Aprendizaje y
Aprendizaje y
Resoluci
Resoluci
ó
ó
n de Problemas
n de Problemas
en F
en F
í
í
sica
sica
María Elena Truyol
Facultad de Matemática, Astronomía y Física UNC
• Aprendizaje y Resolución de Problemas
• Aprendizaje, Resolución de Problemas y
Enseñanza.
• Aportes disciplinares a la investigación.
El caso de la Física.
• Algunas investigaciones relevantes.
• Noción de Transferencia.
• Tendencias actuales en la investigación
Siglo IV aC Psicolog Psicologííaa Conductista Conductista tabula rasa tabula rasa sobre la cual sobre la cual se van se van Imprimiendo Imprimiendo las sensaciones las sensaciones Psicolog Psicologííaa Cognitiva Cognitiva la proyecci la proyeccióónn de nuestras de nuestras ideas innatas ideas innatas Plat Platóónn Procesamiento Procesamiento de la Informaci
de la Informacióón actualn actual
2000 Ev ol uc ió n te m pora l Arist
Aristóótelesteles
Conductismo
Conductismo
1900 2000 Ev ol uc ió n tem po ra l Siglo IV aC 1960 Aprendizaje Aprendizaje: Cambio de la conducta observable. Resoluci Resolucióón de n de Problemas Problemas: Aplicación de hábitos en el método de ensayo y error.Aprendizaje y Conductismo
Asociacionismo AsociacionismoConductismo y Resolución de
Problemas
•Clase teórica separada de la práctica.
•Los problemas son “aplicación” de la
teoría.
•Foco principal en la teoría.
•La Resolución de Problemas es una
técnica.
•La Resolución de Problemas se aprende
2000 Ev ol uc ió n te m po ra l Siglo IV aC
Aprendizaje y Gestalt
Estructuralismo Estructuralismo 1940 1970Gestalt
Gestalt
1900 ResoluciResolucióón de Problemasn de Problemas: Reorganizar los
elementos de la situación problemática de una
forma tal que se resuelva el problema. Comprensión estructural. Aprendizaje Aprendizaje: Producto de la reestructuración o comprensión de la
estructura global de las situaciones.
Gestalt y Resolución de Problemas
•Descubrimiento de soluciones.
•Insight
•Planteamiento de problemas novedosos
2000 Ev ol uc ió n te m po ra l Siglo IV aC
Aprendizaje y Constructivismo
Constructivismo Constructivismo 1960Piaget
Piaget
Vigotski
Vigotski
Ausubel
Ausubel
1930 ResoluciResolucióón de Problemasn de Problemas: Reorganización de la información para lograr
un objetivo. Aprendizaje
Aprendizaje: Progreso de las estructuras
•Integración entre clases teóricas y
prácticas.
•Los problemas son un medio por el cual se
puede desarrollar una comprensión profunda
de la disciplina.
•La Resolución de Problemas es un proceso.
•La Resolución de Problemas es una
actividad que puede y debe ser favorecida
y enseñada
.
Construtivismo y Resolución de
Problemas
1950 2000 Ev ol uc ió n te m po ra l Siglo IV aC 1960 Asociacionismo
Asociacionismo AprendizajeAprendizaje: Descubrir
nuevas relaciones entre conceptos, además de recibir conocimiento a partir de sucesos del
entorno. Resoluci
Resolucióón de Problemasn de Problemas: Una secuencia de procesos u operaciones mentales realizadas sobre la información en la memoria de un sujeto. 1980
Procesamiento
Procesamiento
de la
de la
Informaci
Informaci
ó
ó
n
n
(cl (cláásico)sico)Aprendizaje y Procesamiento de la
Información
Procesamiento de la Información y
Resolución de Problemas
•¿Es posible realizar inferencias sobre
enseñanza?
Explícitamente nunca intentaron construir una
teoría que explique el aprendizaje. Estudiaron
los procesos de memoria, las formas de
representación sin interesarse en cómo se
construían.
