LA ENSEÑANZA DE LA FÍSICA MODERNA EN LA EDUCACIÓN MEDIA UNA APROXIMACIÓN.
ANYUL STEAK FIGUEROA MOYA JOHAN CAMILO ORJUELA RODRÍGUEZ
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD DE CIENCIAS Y EDUCACIÓN
PROYECTO CURRICULAR DE LICENCIATURA EN FÍSICA
GRUPO DE INVESTIGACIÓN: INVESTIGACIÓN POR LAS AULAS COLOMBIANAS (INVAUCOL)
LA ENSEÑANZA DE LA FÍSICA MODERNA EN LA EDUCACIÓN MEDIA UNA APROXIMACIÓN.
ANYUL STEAK FIGUEROA MOYA CÓDIGO: 20051135025 JOHAN CAMILO ORJUELA RODRÍGUEZ CÓDIGO: 20061135052
PROYECTO DE TRABAJO DE GRADO
PARA OPTAR POR EL TÍTULO DE LICENCIADO EN FÍSICA
DIRECTOR FABIO OMAR ARCOS
PROFESOR LICENCIATURA EN FÍSICA
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD DE CIENCIAS Y EDUCACIÓN
PROYECTO CURRICULAR DE LICENCIATURA EN FÍSICA
GRUPO DE INVESTIGACIÓN: INVESTIGACIÓN POR LAS AULAS COLOMBIANAS (INVAUCOL)
CONTENIDO
Introducción ... 1
Objetivos ... 1
General ... 1
Específicos ... 2
1. Referentes físicos e históricos ... 2
1.1 Física Moderna una revisión histórica y epistemológica ... 2
2. Didáctica de las Ciencias: Análisis Documental y Perspectivas Pedagógicas. ... 4
2.1 Enseñanza tradicional ... 4
2.2 Constructivismo ... 6
2.3 Una perspectiva desde la hermenéutica ... 8
3. Antecedentes ... 9
4. Marco Legal ... 12
4.1 Referente legal ... 12
4.1.1 Estándares y lineamientos internacionales ... 12
4.1.2 Ley general de educación (ley 115 de 1994). ... 12
4.1.3 Estándares básicos de competencias en ciencias naturales. ... 14
4.1.4 Lineamientos curriculares MEN... 14
5. Metodología ... 15
5.1 Análisis de libro de texto. ... 17
5.2 Metodología profesores entrevistados ... 18
6. Enseñanza de la física moderna en la educación media: Una perspectiva desde los estándares y lineamientos curriculares. ... 19
7. Enseñanza de la física moderna en la educación media: Una Perspectiva Desde los Libros de Texto. .. 20
7.1 Análisis general ... 47
8. Enseñanza de la física moderna en la educación media: una perspectiva desde los docentes en ejercicio. ... 49
8.1 Análisis general. ... 55
8.1.1 Libros de texto y enseñanza de la física: ... 55
8.1.2 Perspectivas frente a la enseñanza ... 56
8.1.3 Metodología del docente durante la clase. ... 58
8.1.5 Aspectos legales frente a la educación: ... 62
9. Aportes a la enseñanza de la física moderna ... 63
10. Conclusiones ... 64
11. Bibliografía ... 66
Tabla De Imágenes
Figura 1 Esquema campos de la física moderna ... 4
Figura 2 Estructura distribución temática libro física 2 editorial norma (Infante Luna, 2007) ... 21
Figura 3 Derecha gráfica corriente vs intensidad usada para explicar el fenómeno del efecto fotoeléctrico izquierda esquema experimental del efecto fotoeléctrico. (Infante Luna, 2007) ... 22
Figura 4 Cuando el núcleo de los diferentes elementos químicos se encuentran sobre la línea roja se dice que es estable (Infante Luna, 2007). ... 26
Figura 5 Esquema del interferómetro de Michelson y Morley usado para explicar el experimento (Infante Luna, 2007). ... 28
Figura 6 Esquema distribución temática hipertexto Santillana física 2 ... 30
Figura 7 Maleta cayendo desde el techo de un autobús, para explicar el marco de referencia inercial, cómo lo observaría una persona desde dentro del autobús ( Romero. O 2011). ... 31
Figura 8 Maleta cayendo desde el techo de un autobús, para explicar el marco de referencia inercial, cómo lo observaría una persona desde fuera del autobús ( Romero. O 2011). ... 31
Figura 9 Movimiento relativo de una persona quieta, subiendo o bajando, en una escalera eléctrica que sube ( Romero. O 2011). ... 33
Figura 10 Imagen que representa la paradoja de los dos gemelos (Romero. O 2011). ... 33
Figura 11 Contracción de las longitudes (Romero. O 2011). ... 34
Figura 12 Satélite artificial para explicar la dilatación del tiempo, un ejemplo real, en el que los astronautas perciben un leve cambio en sus relojes con respecto a la los que se encuentran en Tierra. (Romero. O 2011). ... 34
Figura 13 Rayo luminoso, en un tren en movimiento, utilizado para explicar la dilatación del tiempo y la contracción de la longitud (Romero. O 2011). ... 34
Figura 14 Dibujo de A. Einstein, quien formuló la teoría de la relatividad (Romero. O 2011). ... 35
Figura 15 Interferómetro de Michelson y Morley (Romero. O 2011). ... 37
Figura 16 Explosión de una bomba atómica (Romero. O 2011). ... 39
Figura 17 Reactor nuclear de baja potencia ubicado en la avenida el dorado con carrera 50 en Bogotá (Romero. O 2011). ... 39
Figura 18 Esquema distribución temática física moderna libro Zalamea Godoy, E. (2011). Física 11 ... 42
Figura 19 Imágenes utilizadas para explicar los semiconductores y los diodos (Zalamea E. 2011). ... 43
Figura 20 Los transistores y a superconductividad (Zalamea E. 2011). ... 44
Figura 21 Imagen caricaturesca para explicar el viento de éter (Zalamea E. 2011). ... 44
Figura 22 Caricatura para explicar la relatividad de las velocidades (Zalamea E. 2011). ... 45
Figura 23 Caricatura para explicar la constancia de la velocidad de la luz (Zalamea E. 2011). ... 45
Introducción
En la actualidad, con el uso de las nuevas tecnologías, la llamada Física Moderna, va ganado importancia. Los estudiantes de educación media en Colombia y principalmente en Bogotá no están exentos del uso de las tecnologías, que para su funcionamiento requieren del uso de las teorías de la física moderna: Cuántica, Relatividad y Nuclear.
Es por esto que es importante saber qué tipo de contenidos se están impartiendo en las aulas respecto a física moderna, así como la forma en que se presentan los mismos, por tanto es menester tener en cuenta una de las principales herramientas para su enseñanza como lo son los libros de texto ya que la enseñanza está siempre relacionada con la comunicación a través del uso de elementos intermedios tales como palabras, textos, dibujos, gestos, símbolos, etc. Es a través de la comunicación que el significado puede ser compartido, con el sentido que le asigna al aprendizaje, por el docente y el alumno, por el autor y el lector (Concari, Pozo y Giorgi1999). Por tanto los libros de texto su lenguaje, simbología y presentación temática tiene mucho que ver en la enseñanza de algún tema, para el caso, física moderna.
Por otra parte está la normatividad nacional, puntualmente los lineamientos curriculares y los estándares curriculares que son los que dan una visión mínima de los temas que se deben enseñar en la etapa escolar. Por tanto de esta depende en gran medida que temas van a manejar los docentes en general dentro del aula de clases.
Dentro de estos elementos mencionados anteriormente también se encuentra lo propuesto por el docente en el aula de clase, el cual es uno de los actores principales dentro del proceso educativo, ya que es quien finalmente dentro de su labor escoge los campos a desarrollar dentro del aula de clase y la forma en que va a enseñar en la misma, por tanto se hace el elemento fundamental para poder realizar un acercamiento frente a lo que se está haciendo en la educación media puntualmente en la enseñanza de la física, y como se está llevando a cabo la misma. Todos estos elementos fueron analizados para poder determinar en cierto modo que se está haciendo actualmente en la enseñanza de la física moderna en la educación media.
