Integración de la metodología y la didáctica de la enseñanza y el aprendizaje de
la física, usando simulaciones computacionales, durante la práctica profesional
de estudiantes de pedagogía en física
Integration of the methodology and teaching of the teaching and learning of
physics, using computational simulations, during the professional practice of
pedagogy students in physics
Recebimento dos originais: 05/01/2019 Aceitação para publicação: 08/02/2019
Oscar Caneo Salinas
Departamento de Matemática y Estadística Facultad de Ciencias Naturales y Exactas Universidad de Playa Ancha, Valparaíso, Chile
E-mail: ocaneo@upla.cl RESUMEN
En este informe de investigación, presentamos los resultados de una experiencia de integración entre lo disciplinar, lo metodológico-didáctico y lo tecnológico, llevada a cabo durante la práctica profesional, con estudiantes de la Carrera de Pedagogía en Física de la Facultad de Ciencias Naturales y Exactas de la Universidad de Playa, en Valparaíso Chile. Para el desarrollo de la experiencia se han implementado simulaciones computacionales, con un software libre que usa modelos físico-matemáticos. Las simulaciones se han complementado con actividades de aprendizaje, con el objeto de orientar a los alumnos practicantes respecto al uso y aplicación de las mismas. Se han evaluado los efectos la experiencia en tres ámbitos: efectos sobre los estudiantes practicantes; en los supervisores de las prácticas; y en los alumnos de enseñanza media que han sido atendido por los estudiantes durante su práctica profesional. Los resultados muestran aspectos interesantes en estos tres ámbitos.
Palabras Clave:Integración disciplinar, metodológico-didáctica y tecnológica en la Práctica Profesional de Estudiantes de Pedagogía en Física.
ABSTRACT
In this research report, we present the results of an integration experience between the disciplinary, the methodological-didactic and the technological, carried out during the professional practice, with students of the Physics Pedagogy Career of the Faculty of Natural Sciences and Exact ones from the University of Playa, in Valparaíso Chile. For the development of the experience, computational simulations have been implemented, with free software that uses physico-mathematical models. The simulations have been complemented with learning activities, in order to guide the practicing students regarding the use and application of them. The effects of the experience in three areas have been evaluated: effects on the practicing students; in the supervisors of the practices; and in high school students who have been attended by students during their professional practice. The results show interesting aspects in these three areas.
Keywords: Disciplinary, methodological-didactic and technological integration in the Professional Practice of Students of Pedagogy in Physics.
1 INTRODUCCIÓN
1.1 LA INNOVACIÓN CURRICULAR (IC)
En el año 2013, la Universidad de Playa Ancha de Valparaíso, Chile,puso en marcha un Plan de IC (IC2013 (2013)), para todos los planes de formación profesional en Pedagogía que la Universidad imparte.
La IC surge como estrategia de actualización funcional y sistémica del curriculum de formación profesional de los futuros profesores, reorientando y vitalizando la función docente, desde un paradigma del aprendizaje y la mediación como eje central de la interrelación docente-estudiante. En ella se recogen los lineamientos de las políticas públicas para el desarrollo y actualización a un contexto complejo, la tradición formadora que tiene la Universidad de Playa Ancha como una universidad pedagógica, todo ello en la perspectiva de optimizar y cuantificar los procesos formativos y los desafíos de formación de profesores para los distintos niveles educativos (Educación Básica y Educación Media) y las distintas disciplinas del curriculum de los niveles educativos.
Se trata entonces de un esfuerzo de todos los actores que toman parte del proceso formativo, con miras a favorecer la excelencia, calidad y equidad formativa de los estudiantes de las carreras pedagógicas.
Como es lógico suponer, la IC afecta también a la concepción y desarrollo de la práctica profesional de los estudiantes, lo que, en el ámbito específico del presente trabajo de investigación, se relaciona con la práctica profesional del plan de formación profesional de la Carrera de Pedagogía en Física.
La práctica profesional, constituye una actividad formativa final, de un conjunto de actividades denominadas Talleres de Prácticas Intermedias Integradas (TIFP) que, incluyendo la propia práctica profesional, son un total de 9 TIFP, una en cada semestre del plan de formación profesional de los futuros profesores de Física.
Las nueve TIFP son concebidas como un eje central y articulador de todo el proceso formativo de los futuros profesores, ya que son entendidas como las instancias de formación profesional, que gradualmente apuntan al desarrollo de una práctica reflexiva, crítica e investigativa, que vaya desarrollando la capacidad para aplicar de manera integrada, los saberes disciplinarios y pedagógicos, en los diversos escenarios de experiencias de práctica, desarrollando además la autonomía y responsabilidad profesional.
