Estrategias de Enseñanza-Aprendizaje en la Física basadas en
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1. Universidad Andr s Bello 2 Tecnol gico de Monterrey Estrategias de Ense anza Aprendizaje en la Fisica basadas en Investigaci n Genaro Zavala Tecnol gico de Monterrey Monterrey M xico Universidad Andr s Bello Santiago Chile Educaci n de la F sica HAY UN PROBLEMA Bajo Desempe o e Los ex menes de PISA han demostrado un pobre desempe o en la mayor parte del mundo e Estudios universitarios muestran malos resultados e Los profesores individualmente ven el problema Dificultades conceptuales de estudiantes Un elevador es jalado hacia arriba a velocidad constante por un cable como se muestra Despreciando cualquier fuerza de fricci n es la fuerza que ejerce el cable mayor menor o 1gual al peso del elevador Dificultades conceptuales de estudiantes Un elevador es jalado hacia arriba a velocidad constante por un cable como se muestra Despreciando cualquier fuerza de fricci n es la fuerza que ejerce el cable mayor menor o 1gual al peso del elevador Dificultades conceptuales de estudiantes En los circuitos mostrados las bater as son id nticas y las ampolletas son id nticas Es la corriente que pasa por en el circuito con dos ampolletas mayor menor o 1gual a la corriente que pasa por A en el circuito de una ampolleta Dificultades conceptuales de estudiantes En los circuitos mostrados las bater as son id nticas y las ampolletas son id2. a slan C1 d a Cuanta carga se E cu nta carga en O E F F F F F F IH b Calcula la difere C d lh cantidades dadas l ed A c Calcula la energi Manteniendo el sistema s placas del capacitor y de arriba como se muesti C 2 d D d Aumenta dism Explica e e Aumenta dism A d i A cada capacitor f Aumenta disminuye o se mantiene 1gual la energ a de cada capacitor 4 Explica 1 Dos capacitores de placas paralelas de rea A y distancia entre las placas de d se colocan en serie como se muestra en la figura Se coloca una carga 0 en la placa superior del capacitor de arriba y m una carga O en la placa inferior del capacitor de abajo y posteriormente se EEE E a slan C1 d a Cu nta carga se deposita en la placa inferior del capacitor de arriba y cu nta carga en la placa superior del capacitor de abajo Explica C a b Calcula la diferencia de potencial de cada capacitor en funci n de las Q cantidades dadas O dy A c Calcula la energ a de cada capacitor en funci n de las cantidades dadas O d y A Manteniendo el sistema aislado y con la carga de la parte anterior se incrementa la distancia entre las placas del capacitor de arriba como se muestra en la figura a s o C D d Aumenta disminuye o se mantiene igual la carga en cada capacitor Explica f sa f C t e Aumenta disminuye o se mantiene igual la d
3. funcionar para ayudar a los estudiantes a vencer dificultades comunes Tutoriales en Fisica Introductoria Physics Education Group UW Promoviendo el compromiso intelectual de los estudiantes El nfasis es en e Desarrollar entendimiento conceptual e Orientar dificultades espec ficas de los estudiantes e Fortalecer las habilidades de razonamiento de los estudiantes e Relacionar formalismo con situaciones reales El nfasis no es en e Resolver problemas de texto est ndar cuantitavivos Tutoriales Pre test e T picamente despu s de la exposici n del tema pero antes del Tutorial e Corto 10 min escrito o en l nea Taller Tutorial e Los estudiantes trabajan en equipos de 3 e Los instructores gu an a los estudiantes con preguntas Tarea de Tutorial e Recibida y calificada en parte contribuye a la calificaci n de los estudiantes Preguntas de reconocimiento Junta semanal de capacitaci n a instructores Tutoriales d Usando el metodo del paralelogramo suma los pares de vectores Par 1 Par 2 e Es el angulo entre el vector suma y uno de los vectores que se suman exactamente la mitad del angulo entre los vectores que se suman los pares de vectores del meiso anterior Menciona como tendrian que ser los vectores para que el angulo entre el vector suma y uno de los vectores sumandos sea exactamente la mitad del angulo entre los vectores sumando z Observa el siguiente dialogo entre estudian