Objetivos General
los planteamientos estatales para la enseñanza de las ciencias (estándares básicos) y las voces de los maestros de física en ejercicio.
Específicos
1. Construir referentes físicos, didácticos y metodológicos entorno a la enseñanza de la física moderna en la educación media
2. Efectuar una revisión a los estándares curriculares establecidos por el Ministerio de Educación Nacional que permita determinar los propósitos entorno a la enseñanza de la física moderna en la educación media.
3. Realizar un análisis documental de los libros de texto más usados en la enseñanza de la física en la educación media vocacional que permita establecer cuáles son las temáticas más importantes de la física moderna que allí se trabajan.
4. Diseñar una entrevista semi-estructurada que permita considerar cuales son los planteamientos más importantes de los docentes en ejercicio (tres docentes de física de la media vocacional) para la enseñanza de la física.
5. Elaborar a partir de los resultados obtenidos unos aportes didácticos que permitan la generación de propuestas para la enseñanza de la física moderna en la educación media.
6. Elaborar un artículo dirigido a la comunidad educativa, el cual tendrá como fin dar cuenta de los resultados obtenidos durante la investigación. Dicho artículo se presentará en algún evento o revista de carácter educativo a nivel universitario.
1. Referentes físicos e históricos 1.1 Física Moderna una revisión histórica y epistemológica
modificar ideas tan arraigadas en la conciencia de la humanidad, tal es el caso de Galileo, Copérnico, quienes explicaron el movimiento de los cuerpos a nivel general. Luego con los aportes de Newton se creía que todo estaba concluido y que la historia de la física estaba cerrada, de hecho en la revolución industrial ésta era suficiente y la termodinámica funcionaba de maravilla para hacer las máquinas de vapor.
Posteriormente a finales del siglo XIX y comienzos del siglo XX surgen ciertos fenómenos que no se explican desde la física Newtoniana, la cual entonces presenta fallas en determinados eventos mostrando limitantes. La física de Newton no permite explicar fenómenos en los cuales los cuerpos se mueven a grandes velocidades o cuando las partículas tienen dimensiones muy pequeñas; hasta entonces se suponía una sustancia a través de la cual las ondas electromagnéticas se movían, a esta sustancia se le conocía como éter y se creía que el universo estaba repleto de ella, en la actualidad se tiene conocimiento de que estas ondas viajan en el vacío y que no requieren de un medio de propagación, puesto que era imposible concebir que la luz siendo una onda no tuviese medio de propagación; para los científicos Michelson y Morley, al moverse la Tierra a través del éter se debía presentar un viento, así construyen un interferómetro en el que debía observarse un patrón de interferencia cuando la luz se movía, dos rayos de luz viajan en dirección contraria y en dirección del movimiento de la Tierra, para sorpresa de la comunidad científica tal interferencia no se presentó, el científico Alemán A. Einstein planteó que la rapidez de la luz debe tener el mismo valor independientemente del marco de referencia inercial, es decir, es constante, así el sistema de referencia esté en movimiento o en reposo; este postulado, llamado postulado de la relatividad trae otras consecuencias, ya el tiempo no es absoluto, el tiempo medido por un observador en reposo es mayor el tiempo medido por un observador inercial, por otra parte la longitud de un cuerpo se contrae cuando está en movimiento con respecto a un observador en reposo.
La física newtoniana a una escala macroscópica funciona ya que Newton empleaba observaciones desde la cotidianidad como la caída de una manzana o el movimiento planetario, motivo por el cual permitió que sus teorías fueran ampliamente aceptadas, sin embargo cuando los físicos lograron observar los cuerpos a nivel microscópico encontraron "que la física de Newton no funcionaba a este nivel”, entonces, se inició la formulación de la física cuántica para dar explicación al mundo de lo microscópico desde el punto de vista de las fluctuaciones de energía. La física cuántica está presente en todo ya que todo está compuesto de átomos y estos a su vez de partículas subatómicas que no se rigen por la mecánica de Newton.
En la figura 1 se relacionan de forma esquemática los campos considerados parte de la física moderna:
Figura 1 Esquema campos de la física moderna
La física de antes del siglo pasado es llamada Física Clásica y a partir de entonces se conoce como Física Moderna.
2. Didáctica de las Ciencias: Análisis Documental y Perspectivas Pedagógicas. 2.1 Enseñanza tradicional
definitivas y terminadas. Acordes con esto, la tarea de la escuela es la transmisión de tales resultados a los estudiantes” (Arcos F 2004)
En la actualidad, el modelo pedagógico tradicionalista asume que el estudiante es un lienzo en blanco el cual el docente debe llenar con diferentes saberes y conocimientos, dejando de lado todas las ideas que el estudiante pudiese tener, es decir, deja de lado cualquier saber previo que tenga el estudiante y lo obliga a aprender simplemente memorizando y dejando de lado sus propias concepciones o pensamientos.
Desde esta perspectiva todo lo relacionado con el estudiante pierde importancia, se ve al educando como un ente aparte de un contexto social y de un entorno cambiante. Teniendo en cuenta esto, la enseñanza de la física se torna de forma repetitiva, en especial de forma magistral y teórica dejando de lado la práctica, simplemente enfocándose en memorizar una extensa línea de contenidos los cuales deben ser memorizados para las pruebas de estado lo cual hace que la enseñanza de esta ciencia sea de carácter nemotécnico y repetitivo, generando que carezca de ese espíritu científico que se debe incentivar en los estudiantes. Ya que, al no tener en cuenta el entorno donde se desenvuelve el estudiante ni sus ideas referentes a las temáticas hace que este vea la física y a los científicos como algo ajeno a él, como algo lejano e inalcanzable y al quehacer científico algo totalmente apartado de su propia vida. “lo que encontramos es que la lista de contenidos que deben enseñarse (o aprenderse) es tan grande, que aunque la enseñanza se mantenga centrada en ello, lo que se logran son aprendizajes a muy corto plazo, repetitivos, con frecuencia sin comprensión de lo que se aprende y, lamentablemente, con un saldo indeleble que se deriva de los procesos de aprendizaje: la ciencia es un conjunto de resultados de la actividad científica que debe aprenderse, la ciencia no es posible en nuestros países, los científicos son seres extraños, las personas común y corrientes difícilmente pueden ser científicos, nosotros no tenemos problemas que ameriten un proyecto científico, etc. Es decir, afirmaciones que se opondrían a lo que se pretende cuando se busca una actitud científica.” (Arcos F 2004)
Este modelo hace ver a la física como una ciencia abstracta poco llamativa y poco práctica. Lo cual puede generar desmotivación y desinterés hacia la asignatura, contrario a lo que realmente debería ser: un conocimiento ligado a su entorno y unido su realidad que le ayuda a comprender su realidad.
estudiante y debe ofrecer un acercamiento real donde el educando pueda explorar, indagar y pensar en su propio entorno como un algo inmerso en la física.
2.2 Constructivismo
Así de esta manera evidente que la forma en que se imparten las clases de física debe cambiar, es importante tener en cuenta que el maestro es el que maneja su quehacer dentro del aula y solo él puede poner en práctica todas las teorías didácticas y pedagógicas aprendidas durante su formación, es el único que puede hacer un alto dentro de sus clases para llegar realmente a sus estudiantes y no siempre ceñirse a lo que está planeado. Es decir, el maestro debe ser hábil a la hora de enseñar e incentivar a los estudiantes, solo él puede romper el paradigma tradicionalista el cual por sí mismo está impulsado tanto por la forma en la que se presentan los libros de texto como por las políticas educativas las cuales solo buscan que el individuo sea parte de un sistema y no que comprenda a cabalidad su entorno y su lugar en el.