Para estos efectos, los 9 TIFP se estructuran a partir de tres líneas transversales de desarrollo de habilidades:
2. Pedagógico-didácticas e 3. Investigación pedagógica.
La primera de estaslíneas se focaliza en el desarrollo de las competencias emocionales que son requeridas por un profesional de la educación, dentro de las que se consideran la conciencia y regulación de las emociones, la autoestima, las habilidades sociales para la vida y el bienestar.
Con la segunda línea se pretende que los futuros profesores, mediante una práctica reflexiva, crítica y propositiva, dispongan de un saber teórico y práctico, que les permita enfrentar y abordar las cuestiones fundamentales de los procesos de enseñanza y aprendizaje que les corresponderá diseñar y dirigir en su vida laboral.
Por último, con la tercera de estas líneas se intenciona estimular la curiosidad científica del estudiante de pedagogía, para que, haciendo uso de fundamentos y técnicas de investigación educativa, perfeccione la habilidad de identificar problemas y/o situaciones de enseñanza y aprendizaje, y a partir de ello, diseñar, implementar, aplicar y evaluar soluciones.
1.2 ESTÁNDARES ORIENTADORES PARA LAS CARRERAS DE PEDAGOGÍA EN EDUCACIÓN MEDIA (EOPCDPEM)
Otro de los elementos que hemos tenido en consideración en el diseño de esta investigación, es el documento “Estándares orientadores para las carreras de pedagogía en Educación Media” (Mineduc (s.f.)), elaborado por el Ministerio de Educación de Chile,y que fue presentado en el año 2010. Este documento contiene la definición de los estándares para egresados de carreras de Pedagogía que se desempeñaran en el ciclo de Enseñanza Media, en cualquiera de las disciplinas.
Para el Ministerio de Educación, el propósito de este documento es que las instituciones formadoras de docentes (que es el caso de la Universidad de Playa Ancha, y del plan de formación profesional de la carrera de Pedagogía en Física), dispongan de un referente para orientar el desarrollo de conocimientos y habilidades fundamentales que debieran tener sus egresados, para que en su desempeño laboral puedan desarrollar procesos de enseñanza y aprendizaje que sean efectivos, dentro del área de los contenidos disciplinares que se encuentre bajo su responsabilidad enseñar, por lo que en términos prácticos, este es un documento de estándares profesionales.
Para el Ministerio de Educación, los estándares tienen una doble función: señalan un “qué”, referido a un conjunto de aspectos o dimensiones que se debieran observar en el desempeño de un futuro profesor o profesora; y también, establecen un “cuánto” o medida, que permite evaluar qué tan lejos o cerca se encuentra un nuevo profesor o profesora de alcanzar un determinado desempeño.
En términos del qué orientador, los estándares buscan reflejar la profundidad y complejidad de la enseñanza, destacando aquellos aspectos que resultan indispensables y decisivos para la efectividad del quehacer docente.Desde una perspectiva más amplia, los estándares tienen la finalidad de comunicar a la sociedad, y en especial al campo de las profesiones, una visión de cuáles son las competencias que el profesional de la docencia debe poseer.
La dimensión del “cuánto” o medida, se establece mediante un conjunto de indicadores, según los cuales evaluar qué tan lejos o cerca se encuentra un nuevo profesor o profesora de alcanzar un determinado desempeño.
El conjunto de estándares se organiza en dos categorías los pedagógicos, y los disciplinares para la enseñanza. Los primeros corresponden a áreas de competencia necesarias para el adecuado desarrollo del proceso de enseñanza, independientemente de la disciplina que se enseñe y que por tanto considera conocimiento del currículo, diseño de procesos de aprendizaje y evaluación para el aprendizaje, incluyendo la dimensión moral de la profesión docente, que significa que los futuros profesores y profesoras han de estar comprometidos con su profesión, con su propio aprendizaje y con el aprendizaje y formación de sus estudiantes. Esta categoría refiere también a habilidades del docente para revisar su propia práctica y aprender en forma continua, entre otras habilidades. Del conjunto de estándares pedagógicos, los que se relacionan específicamente con esta investigación son:
Conoce a los estudiantes de Educación Media y sabe cómo aprenden.
Sabe cómo diseñar e implementar estrategias de enseñanza-aprendizaje adecuadas para los objetivos de aprendizaje y de acuerdo al contexto.
Está preparado para gestionar la clase y crear un ambiente apropiado para el aprendizaje según contextos.
Aprende en forma continua y reflexiona sobre su práctica y su inserción en el sistema educacional.