4. acitores de placas paralelas de rea A y distancia entre las placas de d se colocan en serie como se muestra en la figura Se coloca una carga 0 en la placa superior del capacitor de arriba y m una carga O en la placa inferior del capacitor de abajo y posteriormente se EEE E a slan C1 d a Cu nta carga se deposita en la placa inferior del capacitor de arriba y cu nta carga en la placa superior del capacitor de abajo Explica C a b Calcula la diferencia de potencial de cada capacitor en funci n de las Q cantidades dadas O dy A c Calcula la energ a de cada capacitor en funci n de las cantidades dadas O d y A Manteniendo el sistema aislado y con la carga de la parte anterior se incrementa la distancia entre las placas del capacitor de arriba como se muestra en la figura a s o C D d Aumenta disminuye o se mantiene igual la carga en cada capacitor Explica f sa f C t e Aumenta disminuye o se mantiene igual la diferencia de potencial de a d Os E CT cada capacitor Explica i f Aumenta disminuye o se mantiene igual la energ a de cada capacitor 4 Explica 1 Dos capacitores de placas paralelas de rea A y distancia entre las placas de d se colocan en serie como se muestra en la figura Se coloca una carga 0 en la placa superior del capacitor de arriba y de O una carga O en la placa inferior del capacitor de abajo y posteriormente se COE E E amp E EE FEE
5. ate University Problema Variables Inc gnita vV S p t g a m iSoluci n Ecuaciones Actividades para hacer sentido Promueven hacer sentido Desalientan el uso de f rmulas Buscan promover un entendimiento conceptual en los estudiantes Empoderan a los estudiantes en la toma de decisiones Generan oportunidad de hacer conexiones de las matem ticas con conceptos f sicos Ejemplos de actividades para hacer sentido El circuito contiene una bater a dos interruptores cinco resistencias id nticas y un amperimetro Cuatro posibles configuraciones de los interruptores se muestran en la tabla v Configuraci n Interruptor Interruptor 52 S S A Abierto Abierto S B Abierto Cerrado C Cerrado Abierto D Cerrado Cerrado Ordena de mayor a menor la lectura del amperimetro de las cuatro configuraciones Explica tu razonamiento Cuatro bloques est n suspendidos de cuerdas en el agua Los bloques A y C est n a la misma profundidad Los bloques B y D est n a la misma profundidad pero diferente de A y C M 60 g V 20 cm M 80g V 20 cm Ordena de mayor a menor las tensiones de las cuerdas Explica tu razonamiento Ejercicio de superposici n y distribuci n comparaci n En los casos presentados en la Figura 1 tome en cuenta que las cargas puntuales tQ caso B y la carga puntual 2Q caso C est n fijas De igual forma las dos varillas cargadas caso A y B se encuentran inm vi
6. de la Instrucci n por Pares e Depende enormemente de las preguntas conceptuales e Puede existir dificultades para registrar las respuestas e La resistencia de algunos alumnos Pr ctica de Instrucci n por pares Tienes una pelota en tu mano a cierta altura y la dejas caer cu l es la velocidad inicial de la pelota A Velocidad hacia arriba B Velocidad cero C Velocidad hacia abajo mo O BD gt Un objeto de mueve desde el punto A al punto B C mo es el desplazamiento del objeto con respecto a la distancia que recorre Mayor o igual Siempre mayor Siempre igual Menor o igual Siempre menor Una persona est inicialmente en P y se queda ah por un momento Posteriormente se mueve a Q y se queda ah por un tiempo Despu s se mueve r pidamente a R y se queda ah por otro intervalo Por ltimo se regresa a P lentamente Cu l de las siguientes gr ficas mejor representa el movimiento E position o 1 gt 3 A arbitrary units position position position A E gt tune tine fume A B position position position A te HL D E F A is A soma En un marat n la corredora va a una velocidad constante de 15 km h Cuando la corredora est a 7 5 km de la meta un p jaro empieza a volar a 30 km h hacia la meta Cuando llega a la meta gira y vuela con la misma velocidad hacia la corredora Cuando llega con la corredora da la media vuelta y vuela hacia la meta y as sucesivamente has