“la experiencia cotidiana que lleva a muchos maestros a dudar de sus prácticas, no porque no logren que los alumnos aprendan lo que se les quiere enseñar, sino porque se es consciente de que eso que aprenden es inútil y que las otras cosas, las que se aprenden en los procesos, solo contribuyen a formar ciudadanos obedientes y convencidos de la conveniencia de formas de organización social autoritaria.” (Arcos F 2004).
Es relevante tener en cuenta que los estudiantes forman parte de un entorno que son seres sociales y pensantes, motivo por el cual su mundo es una construcción propia e individual la cual esta mediada por cómo se relaciona con su cotidianidad junto con su contexto. Por tanto, cada clase impartida debe estar acorde a un contexto común ya que dependiendo de cómo se realice las explicaciones estas pueden tener o no significado para los y las jóvenes, solo cuando ellos son capaces de establecer conexiones entre la clase y su diario vivir en general pueden asimilar el nuevo conocimiento, solo cuando son capaces de criticar e indagar y conectar los nuevos conocimientos con su cotidianidad así mismo dichos conocimientos podrán ser asimilados por los estudiantes.
despertar el interés de los estudiantes por las ciencias y de incentivar el pensamiento científico, siempre teniendo en cuenta todo el desarrollo didáctico de su labor.
En este aspecto, el constructivismo radical aporta muchos elementos a tener en cuenta dentro su perspectiva, como lo son el tener en cuenta el ambiente real, el entorno del estudiante creando así estrategias, ejemplos y explicaciones centradas en lo real para lo real. El docente es un acompañante en el proceso formativo cuyo fin es analizar las estrategias propuestas por los estudiantes para resolver problemas.
A continuación se mencionan algunos aspectos en los que se fundamenta el constructivismo radical como se observa en el artículo “El constructivismo radical como alternativa para fundamentar prácticas con sentido en la enseñanza de las ciencias “(Arcos F 2004)
Crear ambientes de mundo real que emplean el contexto como elementos relevantes en el aprendizaje;
Centrarse en aproximaciones reales para resolver problemas del mundo real.
El docente es un acompañante quien analiza las estrategias que se utilizan para resolver problemas.
Se enfatiza en la inter-relacionabilidad conceptual, incentivando representaciones o perspectivas múltiples de los contenidos.
Las metas y objetivos instruccionales deben ser negociados, no impuestos.
La evaluación sirve como una herramienta de auto análisis.
Se proporcionan herramientas y ambientes que ayudan a quienes aprenden a interpretar las perspectivas múltiples del mundo.
El aprendizaje deberá ser controlado internamente y mediatizado por quien aprende.
Fernanda Ostermann y Marco Antonio Moreira (2000=plantean la importancia y la necesidad de la enseñanza de la Física moderna en la educación secundaria a partir de las siguientes razones:
– Despertar la curiosidad de los alumnos y ayudarlos a reconocer la física como una empresa humana y, por lo tanto, cercana a ellos.
– Es necesario motivar a los jóvenes para la carrera científica. Son ellos los futuros profesores e investigadores en física. La física moderna y contemporánea es la que más puede influenciar a los estudiantes a elegir física como carrera profesional.
– Los estudiantes oyen hablar de temas como agujeros negros y big bang en la televisión o en películas de ficción científica, pero jamás en clases de física.
– La física moderna y contemporánea es considerada difícil y abstracta; no obstante, las investigaciones en enseñanza de la física han mostrado que la física clásica también es difícil y abstracta para los alumnos, que presentan serias dificultades conceptuales para comprenderla.
– La enseñanza de temas actuales de la física puede contribuir para transmitir a los alumnos una visión más correcta de esa ciencia y de la naturaleza del trabajo científico, superando la visión lineal, netamente acumulativa del desarrollo científico que impregna los libros de texto y las clases de física hoy utilizados. (F. Ostermann y M. Moreira 2000)
2.3 Una perspectiva desde la hermenéutica
Teniendo en cuenta que los libros de texto constituyen una herramienta indispensable en la preparación, ejecución y evaluación de las clases ejecutadas por los docentes, ya sea como referente teórico o práctico, para la proposición de prácticas de laboratorio o para extraer ejercicios y problemas, la hermenéutica constituye la teoría necesaria para abordar la interpretación de los libros de texto. La hermenéutica incluye tres aspectos o procesos importantes dentro del estudio de los textos, a saber, la expresión, la traducción y la explicación.
“· Hermçneuin como decir: hace referencia a la norma de expresar alguna cosa y al estilo como lo expresamos. Un ejemplo sería la interpretación que hace un músico de una determinada pieza. Esta lectura del término se relaciona con la función básica de Hermes, que no es otra que afirmar y expresar.
· Hermçneuin como traducir: interpretar significa traducir. La traducción, sin embargo, es una forma especial del proceso interpretativo básico que consiste en comprender. Igual que Hermes, el traductor es un mediador entre un mundo y el otro. El lenguaje se convierte en un depósito de experiencia cultural.” (Planella J. 2005).
La palabra hermenéutica proviene del griego hermçneuin (interpretar), así se define como la ciencia de la interpretación.
Teniendo en cuenta los elementos dados por la hermenéutica y sus categorías, se hará una revisión minuciosa de los libros de texto más usados en la educación media en Colombia, en cuanto a la Física Moderna, imágenes, ejemplos y todas las estrategias de enseñanza utilizadas.
3. Antecedentes
Dentro de los análisis de textos para diferentes niveles existen varios artículos y trabajos los cuales presentan diversas perspectivas de cómo se está enseñando física en la educación media y en la educación universitaria, además de mostrar varias categorías de análisis que bien deberían ser tenidas dentro de la enseñanza de esta ciencia para un mejor aprendizaje de los contenidos.
Un estudio sobre el rozamiento en libros de física de nivel universitario (Concari, Pozzo, & Giorgi)
Este artículo presenta el tratamiento que se le da al concepto de rozamiento dentro de los libros de texto universitarios y establece una serie de categorías para llevar a cabo su análisis, presenta la forma en que el tema es tratado en los libros seleccionados por el autor. Además analiza las imágenes presentes en cada uno de los textos las cuales deberían servir de ayudas visuales. Sin embargo, se establece que estas imágenes pueden prestarse para malas interpretaciones por parte de los estudiantes.
La carga eléctrica: una aproximación a partir de los libros de texto y los docentes de física en la educación media vocacional. (Chaparro. F y Morales. J 2012)
En este trabajo se realizó un análisis acerca de cómo se enseña el concepto de carga eléctrica y ley de Coulomb en grado undécimo, estableciendo una serie de categorías de análisis hechas desde la hermenéutica y la mayéutica. Para dicho análisis se realizaron una serie de entrevistas a docentes y un análisis detallado de los libros de texto más usados en la enseñanza de la física.
En este artículo se hace énfasis en el uso de las imágenes en la enseñanza, mirando la relación con los contenidos y haciendo todo un análisis morfológico de la misma imagen. Cabe destacar que dentro del texto la categorización de las imágenes resalta mucho la correspondencia con el texto donde se encuentra así como la funcionalidad dentro del texto su verdadero valor dentro del mismo y el contenido científico que la misma imagen sustenta. Toda esta investigación se hizo analizando siete libros de texto y se abordó alrededor del tema de mecánica. Dentro del mismo texto se establecieron parámetros acerca de cómo deben ir las imágenes y que se debe hacer para su debido procesamiento, al final da una serie de conclusiones las cuales se encaminan a buscar un mejor uso de los gráficos dentro de los libros de texto.
Procesamiento conjunto de lenguaje e imágenes en contextos didácticos: Una aproximación cognitiva. (Perales. J y Romero. J 2005)
Este artículo se centra en el uso de las imágenes en didáctica y da una orientación desde el punto cognitivo de cómo se deben usar las imágenes para el aprendizaje desde la perspectiva de la psicología cognitiva. Realizando un análisis desde diferentes categorías y desarrollos para culminar con una serie de estrategias las cuales tiene como fin llegar a una aplicación de nuevas estrategias didácticas en torno a las imágenes.