•A partir de los 80 comenzaron los primeros
intentos de elaborar teorías del aprendizaje
• Procesamiento de la Información actual.
• Comienza a involucrarse la Física y la comunidad de físicos en las investigaciones de Resolución de Problemas.
• Referencia obligada en la RP: “Skill in chess” – H. Simon, W. Chase (American Scientist – 1973).
• La primera llevada a cabo por físicos que abarca temas físicos: “Expert and novice performance in solving physics problems” – Larking, McDermott, Simon & Simon (Science – 1980)
• Por su actualidad: “Relation between students´s problem-solving performance and representational format” – D.
Meltzer (Am. J. Phys – 2005) y “Exploring the development of conceptual understanding through structured problem-solving in physics” – E. Gaigher (Int. J. Sci Ed – 2007)
Skill in chess – H. Simon, W. Chase
American Scientist - 1973
Procesos perceptivos y memoria en humanos. Tareas
de ajedrez y simulación por computadoras.
Ya se estudiaban
aspectos cognitivos a
partir del “eye
• Propone en 1978 la existencia de tres componentes
principales a estudiar:
• El que resuelve el problema o sistema de
procesamiento de la información.
• El problema denominado entorno de tarea.
• La representación del problema denominado
espacio del problema.
Relevancia de Simon en el Area
El espacio del problema es definido como la
representación interna de quien resuelve el
Expert and novice performance in solving
physics problems – Larking, McDermott,
Simon & Simon
Science – 1980
Objetivos principales:
•Considerar la forma en que la información es representada en la memoria a largo plazo.
•Comparar y contrastar el conocimiento y las habilidades de expertos y novatos en física elemental .
•Discutir el proceso de adquisición de las habilidades características de los expertos.
• Involucra un conjunto de expertos y novatos
• Utilización sistemática de protocolos verbales
de pensamiento en voz alta, comparados con
programas simuladores.
• Analizan resoluciones en el área de cinemática y
dinámica elemental.
• Hay que tener muy presente que debe realizarse
una cantidad considerable de inducción para
extraer y verificar las explicaciones sobre el
proceso cognitivo seguido por los resolvedores
partiendo de los datos analizados.
• Los expertos saben más cosas que los novatos y además este conocimiento esta mejor organizado.
• La memoria humana consiste en una compleja organización de nodos conectados por ligaduras.
• Acentúan la importancia del conocimiento no solo sintáctico sino también semántico en la resolución de problemas en física.
• Los novatos necesitan de objetivos y subobjetivos que guíen su trabajo.
• Los expertos manejan distintas representaciones del problemas para su resolución.
Destinada a indagar sobre el rol de las distintas representaciones (verbal, diagramática,
simbólico-matemática y gráfica) en la RP. • Antecedentes:
– La comprensión de un concepto particular requiere reconocer y manipular dicho concepto en variadas representaciones.
– La aparición de dificultades de aprendizaje producidas por el uso instruccional de algunas de las diversas representaciones (graficas en cinemática, ambigüedades de tipo lingüísticas).
Relation between
students´problem-solving performance and representational
format –D. Meltzer Am. J. Phys - 2005
•
400 alumnos cursantes del segundo semestre
de Física General durante el período 1998-2002
•Diseño:
– Primera parte: Pre test y post test para la
comparación entre las representaciones verbal y diagramática
– Segunda parte: Dos test, como parte de la
acreditación, presentando la misma situación en las distintas representaciones.
• Primera parte:
– El porcentaje de respuestas correctas en la
representación verbal es considerablemente mayor que en la representación diagramática. (16% vs 8%) – Los patrones de respuestas incorrectas son
diferentes en uno y otro caso.
• Segunda parte:
– En general los porcentajes de errores son muy similares en las cuatro representaciones.
– Las mujeres tienen mayores porcentajes de error en las representaciones gráficas, especialmente en el caso de circuitos.
Exploring the devolopment of conceptual
undestanding though structured
problem-solving in physics – E. Gaigher et al –
International Journal of Science Education
Destinada a indagar sobre el efecto de una estrategia estructurada para la resolución de problemas en el desarrollo de habilidades y el desarrollo conceptual.
