas que le permiten la solución de ejercicios o que simplemente es aprender aquellos hechos o fenómenos que los científicos 38.

(39) han ido descubriendo a lo largo del tiempo (Hammer, 1994; citado por Campanario y Otero, 2000). Por lo tanto, parafraseando a Carrascosa (2005), las estrategias de enseñanza por parte de los docentes, se basan sólo en la constatación de un aprendizaje puramente memorístico. Los factores de fracaso crónico en la enseñanza, son tanto las experiencias cotidianas como el lenguaje común, ya que pesan por completo en el aprendizaje del estudiante (Viennot, 1979; citado por Carrascosa, 2005). Los conceptos científicos son términos que se utilizan con mucha frecuencia en el lenguaje cotidiano, sin antes ser conceptualizados científicamente. Los términos que se manejan constantemente a lo largo de la vida cotidiana son trabajo, calor, fuerza, fase, neutralización, velocidad y aceleración, entre otros. Un ejemplo de lo anterior de acuerdo a Carrascosa (2005) es el uso que se hace de fuerza como sinónimo velocidad, cuando se menciona “iba muy fuerte” en lugar de decir iba muy rápido o “la fuerza que se le comunicó al lanzarlo por la velocidad inicial con la que salió.” Para fines prácticos de esta investigación, la definición que será considerada para el término de concepciones alternativas es la mencionada por Mora y Herrera (2009) que menciona que “las ideas previas se refieren principalmente a una concepción que no ha sido transformada por la acción escolar, además de que comparte con el término concepciones alternativas las ideas de que se tienen concepciones que sirven para interpretar los fenómenos”, considerando que dichas ideas no son errores arbitrarios.. 39.

(40) 2.3 Investigaciones relacionadas. Una de las investigaciones que se enfocan en las concepciones que tiene los alumnos en la cinemática, es la de Escudero y Moreira (2002) basada en analizar las dificultades que los alumnos presentan en la solución de problemas de cinemática, así como los conceptos que aplican para obtener un resultado numérico. Dicha investigación presenta los resultados obtenidos en tres secciones, de las cuales sólo mencionaremos las dos primeras, esto debido a que sol las que se relacionan con ésta investigación. La primera muestra las categorías del dominio de los algoritmos relacionados con situaciones físicas que implican los movimientos en una trayectoria rectilínea y se observa lo siguiente. “Dos movimientos sucesivos” diferenciados, en esta primer categoría los alumnos integran coherentemente los elementos que proporcionan el enunciado, así como sus conocimientos previos para determinar los movimientos que realizan las esfera en translación y sus implicaciones. Todos los evaluados mencionan que existe una continuidad en la velocidad, y su cálculo es correcto pero no dicen nada sobre la naturaleza del movimiento. La segunda categoría “dos movimientos sucesivos” diferenciados parcialmente, los estudiantes identifican correctamente sólo uno de los movimientos en cuestión, es decir el 80% reconoce el MRUV (movimiento rectilíneo uniformemente variado), pero no relacionan al MRU (Movimiento rectilíneo uniforme) con una velocidad constante. Por lo tanto, los autores mencionan que los alumnos no logran la articulación de todos los elementos necesarios.. 40.

(41) En la tercera categoría propuesta por Escudero y Moreira (2002) se analizan “dos movimientos sucesivos” totalmente indiferenciados. De los resultados obtenidos en esta categoría, los investigadores mencionan que los alumnos no identifican correctamente ninguno de los movimientos ya que consideran que la altura y la distancia son lo mismo. Por la anterior se observa que el alumno es capaz de comprender el enunciado del problema pero no presenta una buena conceptualización del ejercicio resuelto. La segunda sección es el complemento de la primera ya que considera los niveles de comprensión que lograron los estudiantes, al determinar la distancia total recorrida por un móvil sometido a dos movimientos sucesivos, por tal motivo Escudero y Moreira (2002) mencionan que en la categoría “distancia total como estructura cuantitativa naciente del movimiento”, los estudiantes distinguen de manera adecuada la distancia, movimiento, tiempo, trayectoria, sistemas de referencia, sistemas de coordenadas, rapidez, dirección, sentido, función, igualdad, pero no comprenden del todo reposo, intervalo de tiempo, velocidad, MRU, MRUV y aceleración. De los alumnos examinados, sólo dos, de 38 alumnos evaluados del cuarto año de bachillerato de un colegio perteneciente al gran San Juan de Argentina, consideran que el movimiento comienza desde el reposo, mientras que los otros dos no diferencian entre MRU y MRUV. De lo anterior, se observa que los alumnos no tienen una plena comprensión de los conceptos. Otro de los hallazgos encontrados por Escudero y Moreira (2002) es que ninguno de los estudiantes mantiene una estructura cuantitativa, en posición, en tiempo, ni en velocidad, pero imponen que el movimiento debe comenzar con velocidad igual a cero, es decir “si algo se mueve, tuvo que empezar de cero”.. 41.