Análisis de los conceptos de energía, calor, trabajo y el teorema de Carnot en textos universitarios de termodinámica, (Aloma. E y Malaver. M 2007)
Presenta un análisis de siete textos universitarios en donde se categorizan y describen cómo desarrolla cada uno los conceptos de energía, calor, trabajo y el teorema de Carnot. Deja en evidencia la no formalidad de muchos de los conceptos presentados dentro de los libros así como la confusión que pueden llegar a generar tales conceptos no formales y deja entrever la importancia de una buena sustentación teórica dentro de los libros de texto usados como referente en cualquier tipo de área que se vaya a enseñar para garantizar un óptimo aprendizaje.
Física contemporánea en la escuela secundaria: una experiencia en el aula involucrando formación de profesores (Ostermann. F & Moreira. M 2000).
En este trabajo se describe la experiencia en la enseñanza de la física contemporánea en dos temas: partículas elementales y superconductividad a nivel de secundaria. La experiencia se desarrolló durante dos años, incluyendo la selección de temas, preparación de materiales didácticos, formación docente y la implementación en el aula.
La relatividad es una parte importante de la física moderna. En este artículo se analiza su enseñanza-aprendizaje en el nivel de secundaria y se muestran sus principales dificultades. El artículo argumenta razonadamente contra prácticas tradicionales en la enseñanza de la relatividad y finalmente apunta una nueva aproximación a su enseñanza.
Una propuesta sobre enseñanza de la relatividad en el bachillerato como motivación para el aprendizaje de la física (Pérez. H y Solbes. J 2006)
Uno de los aspectos de la física moderna al que se le da gran importancia es la relatividad. En este artículo se analiza su aprendizaje en la educación secundaria y retoma algunos aspectos frente a las prácticas de laboratorio en la enseñanza de la relatividad. Finalmente se presenta una nueva aproximación a su enseñanza y se concluye que es posible una enseñanza ajustada a las contribuciones de la comunidad científica y que suscite en los estudiantes un cambio actitudinal, conceptual y metodológico.
La relatividad en el bachillerato. una propuesta de unidad didáctica (Alonso. M y Soler.V 2006)
En este artículo se argumenta a favor del mantenimiento de la introducción a la relatividad en el bachillerato. Se enumeran deficiencias en la enseñanza tradicional y se exponen las características básicas de una propuesta alternativa. A continuación se desarrollan algunas actividades del programa guía sugerido, destacando en él la definición del cuadrivector, el uso de los diagramas espacio-tiempo e impulso-energía, y el concepto de masa invariante. Se destaca así mismo la importancia de las actividades CTS (ciencia, tecnología y sociedad), y el papel de la evaluación o el uso de recursos como los physlets en el proceso de enseñanza y aprendizaje de la relatividad. Los análisis cualitativos, la emisión de hipótesis de los alumnos y la comunicación de éstos adquieren un carácter relevante en esta propuesta.
Aplicación de una técnica de análisis textual a textos escolares sobre el Sistema Solar (Domínguez. M y Varela. C 2008).
entre los resultados y las dificultades de enseñanza-aprendizaje encontradas en otras investigaciones para explicar determinados fenómenos astronómicos.
Dentro del presente proyecto no se referencian algunos de los trabajos elaborados en la Universidad Distrital Francisco José de Caldas debido a que por la remodelación de la universidad dichos trabajos se encuentran bajo protección especial, por tanto es difícil acceder los mismos, sin embargo, estos y los trabajos citados serán tenidos en cuenta a la hora de elaborar el trabajo de investigación.
4. Marco Legal 4.1 Referente legal
Dentro de las normativas y pautas que rigen la educación en Colombia, instauradas por el Ministerio de Educación Nacional (MEN) y de acuerdo con las políticas internacionales se establecen los lineamientos curriculares, los cuales son el punto de partida para una planeación curricular, es decir son el conjunto de teorías y contenidos temáticos de un área específica. Mientras que los estándares son las herramientas que hacen más operacionales los instrumentos propuestos en los lineamientos curriculares.
4.1.1 Estándares y lineamientos internacionales
La UNESCO (united nations educational, scientific, and cultural organization) juega un papel en la generación de políticas educativas para los países latinoamericanos. Tiene como meta desarrollar el potencial humano a partir de la educación, investigación, ciencia y comunicación. Como objetivo a largo plazo se presenta “la educación debe transmitir al hombre, masiva y eficazmente, gran cantidad de conocimientos teóricos y técnicos adaptados a su entorno social” (Delors. J 1996). Esta idea se sustenta sobre cuatro principios que se deben cumplir en cualquier sistema de enseñanza, a saber: aprender a conocer, aprender a hacer, aprender a vivir juntos y aprender a ser, esto enmarca la tendencia educativa en Latinoamérica.
4.1.2 Ley general de educación (ley 115 de 1994). La ley 115 decreta en el artículo 1
desarrolla la organización y la prestación de la educación formal en sus niveles preescolar, básica (primaria y secundaria) y media, no formal e informal” (MEN 1995)
La educación formal en la ley 115 en su capítulo 1, artículo 11, apartado c) establece la educación media con una duración de dos (2) grados. La educación formal en sus distintos niveles, tiene por objeto desarrollar en el educando conocimientos, habilidades, aptitudes y valores mediante los cuales las personas puedan fundamentar su desarrollo en forma permanente. Las áreas fundamentales de la educación media académica estas argumentadas en el artículo 31: Para el logro de los objetivos de la educación media académica serán obligatorias y fundamentales las mismas áreas de la educación básica en un nivel más avanzado, además de las ciencias económicas, políticas y la filosofía. Y en su parágrafo se señala la profundización que se debe hacer en las distintas áreas en estos grados: Aunque todas las áreas de la educación media académica son obligatorias y Fundamentales, las instituciones educativas organizarán la programación de tal manera que los estudiantes puedan intensificar, entre otros, en ciencias naturales, ciencias sociales, humanidades, arte o lenguas extranjeras, de acuerdo con su vocación e intereses, como orientación a la carrera que vayan a escoger en la educación superior.
Dentro del marco legal también se aborda el concepto de currículo en el artículo 76, dándole autonomía a las instituciones educativas de hacer las modificaciones pertinentes para la profundización anteriormente mencionada, como lo dicta el artículo 77: Dentro de los límites fijados por la presente ley y el proyecto educativo institucional, las instituciones de educación formal gozan de autonomía para organizar las áreas fundamentales de conocimientos definidas para cada nivel, introducir asignaturas optativas dentro de las áreas establecidas en la ley, adaptar algunas áreas a las necesidades y características regionales, adoptar métodos de enseñanza y organizar actividades formativas, culturales y deportivas, dentro de los lineamientos que establezca el Ministerio de Educación Nacional. (MEN 1995)
4.1.3 Estándares básicos de competencias en ciencias naturales.
Los estándares propuestos por el MEN determinan las temáticas específicas para las áreas de conocimiento y definen lo que un estudiante debe saber y saber hacer en cada una de las áreas y el grado correspondiente. Así para el área de Física los estándares básicos en la educación media son los siguientes (MEN 2004):
Establezco relaciones entre las diferentes fuerzas que actúan sobre los cuerpos en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme y establezco condiciones para conservar la energía mecánica.
Modelo matemáticamente el movimiento de objetos cotidianos a partir de las fuerzas que actúan sobre ellos.
Explico la transformación de energía mecánica en energía térmica.
Establezco relaciones entre estabilidad y centro de masa de un objeto.
Establezco relaciones entre la conservación del momento lineal y el impulso en sistemas de objetos.
Explico el comportamiento de fluidos en movimiento y en reposo.
Relaciono masa, distancia y fuerza de atracción gravitacional entre objetos.