7. dor ya est tan lleno de cosas y sabes que no habr espacio para el jugo As que con un repentino destello de iluminaci n decides comenzar con 4 galones de agua del grifo m s fria que puedes conseguir a 10 C y luego enfriarla con un trozo de 1 litro de hielo que ya tienes en tu congelador El manual del propietario para tu refrigerador establece que cuando el ajuste del congelador est en lo alto la temperatura es de 20 C Funcionara tu plan Menciona claramente las suposiciones que hagas Debido a que los padres se preocupan de que los ni os est n aprendiendo la ciencia equivocada de la televisi n se te ha pedido que seas un asesor t cnico de una serie de dibujos animados de ciencia ficci n en la ma ana del s bado En la trama un criminal vicioso Ruperto se escapa de una prisi n de la estaci n espacial La prisi n se encuentra entre las galaxias lejos de cualquier estrella Ruperto roba una peque a nave espacial y despega para reunirse con sus secuaces en alg n lugar en el espacio La nave robada acelera en l nea recta en su m xima aceleraci n posible de 30 m s2 Despu s de 10 minutos todo el combustible se quema y ya no puede acelerar Mientras tanto el h roe Capit n P rez se entera de la fuga mientras come con la hermosa hija del alcalde de la estaci n Virginia Por supuesto que de inmediato tan pronto como termina el postre se va corriendo a recapturar a Ruperto Se da a la persecuci n en una nave
8. id ntica que tiene una aceleraci n m xima id ntica yendo en una direcci n id ntica Desafortunadamente Ruperto tiene una ventaja de 30 minutos Sin embargo para suerte del Capit n P rez la nave de Ruperto no empez con una carga completa de combustible Con la carga completa de combustible el Capit n P rez puede mantener una aceleraci n m xima durante 15 minutos Seg n la trama el Capit n P rez atrapa a Ruperto Tu trabajo es analizar la trama y decir si efectivamente lo atrapa o no Si es as a qu distancia de la estaci n lo hace y a qu tiempo desde que el Capit n sale Si no es posible atraparlo tienes que proponer una trama en que s lo atrapa ESTRATEGIAS DE ENSE ANZA Tutoriales McDermott L C y Shaffer P S 2001 Tutoriales para F sica Introductoria Buenos Aires Prentice Hall Desarrollo de Tutoriales e Los estudiantes tienen dificultades espec ficas prevalentes y persistentes con los conceptos b sicos en f sica que no son dirigidos con instrucci n tradicional e Los estudiantes necesitan una oportunidad de trabajar activamente en la construcci n de un entendimiento conceptual del tema que se integra al formato de aprendizaje est ndar e Los materiales de instrucci n que pretenden ayudar a los estudiantes a construir el conocimiento necesitan tomar en cuenta las dificultades comunes que se han Identificado con investigaci n Una estrategia de evocar enfrentar resolver parece
9. iferencia de potencial de a d Os E CT cada capacitor Explica i f Aumenta disminuye o se mantiene igual la energ a de cada capacitor 4 Explica 1 Dos capacitores de placas paralelas de rea A y distancia entre las placas de d se colocan en serie como se muestra en la figura Se coloca una carga 0 en la placa superior del capacitor de arriba y l e 0 una carga O en la placa inferior del capacitor de abajo y posteriormente se EEE a slan C1 d gt me 2 cu nta carga en la plac a b Calcula la diferencia de C 1 7 cantidades dadas O d A c Calcula la energ a de ci Manteniendo el sistema aislado 2 d as placas del capacitor de arriba como se muestra en la A gt A d Aumenta disminuye Explica e Aumenta disminuye cada capacitor Explic f Aumenta disminuye o se mantiene 1gual la energ a de cada capacitor Explica IMUCHAS GRACIAS senaro zavala itesm mx