(42) Los resultados encontrados en esta investigación demuestran que los conceptos de velocidad y aceleración no son del todo comprendidos pues se encuentran implícitos en los MRU y MRUV. Hernández y Buzzo (2004) mencionan que las ideas previas son cruciales en el proceso de aprendizaje, ya que la construcción de conocimientos debe de darse buscando que el alumno relacione los conocimientos nuevos con los que posee, para que logre una conexión lógica y un aprendizaje significativo. En este sentido, las nociones que los alumnos tienen en relación con algunos temas de física son de suma importancia ya que influyen en gran medida en su proceso de aprendizaje. Este es el caso del concepto de aceleración, considerado desde el punto de vista de la cinemática. De acuerdo a la investigación realizada por Laburú y de Carvalho (1992), Piaget menciona que los sujetos de mayor edad utilizan una noción de aceleración, que relaciona espacios mayores a tiempos iguales y tiempos menores a espacios iguales. Considerando que la palabra aceleración ya forma parte del vocabulario cotidiano de los alumnos, Laburú y de Carvalho (1992) realizaron una investigación con una muestra de 34 alumnos de entre 11 y 16 años, los cuales sólo necesitaban tener una noción del aumento de velocidad o de la relación entre velocidad, tiempo y espacio, ya que se basaron en los estudios realizados por Trowbridge y McDermott en 1981. La investigación se basó en la aplicación de tres experimentos. El primero estaba dirigido a obtener información (mediante la aplicación de una entrevista cualitativa) sobre las nociones cuantitativas de velocidad media y su uso, para la interpretación de una posible 42.

(43) relación ∆V/∆t. En el segundo experimento se utilizó un cuaderno con espiral sobre la cual se pasaba una regla que provocaba un ruido, la intención del entrevistador era que el alumno observara que se presentaban movimientos uniformes o acelerados. Laburú y de Carvalho (1992) diseñaron estos dos experimentos basados en el trabajo de Piaget en el 1946, el cual menciona que los sujetos de mayor edad utilizan una noción de aceleración que relaciona espacios mayores a tiempos iguales y tiempos menores a espacios iguales. El tercer experimento fue diseñado por los autores, basado en el trabajo de Trowbridge y McDermott (1981), en el que se utilizaron dos coches colocados en pistas distintas y paralelas entre ellas. Uno de los coches partía del reposo con menor aceleración, mientras que el otro lo hacía con mayor aceleración. Dicho experimento buscaba que el alumno observara, analizara y comparara las velocidades finales, considerando que las iniciales eran cero (debido a que partían de reposo) con sus respectivos tiempos iniciales, o bien, las velocidades finales en el instante del adelantamiento, conservando los respectivos tiempos iguales. Los resultados obtenidos por Laburú y de Carvalho (1992) mencionan que la idea de aceleración que presentan los alumnos está ligada a otros conceptos físicos. De acuerdo a los autores, el 15% de la muestra relaciona la aceleración con una velocidad final por lo que dicha dificultad se podría derivar de las ideas utilizadas al estudiar la velocidad que conducen a la intuición elemental de término o meta. Otro de los hallazgos encontrados, es que el 50% de los alumnos relacionan que para que se presente la aceleración debe existir una fuerza ya que el movimiento (la velocidad) se presenta en función de ésta (fuerza), es decir, la aceleración y la velocidad, están consideradas dentro de la misma relación. También se observó que el 40% de la muestra hace una 43.