Establezco relaciones entre el modelo del campo gravitacional y la ley de gravitación universal.
Establezco relaciones entre fuerzas macroscópicas y fuerzas electrostáticas.
Establezco relaciones entre campo gravitacional y electrostático y entre campo eléctrico y magnético.
Relaciono voltaje y corriente con los diferentes elementos de un circuito eléctrico complejo y para todo el sistema.
En lo relacionado con los estándares no están contempladas las temáticas relacionadas con física moderna y es prudente resaltar que a pesar que las pruebas saber evalúan la concerniente a termodinámica los estándares no contemplan estos fenómenos físicos.
4.1.4 Lineamientos curriculares MEN
comprendidos dentro de los cursos sin embargo sigue siendo labor del docente los subtemas propuestos en de los grandes temas mencionados en los estándares (MEN 1998):
Electricidad y magnetismo: El concepto de campo eléctrico y el de campo magnético. Relaciones cuantitativas entre carga, corriente, voltaje y resistencia. Inducción electromagnética. Campos electromagnéticos creados por corrientes. La producción de energía eléctrica como una forma de transformación de energía.
Fuentes energéticas y transformación de energía: Las máquinas como transformadores de energía. El principio de la conservación de la energía como gran principio integrador de las leyes físicas. La conservación de la energía y el origen Y futuro del universo.
Las fuerzas y sus efectos sobre los objetos: Relaciones cuantitativas entre masa, fuerza, aceleración, velocidad, tiempo y distancias recorridas (leyes de Newton), interpretadas desde el principio de la conservación de la energía y sus diversas formas de transformación.
Luz y sonido: Concepto de espectro electromagnético y propiedades físicas de sus diferentes segmentos. La luz como fenómeno ondulatorio y cinético corpuscular. Los procesos de reflexión, difracción y refracción. El efecto fotoeléctrico y los fotones.
La tierra en el universo: Modelos cuantitativos acerca de la gravitación universal. El efecto Doppler como prueba de la expansión del universo. La expansión del universo y las teorías sobre su origen. La evolución de la energía en materia, de la materia en vida y el surgimiento de seres inteligentes: la delicada trama de la vida en el planeta.
Es relevante resaltar que el único contenido que hace referencia a física moderna dentro de los lineamientos curriculares se encuentra en el ítem referente a luz y sonido, las temáticas propuestas son el efecto fotoeléctrico y los fotones
Como se mencionó anteriormente los lineamientos comprenden temáticas relacionadas con física moderna y los estándares no hacen mención de alguna temática relacionada con esta rama de la física.
5. Metodología
medio de entrevistas, además del análisis de los libros de texto. Teniendo en cuenta esto, el trabajo se dividirá en las siguientes etapas:
Etapa 1: construcción de referentes disciplinarios y metodológicos: en esta etapa se recopilará y analizará información concerniente a la enseñanza de la física moderna, así como de análisis de textos y estudios educativos el material será recopilado de las principales revistas de divulgación científica nacionales e internacionales, además de algunas monografías de pregrado y posgrado de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas. además de construir una malla conceptual y de contenidos los cuales deberían ser tratados dentro de la física moderna haciendo uso de algunos libros universitarios y la formación académica de los autores.
Etapa 2: elaboración de categorías: para este trabajo se desarrollaran una serie de categorías que permitan establecer y clasificar qué se está enseñando sobre física moderna en la educación media vocacional.
Etapa 3 selección de libros de texto: se estudiarán los 4 libros de texto más usados en la educación media vocacional (décimo y once) resaltado que temáticas desarrollan y cómo se presentan dichas temáticas en estos textos.
Etapa 4: Elaboración de entrevista y aplicación de la misma: Se elaborará y aplicará una entrevista semiestructurada que proporcione información acerca de lo que los profesores de Física están enseñando en Física Moderna en la Educación Media.
Etapa 5: Interpretación de contenidos: en esta etapa se realizará una revisión de los resultados obtenidos tanto en la revisión de los libros de texto como en la entrevista semiestructurada.
Etapa 6: Construcción y producción escrita: en esta etapa se recolectarán todos los resultados obtenidos, los cuales irán siendo consignados en un documento a manera de artículo, para luego ser presentado en algún evento y así divulgar los elementos del trabajo que sirvan para una posterior investigación en este campo de la enseñanza.
5.1 Análisis de libro de texto.
Estas categorías son aplicadas a los libros de texto seleccionados, los cuales se relacionan en los anexos, cada uno con su respectiva ficha técnica. Con el fin de establecer la importancia que se le da a las temáticas correspondientes a Física Moderna, el porcentaje dedicado a la enseñanza de estas teorías y desde luego el tiempo que se le dedica; la cantidad de páginas y el número de actividades propuestas.
Categoría 1: Presentación del tema: 1. Se presentan temas de la Física Moderna (P) 2. No se presentan (NP).
Categoría 2: Temáticas de la Física Moderna planteadas en el libro de texto (TFM): Dentro de esta categoría se realiza una revisión y se listan las temáticas del libro concernientes a la Física Moderna y se separan de acuerdo a la rama a la que pertenecen así: 1. Relatividad (Rel) 2. Mecánica Cuántica (MC) 3. Física Nuclear (FN).
Categoría 3: Ubicación dentro del libro de texto: 1. Al comienzo del libro de texto (CT) 2. Al final del libro de texto (FT) 3. Como anexos al libro de texto (AT).
Categoría 4: Importancia: 1. Aparece como capítulo (Cap), 2. Como temas (Tem) 2. Como subtemas dentro del texto en diferentes capítulos (Subt).
Categoría 5: Porcentaje del texto dedicado a los temas: 1. Cantidad de páginas dedicadas (CP) 2. Porcentaje de las paginas (PP)
Categoría 6: Enfoque: en la enseñanza de la Física Moderna, se revisan los siguientes enfoques que se podrían proponer dentro del libro de texto 1. Histórico (H), 2. Teórico (T) 3. Conceptual (C) 4. Modelos matemáticos (MM).
Categoría 7: Estrategias de Enseñanzas: 1. Talleres teóricos y/o prácticos (TT y TP) 2. Prácticas de laboratorio (PL) 3. Proyectos y aplicaciones a la vida cotidiana (Pro y AVC).
Cada una de las categorías citadas anteriormente van encaminadas a determinar la forma en que se presenta la física moderna en los colegios y cuál es el tratamiento dado desde los libros de texto, el principal objetivo es establecer las temáticas desarrolladas y qué tanto se dedica a esta, tanto en espacio en el libro así como en presentación y explicación de las mismas temáticas desarrolladas a lo largo del texto. Estas categorías fueron propuestas a partir del artículo de Concari y su estudio sobre los libros de texto (Concari, SPozzo, R, y Giorgi, S s.f.)
5.2 Metodología profesores entrevistados
El análisis de las entrevistas se realizó a tres profesores, que llevan a cabo su labor como docentes de Física en diferentes colegios, para esto se busca que los profesores desempeñen su labor en colegios de diversos enfoques, el primero se desempeña en colegio privado de Bogotá, el segundo en colegio público del Distrito y el tercero de igual manera en colegio privado con la diferencia que maneja Bachillerato Internacional.
Una vez realizada la entrevista a cada docente se procedió a la transcripción, cabe resaltar que la entrevista es grabada en audio y de ser posible en video.
Las entrevistas aplicadas son semiestructuradas, puesto que se involucran preguntas espontáneas, algunas de las cuales surgen en el desarrollo de la entrevista y tiene como fin observar la labor del docente en el aula, su experiencia y el papel que ha desempeñado desde la enseñanza de la física moderna, si maneja las temáticas, si en los libros de texto que trabaja aparecen y la metodología a lo largo de las clases para desarrollar cada uno de los temas, por último se busca también observar el papel del estudiante y del docente en las clases.
Para la revisión de las entrevistas se aplicaron cinco categorías, relacionadas con lo expuesto por el profesor.