10. les En el caso A Una varilla de material alslante posee una carga de 20 distribuida uniformemente La varilla tiene una longitud x En el caso D Una varilla de material aislante posee una carga de 20 distribuida uniformemente La varilla es un arco de radio y Instrucciones Ordena de mayor a menor la magnitud del campo el ctrico encontrada en cada punto X del espacio Justifica tu razonamiento Figura 1 ESTRATEGIAS DE ENSE ANZA Problemas ricos en contexto Physics Education Research and Development Group University of Minnesota Problemas ricos en contexto A trav s de varios a os de evaluaci n de grupos de aprendizaje colaborativo se ha visto que para que los grupos funcionen correctamente los problemas necesitan varias caracter sticas e Ser lo suficientemente dificil para que un solo estudiante no pueda resolverlo pero no tan dif cil que un grupo no pueda resolverlo e Deben estructurarse para que los grupos puedan tomar decisiones sobre c mo proceder con la soluci n e Deben ser relevantes para la vida de los estudiantes e No pueden depender de que los estudiantes conozcan un truco e No pueden ser matem ticamente tediosos Problema rico en contexto o Bek rj Est s planeando una fiesta de cumplea os para tu polola o y necesitas hacer al menos 4 galones de Zuko de frambuesa que te gustar a que se enfriara a 0 C antes de que comience la fiesta Por desgracia tu refrigera
11. nticas Es la corriente que pasa por en el circuito con dos ampolletas mayor menor o 1gual a la corriente que pasa por en el circuito de una ampolleta IEXISTE UN PROBLEMA Un poco de historia Estudio sobre el entendimiento conceptual de Lillian McDermott y Laurence Viennot Otros grupos empezaron a trabajar en PER como Dean Zollman en Kansas State University Bob Fuller en University of Nebraska David Hestenes en Arizona State University Fred Reif en University of California Berkeley Grupos importantes en la actualidad University of Washington University of Maryland University of Maine Ohio State University Kansas State University A qu se dedica la investigaci n en educaci n de la F sica Una de sus principales actividades es la de disminuir la brecha entre lo que se ense a y lo que se aprende reas de estudio Estudios de entendimiento conceptual Desarrollo de estrategias basadas en investigaci n Desarrollo de herramientas de evaluaci n Estudios de actitudes razonamiento y creencias Ambientes de aprendizaje reas de estudio Estudios de entendimiento conceptual Desarrollo de estrategias basadas en investigaci n Desarrollo de herramientas de evaluaci n Estudios de actitudes razonamiento y creencias Ambientes de aprendizaje ESTRATEGIAS Gain vs Pretest HS COLL UNIV Interactive Engagement O O Traditional E 3 gt a SS y ae po gt 47 60 So lt Pretest g
12. rucci n Por Pares El instructor presenta preguntas construidas cuidadosamente para involucrar las dificultades conceptuales 1 minuto Se da un periodo peque o de tiempo para que cada estudiante considere el problema y pueda dar una respuesta 1 minuto Se registran las respuestas individuales 1 minuto Si es necesario cada estudiante discute sus respuestas con el compa ero de a lado o con un grupo de compa eros y trata de convencerlos de que su respuesta es correcta 1 2 minuto Se registran las respuestas individuales luego de la discusi n Se se ala la respuesta correcta y se hace una retroalimentaci n para clarificar dudas Flujo de una Pregunta Dos premisas El estudiante que responda la respuesta correcta tendr mejores argumentos para convencer al estudiante que responda una respuesta incorrecta El estudiante que entiende el concepto acaba de pasar por el proceso de aprendizaje por lo que sabr cu les son las problem ticas del compa ero Para el profesor los conceptos son f ciles de entender y muchas ocasiones no sabe por qu proceso est n pasando sus alumnos Ventajas de la Instrucci n por Pares El estudiante lleva a cabo un proceso de construcci n de los conceptos partiendo de su intuici n y su experiencia El estudiante tiene un rol activo El instructor puede saber el estado en que se encuentra el grupo El m todo contribuye a la homogeneizaci n del conocimiento Desventajas