• Antecedentes:
– Los estudiantes aprenden a resolver problemas estandar sin aplicación de conocimiento conceptual e interpretación.
– Resultados típicos de la línea expertos y novatos.
– Ventajas de determinados “tipos” de instrucción (explicitación de estrategias de resolución, grupos cooperativos, tareas de modelado, generación de varias soluciones para un mismo problema, etc)
Trabajan con 189 estudiantes de escuela media durante 10 meses.
Grupo experimental y de control Pre test y Multiples Post tests
El grupo experimental trabaja con la estrategia de resolución de problemas estructurada:
1. Realizar un dibujo simple que represente el sistema. 2. Indicar los datos en el diagrama.
3. Identificar la variable desconocida.
4. Analizar el problema en término de principios físicos. 5. Escribir las ecuaciones relevantes.
6. Sustituir y resolver.
Construyen “mapas de soluciones” e “índices conceptuales” para el análisis de soluciones.
Utilizan el Modelo Semántico Extendido (Greeno, 1989) para el análisis de las resoluciones escritas.
Dominio
Simbólico AbstractoDominio
Dominio
Modelado ConcretoDominio
Φsm Φsa Φac Φmc Φam Φsc La construcción de una resolución correcta representa una transición correcta entre el dominio concreto y el dominio abstracto.
El análisis de los mapas de soluciones demuestran
mejor comprensión conceptual en el grupo
experimental.
La estrategia utilizada favorece un abordaje
conceptual de los problemas (en lugar de un
abordaje por fórmulas)
Concluyen que el estudio muestra que la
estrategia ayuda a los estudiantes con mayores
inconvenientes a abandonar el conocimiento
simbólico e interpretar situaciones concretas
en término de conceptos y leyes físicas.
• Antes:
– El grado de transferencia depende de la similaridad entre el contexto de aprendizaje y el contexto de transferencia.
– Similitud en las tareas sin atender a las características particulares de los sujetos – Principal énfasis en la práctica
• Actualmente:
– Énfasis en determinadas tareas.
– Atención a las características del que aprende, al contexto y a las condiciones en que se produjo el aprendizaje.
• Las primeras investigaciones sobre
transferencia se dedicaban a buscar e
identificar transferencia de algún concepto
particular, autolimitando la búsqueda.
• Los estudios de transferencia deben adoptar
una perspectiva centrada en el alumno, para
analizar lo que los estudiantes efectivamente
transfieren y cuál es el proceso y los factores
que influencian.
Implicaciones para la investigación y la
enseñanza
APRENDIZAJE
APRENDIZAJE
APRENDIZAJE
TRANSFERENCIA
TRANSFERENCIA
TRANSFERENCIA
TRANSFERENCIATRANSFERENCIA
TRANSFERENCIA
APRENDIZAJEAPRENDIZAJE
APRENDIZAJE
RESOLUCIÓN DE PROBLEMASDE PROBLEMASRESOLUCIRESOLUCIÓÓNN
DE PROBLEMAS
La Resolución de Problemas
refleja Transferencia y a su vez la transferencia favorece el Aprendizaje y la resolución
comprensiva de problemas porque contribuye al desarrollo
de la estructura cognitiva.
Aprendizaje, Resolución de Problemas y
Transferencia
“An investigation into students undestanding ofenergy in the context of mechanics” – 2008- Dep. of Physics – University of Washington
“Investigations of Student Understanding of Entropy and of Mixed Second-Order Partial Derivatives in Upper-Level Thermodynamics” – 2007 – Dep. Of Physics – University of Maine
• “The role of language in learninf Physics” – 2006-Dep. of Physics and Astronomy – Rutgers University • “Student learning, retention and transfer – From
trigonometry to physics” –2004– Dep. of Physics – Kansas University
• “The effect of question order on student responses to multiple choise physics questions” –2003- Dep. of Physics – Kansas University