Dichas categorías son:
Los libros de texto y la enseñanza de la física moderna: En esta categoría se recopilaron todas aquellas frases que hacen referencia al uso de los libros de texto en el desarrollo de una clase de física, además del manejo de las temáticas correspondientes a física moderna si es que existe este desarrollo.
Metodología: como su nombre lo indica esta categoría hizo referencia a las herramientas usadas por el docente y a la metodología empleada por el profesor, destacando el uso de TICS, materiales, ejercicios, talleres, etcétera.
Postura frente al estudiante: en esta categoría se analizó el papel que desempeñan los estudiantes en la clase, sus ideas previas, el contexto, sus destrezas y necesidades, y como el docente retoma estas características para potenciar su labor en el aula.
Aspectos legales frente a la enseñanza de la física: En esta categoría se evidenciaron los aspectos de corte legal (lineamientos y estándares) y de políticas internas de los colegios, los exámenes de estado, los planes de estudio, y el impacto que estos tienen en la preparación de un curso de física en media vocacional.
6. Enseñanza de la física moderna en la educación media: Una perspectiva desde los estándares y lineamientos curriculares.
Dentro de los lineamientos se expone el incentivar el pensamiento científico girando en torno a tres pensamientos básicos el químico, el físico y el biológico. Atendiendo así a ramas de la ciencia en conjunto dentro de la educación básica.
En el pensamiento físico se destaca toda la mecánica clásica incluyendo conceptos como: velocidad, posición, aceleración, fuerza, energía, trabajo, cantidad de movimiento y todo lo relacionado con la mecánica newtoniana. Modelos acerca de la gravitación universal, teorías sobre el origen del universo y leyes que rigen el movimiento planetario, la mecánica clásica recibe la mayor atención tanto en estándares como en los lineamientos, la parte gruesa del pensamiento físico es referida a la parte de la mecánica newtoniana. Transformación de energía y máquinas, Procesos térmicos y transformaciones de energía dentro de estos procesos (comprende leyes de la termodinámica concepto de calor temperatura etc...). Y teorías sobre la creación del universo y futuro del universo y principio de conservación de la energía de este apartado se hace una ampliación bastante grande en los lineamientos. Ya que, dentro de los estándares no se mencionan los conceptos térmicos mientras que en los estándares estos tienen un buen énfasis.
incluye la corriente eléctrica como transformación de energía campos eléctricos creados por corrientes eléctricas es decir en este apartado la carga conceptual fuerte va en torno a todas las leyes y conceptos que rigen el electromagnetismo.
Luz y sonido trata fenómenos ondulatorios, espectro electromagnético, reflexión, refracción y difracción la luz como onda y partícula, no da mayor orientación frente a las ondas mecánicas ni da referencia de cómo debe ser el tratamiento del sonido en esta parte se habla ya de un fenómeno de física moderna como lo es el efecto fotoeléctrico. Sin embargo, dentro de los estándares propuestos por el mismo ministerio de educación este no se tiene en cuenta como máximo comprende la dualidad onda partícula.
Dentro de lo encontrado en ciencia tecnología y sociedad propuesto en los lineamientos curriculares se hace mención al aprovechamiento de los recursos naturales, por tanto se podría inferir que podría usarse algo de efecto fotovoltaico en este ítem, sin embargo no lo expresa de forma clara la ley y queda más a decisión del docente este aspecto.
7. Enseñanza de la física moderna en la educación media: Una Perspectiva Desde los Libros de Texto.
Libro 1
Libro física 2 editorial norma autores Iván Antonio Morales Forero y Esperanza del Pilar Infante Luna. Este libro viene dividido por unidades las cuales comprenden los siguientes temas:
Unidad 1: movimiento armónico simple (MAS)
Unidad 2: ondas
Unidad 3: óptica geométrica
Unidad 4: óptica física
Unidad 5: electrostática
Unidad 6: electromagnetismo
Unidad 7: inducción magnética
Unidad 8: física moderna
Figura 2 Estructura distribución temática libro física 2 editorial norma (Infante Luna, 2007)
En la parte de física cuántica se hace una pequeña introducción histórica enfatizando en los principales personajes que aportaron a esta rama de la física para luego pasar a uno de los problemas más representativos comprendidos dentro este campo de la física como lo es la radiación del cuerpo negro. El cual inicialmente se explica mediante el uso de ejemplos cotidianos como lo es los fogones de la estufa eléctrica. Una vez ejemplificado el fenómeno se enuncia una de las leyes que lo rigen, dicha ley es la de Stefan-Boltzmann en la cual se hace una descripción de la ecuación que la representa y para dar un ejemplo empleando cálculos matemáticos con dicha ley.
Luego dan una definición formal de lo que es un cuerpo negro y basándose en la ley de Stefan-Boltzmann muestran las gráficas de distribución espectral haciendo especial referencia en las limitaciones de la física clásica para el análisis de este fenómeno y la conocida catástrofe ultravioleta y definiendo el modelo matemático de Rayleigh-Jeans para la intensidad de emisión
en función de la temperatura. De aquí el texto pasa al modelo propuesto por Planck y definen en pocas palabras la cuantización de la energía y mencionando los estados cuánticos sin definirlos. Esta sección del libro culmina con una explicación del modelo matemático propuesto por Planck y cómo este permitió superar la catástrofe ultravioleta
Efecto foto eléctrico: En esta subsección se comienza dando una definición formal de lo que es el efecto fotoeléctrico y lo describe como: “cuando un metal que está expuesto a la radiación ultravioleta emite electrones”. Para su descripción usan una imagen que representa un esquema del montaje experimental de dicho fenómeno, además usan una gráfica donde se muestra las curvas de corriente a diferentes intensidades (figura 3) y por medio de esta hacen una descripción del experimento y de los resultados obtenidos.
Figura 3 Derecha gráfica corriente vs intensidad usada para explicar el fenómeno del efecto fotoeléctrico izquierda esquema experimental del efecto fotoeléctrico. (Infante Luna, 2007)
Luego explican el modelo clásico propuesto para este fenómeno (
K
max
eV
0) y cuáles son los aciertos y limitaciones del mismo para de esta manera abrir campo a la siguiente subsección denominada postulación cuántica del efecto fotoeléctrico.El fenómeno es descrito mediante el uso del modelo propuesto por Planck (E hf )
mencionando que Einstein fue el que retomó este modelo y lo amplió para dar explicación al efecto fotoeléctrico. Abordan también la luz como una partícula aquí se introduce el concepto de fotón, pero se da por sentado que el estudiante ya es conocedor de esta dualidad entre onda y partícula y solo hasta un capítulo posterior se hace claridad sobre esta dualidad, simplemente se limitan a decir que cada fotón contiene una cantidad de energía bien definida y que estos fotones pueden entregar su energía en los procesos de interacción con la materia para extraer electrones. Luego muestran como Einstein presentó el efecto fotoeléctrico en tres postulados donde se enuncian lo siguiente (Infante Luna, 2007):
Los átomos absorben la energía hf de los fotones para extraer los electrones, esta relación es uno a uno es decir por cada fotón se extrae un electrón.
Los procesos de extracción de carga no son acumulativos es decir si un fotón no expulsa un electrón este no acumula la energía simplemente hay una colisión elástica
La dependencia de la energía de los fotones y la frecuencia, se hace relación a que el potencial depende de la frecuencia de los fotones incidentes y no a la intensidad con que se hagan incidir
Luego de este y haciendo uso de una gráfica de energía máxima vs frecuencia de radiación incidente definen dos aspectos importantes dentro de la teoría. Uno la dependencia entre el potencial máximo obtenido y la frecuencia en la que se emiten los fotones y otra el modelo
propuesto por Einstein ya a nivel matemático
K
max
hf W
definiendo a W como una función trabajo que depende de cada material y que es el umbral que se debe superar para que haya una emisión.Dualidad onda partícula: para este apartado usan lo expuesto en el subtema anterior para atribuir propiedades corpusculares a la luz y resaltan el hecho del comportamiento dual de la luz en un par de párrafos pero sin dar mayor profundidad a esto, en vez de eso dan un salto de la luz a la materia mencionando lo propuesto por Louis de Broglie en 1924 donde propuso que la dualidad onda partícula no debía ser asociada solo a la luz sino a cualquier cuerpo e introducen inmediatamente el modelo matemático propuesto por él para finalizar con una pequeña mención al experimento llevado a cabo en 1925 en los laboratorios de Bell telephone que confirmarían esta teoría.