13. t Hake R Am J Phys 66 64 1998 Estrategias de aprendizaje activo Bi Workshop Physics P SFA Physics E Education amp AC Grow Lo pr Struct a Desarrollo de estrategias de aprendizaje activo Tutoriales en F sica University of Washington Fisica a Partir del Cuestionamiento University of Washington Talleres de F sica Dickinson College El Estudio de F sica Rensselaer Institute of Technology Sistema Activo de Aprendizaje de la F sica Ohio State University Desarrollo de estrategias de aprendizaje activo Instrucci n Peer Harvard University Demostraciones Interactivas University of Oregon Soluci n de Problemas en Forma Colaborativa University of Minnesota Tutoriales Matem ticos University of Maryland Modelos en F sica Universidad de Arizona Estrategias en esta presentaci n Instrucci n por pares Actividades para hacer sentido Problemas ricos en contexto Actividades tutoriales Resoluci n de problemas ESTRATEGIAS DE ENSE ANZA Instrucci n por pares Eric Mazur 1997 Peer Instruction A User s Manual Upper Saddle River NJ Prentice Hall Instrucci n por Pares Se necesitan preguntas conceptuales de opci n m ltiple Los alumnos trabajan en forma colaborativa en pares Hay una discusi n entre pares donde un alumno a tiene que convencer a su companero a de su respuesta Puede usarse tecnologia tarjetas o hasta las manos para votar Inst
14. ta que la corredora llega a la meta Cu ntos kil metros vuela el p jaro SL 30 kwh A 10 km E finish A dd ih 15 kmh C 20km PNG D 30km nd IA L e Las tres ampolletas en la figura son id nticas y las bater as son id nticas Circuito 1 Circuito 2 Ordena el brillo de las ampolletas A B Bg Bo B Bc gt Bg gt Ba C B Bg gt Bo D Bc gt Ba Bg 12 V 12 V Las tres ampolletas en la figura son id nticos y las bater as son id nticas Circuito 1 Circuito 2 En la bater a de qu circuito la corriente es mayor A Circuito 1 B Circuito 2 C La corriente es la misma 12 V ESTRATEGIAS DE ENSE ANZA Actividades para hacer sentido Hieggelke C J Maloney D P Kanim S E O Kuma T L 2014 Sensemaking tasks for introductory physics Glenview IL Pearson Lee el siguiente p rrafo y contesta las preguntas Es muy importante que aprendas sobre traxolina Traxolina es una nueva forma de zionter Es monotelada en Ceristanna Los ceristannianos gristerlan cantidades abundantes de feviones y entonces los bracterian en traxolina cuasilada Traxolina bien puede ser uno de nuestros m s nealuzes luquizados en el futuro por nuestra leselida de zionter e Qu es traxolina e D nde se monotela la traxolina e C mo se obtiene la traxolina cuasilada e Por qu es la traxolina importante Escrita originalmente en ingl s por Judith Lanier Michigan St
15. tes Estudiante 1 en el metodo del triangulo solo tengo que obtener un triangulo para encontrar el vector suma 5 D E de acuerdo a la siguier te fgura Estudiante 2 no estoy de acuerdo En el metodo del triangulo los vectores no pueden iniciar en el mismo punto el segundo se tiene que trasladar al final del primero de acuerdo a la siguiente figura D Est s de acuerdo con alguno de los estudiantes Explica ESTRATEGIAS DE ENSE ANZA Resoluci n de Problemas Dise o de un problema Para que un problema del final de capitulo de un libro de texto pueda funcionar debemos modificarlo para guiar al estudiante a trav s del razonamiento y la reflexi n para que llegue a la respuesta por medio de trabajo colaborativo andamiaje cognitivo en la instrucci n Hay dos cosas importantes que debe tener un problema de este tipo e Dise ar pasos en donde se le gu e al estudiante en cada etapa del problema e Crear momentos de reflexion i e preguntar por el razonamiento Resoluci n de problemas Se necesitan las actividades de resoluci n de problemas que puede ser un problema rico en contexto o un problema de final de capitulo pero modificado Trabajo colaborativo los alumnos discuten la soluci n de problemas en grupo En las primeras puede necesitarse equipo y en las segundas no Estrategia muy efectiva y puede ser dise ada para que el alumno se motive Resoluci n de problemas 1 Dos cap
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