Modelos atómicos: se hace una descripción de tres de los modelos atómicos más importantes planteados en orden cronológico, el primero es el propuesto por Thomson y lo describen como una masa homogénea cargada positivamente con cargas positivas incrustadas en su interior para lograr un átomo neutro.
De este modelo, saltan al modelo de Rutherford, este lo plantean como un modelo planetario y describen el núcleo como el centro y que alrededor del orbita los electrones, luego de mencionar que este quedó validado por los resultados experimentales a los cuales no se les hace descripción dan paso al modelo atómico de Bohr mostrando los problemas de estabilidad del modelo atómico de Rutherford mencionados por el mismo Bohr.
En la descripción inicial del modelo de Bohr, no puntualizan dicho modelo lo que se hace es mostrar los fallos del modelo anterior y como este colapsaría si se tiene en cuenta lo propuesto por Rutherford, lo cual deja a este modelo sin soporte científico; de inmediato se procede a hacer un análisis matemático de el por qué el modelo Rutherford no funciona llegando a la conclusión de modelos de emisión continuos en el átomo de Rutherford, mientras que en los átomos se presentan modelos discretos de emisión.
Luego de mostrar por qué no funciona el modelo Rutherford se introducen los postulados de Bohr y los niveles de energía, esta descripción se hace enunciando los postulados e introduciendo la matemática correspondiente, se hace mucho énfasis en dichos procesos matemáticos y no se explica claramente porqué conceptualmente el modelo es válido, así mismo mediante estos mismos procesos, se abre paso al denominado número cuántico, el cual lo mencionan como los radios permitidos para el átomo.
concluyan que efectivamente este modelo cumple con emisiones discretas de energía y describen como mediante una diferencia de potencial en un gas hay emisión de luz, describiendo esta emisión como el resultado de excitar un electrón hasta un estado más alto de energía y que luego este regrese a su estado de mínima energía, emitiendo en este proceso un fotón y que la energía de dicho fotón será la diferencia de energías inicial y final del electrón.
Principio de incertidumbre de Heisenberg: en este capítulo presentan el principio de incertidumbre como que “no es posible conocer con certeza la posición de una partícula, porque al intentar medirla aumenta la incertidumbre en la cantidad de movimiento” (Infante Luna, 2007) y hace mención en cuanto al tiempo y la energía para luego dejar los modelos matemáticos expuestos. Para llegar a esto se hace un comentario referente a que a consecuencia de los postulados de De Broglie surgen estas nuevas incertidumbres.
Para terminar la sección presenta un ejemplo de cálculo de incertidumbres de forma algorítmica y se termina de forma muy apresurada, en un par de pequeños párrafos, mencionando a Erwin Schrödinger y su desarrollo en la mecánica cuántica y el tratamiento probabilístico a las ondas de materia y mencionan al átomo de Bohr como una nube de probabilidad donde debe encontrarse el electrón.
La sección concluye con un taller de competencias que consta de dieciséis preguntas en las cuales el estudiante debe hacer cálculos matemáticos los cuales no están muy bien ejemplificados dentro del texto, lo cual podría sugerir que lo que se busca es un acompañamiento constante del docente para explicar este tipo de ejercicios.
Dentro del taller el estudiante también debe resolver preguntas de corte conceptual y argumentativo, sin embargo muchas de estas exigen que el estudiante consulte otras fuentes ya que menciona conceptos que no fueron tratados dentro del mismo libro.
Sección dos física nuclear
En seguida introducen el número atómico Z que se conoce como el número de protones en el núcleo y el número másico A, para que a través de él se conozcan los neutrones, pero no se aclara mucho más de estos dos números soló se hace referencia a que para un número Z mayor a 20 existe mayor cantidad de neutrones y se hace uso de una gráfica de número de neutrones contra número de protones (figura 4) y esto lo justifican diciendo que se debe a la estabilidad del núcleo.
Figura 4 Cuando el núcleo de los diferentes elementos químicos se encuentran sobre la línea roja se dice que es estable (Infante Luna, 2007).
Notación e isótopos: en esta sección solo se explica que la química asumió una notación estándar para los elementos en términos del elemento el número atómico y el número másico (
A
Z
x
). Por último se presentan un par de ejemplos de representación de dos elementos, en especial de las variaciones en el carbono para concluir diciendo que a estas variaciones se le denominan isótopos.Modelo de la gota: se inicia modelando el núcleo como una esfera muy pequeña en cuyo interior están los protones y con grandes interacciones de Coulomb entre ellos y para mantener la estabilidad entre ellos se necesitan las fuerzas nucleares.
Por otra parte consideran el núcleo también como un fluido y hacen referencia a las fuerzas moleculares que mantienen unida una gota de agua, pero, no se da mayor explicación a esas fuerzas solo las mencionan para poder justificar el modelo de la gota, pero estas fuerzas superficiales quedan completamente inexplicadas dentro del texto, luego hacen unos análisis de densidad de algunos átomos para concluir la subsección.
natural por el físico francés Henry Becquerel describiendo cómo accidentalmente puso una placa de uranio sobre una película fotográfica para luego hablar acerca de los esposos Curie con los materiales radiactivos.
Partiendo de la desintegración del uranio hacen una descripción de lo que son las partículas ,
y
en cada caso solo se hace referencia a las reacciones que involucran este fenómeno y quetipos de átomos están involucrados. Para terminar habla del modelo matemático para la desintegración nuclear y realiza un ejemplo de un cálculo matemático haciendo uso de este modelo.
Tiempo de semivida: esta subsección inicia definiendo el tiempo de semivida como “el tiempo transcurrido para que el número de átomos inicial de núcleos se reduzca a la mitad” luego plantean un ejemplo a manera de demostración matemática para el cálculo del tiempo de semivida partiendo de la desintegración nuclear.
En esta misma subsección se tratan los temas de fisión y fusión nuclear como la separación y la unión entre partículas pero no da una explicación muy profunda sobre el tema.
Por último plantea un taller de competencias que al igual que en la sección anterior tiene un componente de cálculos matemáticos y un componente argumentativo pero nuevamente el estudiante debe recurrir a otras fuentes para poder elaborarlo. Cabe resaltar que a medida que avanza el texto el lenguaje se torna más complicado, las explicaciones son más especializadas y los ejemplos están fuera de la cotidianidad de los estudiantes o cuando menos de algo con lo que ellos pudieran tener algún tipo de interacción o información dentro de su vida.
Relatividad especial:
Figura 5 Esquema del interferómetro de Michelson y Morley usado para explicar el experimento (Infante Luna, 2007).
Cuando finalizan con el análisis matemático muestran la conclusión del experimento y como ya es sabido no se mostraron los patrones de interferencia esperados ni la diferencia de tiempos, lo cual implicaba la no existencia del éter y la invariancia de la velocidad de la luz, con estas conclusiones se introduce la teoría de la relatividad de Albert Einstein mencionando los postulados propuestos por él, basándose en este experimento y además ejemplifica cómo mediante la teoría de la relatividad todo es relativo, esto lo hace mediante una situación cotidiana de dos conductores viajando en sentido opuesto y como para cada uno de ellos es el otro el que va en sentido contrario. Y con esto se concluye que nada es absoluto, que todo depende el sistema de referencia con lo cual, la física propuesta por Newton debía ser revisada para ciertos casos. Contracción de longitud: este capítulo describe como para dos observadores uno en reposo y el otro en movimiento miden una barra situada en el espacio obtienen medidas distintas, para justificar esto introducen las transformaciones de Lorentz para longitudes y por medio de estas además de un análisis matemático se concluye que la barra tiene una medida para uno y una diferente para el otro, estas transformación se introducen de forma arbitraria no se justifica por qué se deben usar y la conclusión a la que podría llegar el estudiante podría ser meramente algorítmica. Luego hacen un ejemplo de un cálculo matemático con las transformaciones de Lorentz para contracción de longitudes.
Transformación masa-energía: con esta subsección se finaliza la parte teórica del libro la cual consta de la ecuación más famosa de Albert Einstein 2
E m c y soló dice que la masa es energía y que partiendo de muy poca masa se puede crear mucha energía como sucede en la bomba atómica pero este proceso no es explicado solo mencionado.
Para concluir esta sección nuevamente se encuentra un taller de competencias, el cual también se reparte entre argumentación y cálculos matemáticos, esto exige buscar nuevas fuentes para poder realizarlo y genera que los estudiantes interpreten los conceptos adquiridos para su solución.
Análisis general:
La sección de física moderna de este libro de texto ofrece varios temas, los cuales son tratados de forma algorítmica y dejando de lado la esencia conceptual de los fenómenos, esto se hace más evidente en las partes finales del capítulo donde el libro casi que se limita exclusivamente a realizar cálculos matemáticos para demostrar la validez de las teorías físicas.
Por otra parte, muy pocas temáticas fueron relacionadas con fenómenos cotidianos, en su gran mayoría los ejemplos eran con partículas, átomos o fenómenos muy distantes de los estudiantes. Reluce el lenguaje especializado y tal vez difícil de comprender por parte de los educandos. En su gran mayoría, las imágenes usadas eran esquemas o gráficas, las cuales funcionaban como apoyo para los modelos descritos dentro de la sección, solo una de las imágenes hacía referencia a un fenómeno cotidiano la cual describía una olla en un fogón de una estufa eléctrica irradiando color rojo usada para describir radiación del cuerpo negro.
Se evidencia gran contenido de cálculos matemáticos y pocos ejemplos de corte cotidiano, lo cual dificulta relacionar lo descrito con otros fenómenos, entonces el docente debe tratar de enlazar lo descrito en el texto con los conocimientos previos de los estudiantes para que realmente pueda haber un aprendizaje.
En cuanto a los ejemplos propuestos en el libro todos eran de corte matemático, sin embargo los talleres obligaban al estudiante a argumentar y a pensar además de buscar por otros medios información necesaria para la solución de los mismos, así que incentiva a la consulta de material y que cuando menos se vea en la necesidad de ir más allá del solo libro de texto, y que su trabajo en cuanto a talleres sea algo más que repetir algoritmos o solucionar cálculos matemáticos.
Libro 2
El libro está dividido en unidades de la siguiente manera: Unidad 1. Oscilaciones.
Unidad 2. Las Ondas. Unidad 3. Acústica. Unidad 4. Óptica.
Unidad 5. Electrostática.
Unidad 6. Cargas eléctricas en movimiento. Unidad 7. Electricidad y magnetismo. Unidad 8. Física Moderna
La unidad ocho (8) es la que centra el interés del presente trabajo, abarca desde la página 244 hasta la página 285 correspondiendo a una fracción de 42/288 y la cual es el 14,6% de la totalidad del libro, dedicados a la física moderna. Esta unidad a su vez se subdivide en temas así:
Figura 6 Esquema distribución temática hipertexto Santillana física 2
Como se puede observar el libro Hipertexto de Santillana, Física 2, efectivamente contiene una unidad dedicada a la Física moderna y las trata en orden: Relatividad, Física Cuántica y por último Física nuclear.
antecedentes, para esto se plantea un ejemplo cotidiano: “dos vehículos en un semáforo, uno de los dos frena, un observador dentro del vehículo que se detiene percibe que el otro automóvil se mueve hacia adelante y de igual manera explica lo que sucede para un observador dentro del otro automóvil, quien percibe el movimiento hacia atrás por parte del auto que frena” ( Romero. O 2011). , a partir de esto se da una definición de marco de referencia inercial. De manera análoga da un ejemplo de una maleta que cae del techo de un bus en movimiento, así explica la trayectoria parabólica percibida por un observador en reposo fuera del bus (figura 8) y la trayectoria rectilínea de caída libre que percibe un observador dentro del bus (figura 7), así se introduce la definición dada por Newton del espacio-tiempo absolutos. Seguidamente se plantea los aportes de Maxwell en cuanto el electromagnetismo, nombra las cuatro ecuaciones y por último dentro de este título del problema del movimiento se evidencia según Ernest Mach, la falla de considerar el espacio-tiempo como absolutos, Mach los considera como “constructos mentales que no se presentan en la realidad”, en este título se plantea la importancia de Mach para la formulación de la teoría de la relatividad por parte de Einstein.
Figura 7 Maleta cayendo desde el techo de un autobús, para explicar el marco de referencia inercial, cómo lo observaría una persona desde dentro del autobús ( Romero. O 2011).
Seguidamente se trata el hecho de que durante el siglo XIX la luz era considerada y aceptada como un fenómeno ondulatorio y que, por ende, debía mostrar todas las propiedades y fenómenos de las ondas, que por tal la luz igual que las ondas mecánicas debía tener un medio de propagación así se introduce a la teoría del éter y se plantean las características que debe tener dicha sustancia para hacer posible el comportamiento ondulatorio de la luz. Aquí se explica el experimento de Michelson y Morley y su importancia para refutar la existencia del éter, puesto que no se presentó la interferencia esperada en los rayos luminosos que viajan en el sentido del movimiento de la Tierra y en sentido contrario.
Figura 9 Movimiento relativo de una persona quieta, subiendo o bajando, en una escalera eléctrica que sube ( Romero. O 2011).
Posterior al establecimiento de los dos postulados de la teoría de la relatividad, se presentan en este libro los efectos del segundo postulado y bajo el título “La simultaneidad es relativa” define los conceptos de tiempo propio e impropio. Luego bajo el título “Tiempo y teoría de la relatividad” se presenta los efectos de dilatación del tiempo y contracción de las longitudes para cuerpos que se mueven a velocidades cercanas a la velocidad de la luz, para la dilatación del tiempo se emplea la situación del tren, un rayo de luz emitido por una fuente en el piso y llega hasta el techo, a partir de esta situación se realiza el desarrollo algebraico para llegar a deducir la
ecuación: ´ = seguidamente se resuelve un ejemplo matemático donde se reemplazan
valores en esta ecuación. Para la contracción de la longitud se presenta la ecuación pero ya no se
realiza la deducción algebraica: ´ = 1 − , y se muestra un ejemplo con la contracción de
un balón (figura 11). Luego se resuelve de manera similar un ejemplo. Por último para finalizar con los efectos relativistas sobre el espacio-tiempo se presenta la paradoja de los dos gemelos (figura 10) y se resuelve un ejemplo, en el cual un hombre realiza un viaje y se hace la solución matemática de la ecuación de dilatación del tiempo, se ejemplifica mediante un satélite artificial (figura 12).
Figura 11 Contracción de las longitudes (Romero. O 2011).
El tema de relatividad continúa con el subtema masa y energía nuevamente no se realiza el desarrollo algebraico de las ecuaciones para estas, tan sólo se plantean las ecuaciones: ´ =
y E=mc2. Para cerrar este subtema se resuelve un ejemplo.
Figura 12 Satélite artificial para explicar la dilatación del tiempo, un ejemplo real, en el que los astronautas perciben un leve cambio en sus relojes con respecto a la los que se encuentran en Tierra. (Romero. O 2011).
Figura 13 Rayo luminoso, en un tren en movimiento, utilizado para explicar la dilatación del tiempo y la contracción de la longitud (Romero. O 2011).