Los estándares de la segunda categoría definen las competencias específicas para enseñar cada una de las áreas disciplinares (en nuestro caso Física). Estos estándares se refieren a los conocimientos y habilidades que deben demostrar los futuros profesores y profesoras enla disciplina respectiva y cómo ésta se enseña, incluyendo el conocimiento del currículoespecífico, la comprensión sobre cómo los estudiantes aprenden la disciplina y la capacidadpara diseñar, planificar e implementar experiencias de aprendizaje, así como para evaluar yreflexionar acerca de sus logros. Los estándares disciplinares que se relacionan con esta investigación son:
Comprende las particularidades de la enseñanza-aprendizaje de la Física y sus requerimientos pedagógicos.
Comprende los conceptos, principios y leyes asociadas a los fenómenos relacionados con las áreas de la física que enseña.
Analiza y explica diversas situaciones físicas a partir de los conceptos, principios, leyes, y fenómenos asociados.
Utiliza las leyes y principios de la Física para explicar y predecir el comportamiento de fenómenos.
1.3 EL USO DE SOFTWARE DE SIMULACIÓN EN LA ENSEÑANZA DE LA FÍSICA
El tercer elemento que hemos tenido en cuenta en esta investigación es el potencial que han demostrado tener los softwarede simulaciones, como recurso para apoyar el proceso de enseñanza y aprendizaje de contenidos de física.
En variados informes de investigación se reporta los beneficios que tiene el uso de software de simulación sobre el aprendizaje en física, en prácticamente todos los niveles educativos.En esta perspectiva podemos referenciar las investigaciones de DeKleer y Brown (1983); Halloun (1996); Grega y Moreira (2002); Moreira y Greca (1997); Nercessian, N. (1992); Lagreca (1998); Vosniadou (1994). Todos ellos concuerdan en que uno de los aspectos esenciales para conseguir un buen aprendizaje en física (como así también en otras disciplinas), es que los estudiantes dispongan y/o construyan representaciones mentales apropiadas y completas de lo que se intenta aprender, ya que ello les facilita la construcción de relaciones entre el fenómeno observado, los principios y las leyes que lo rigen, y la modelación matemática que se hace y/o es aplicable a él.
Precisamente los software de simulación, en especial aquellos que trabajan sobre modelos físico-matemáticos, tratan con la representación de fenómeno y/o situaciones físicas, las que pueden ser usadas para realizar análisis e interpretaciones que ayudan a los estudiantes, a construir representaciones mentales que favorecen el aprendizaje de la disciplina, en especial cuando se trata con fenómenos, situaciones, leyes o principios que tienen una naturaleza abstracta.
En tres asignaturas (CFC 6412, CFC 7412, y CFC 8412), del plan de formación profesional de la Carrera de Pedagogía en Física de la Universidad de Playa Ancha, usamos y practicamos con el uso de varios software licenciados de simulación, como recursos para favorecer el aprendizaje en física, y también, trabajamos sobre el diseño de actividades de aprendizaje que integren el uso de estos software.
Hoy día existe disponibilidad de varios software gratuitos de simulación para la física, lo que nos ha motivado a usar estos recursos, en las instancias del desarrollo de clases que tienen los estudiantes de la carrera, al realizar su práctica profesional final.
La realización de estas clases con alumnos reales del sistema educativo, sumado a la disponibilidad de software libre para la simulación, es una buena ocasión para poner en práctica de manera integrada (bajo condiciones controladas), los conocimientos disciplinares, los metodológicos-didácticos, y los referidos a los recursos, en este caso tecnológicos, para favorecer y potenciar el aprendizaje de sus alumnos.
2 OBJETIVOS
Esta investigación ha sido financiada por la Dirección General de Investigación de la Universidad de Playa Ancha, en Valparaíso Chile bajo el código CNEI6-1617, y el propósito general de la misma es proveer experiencias en la práctica profesional de los estudiantes de la Carrera de Pedagogía en Física, que permitan la integración de elementos disciplinares, metodológico-didácticos y tecnológicos.
En estos términos, los objetivos de la investigación han sido:
Favorecer la integración de conocimientos disciplinares, metodológicos-didácticos, y uso de recursos tecnológicos, en las clases que realizan los estudiantes de la Carrera de Pedagogía en Física, en su Práctica Profesional.
Proveer de experiencias metodológico-didácticas y de uso de recursos tecnológicos a los estudiantes en práctica profesional, con el propósito de que ellos las utilicen en su práctica docente actual y futura.
Y como objetivo agregado, pero no por ello menos importante para la investigación,
Mejorar el aprendizaje de los alumnos a quienes enseñan contenidos de física, cuando realizan su práctica profesional.
3 DESARROLLO DE LA EXPERIENCIA
La investigación se inició el primer semestre de 2016 (abril de 2016),y ha considerado el desarrollo de las siguientes actividades:
Identificación de las áreas de contenidos de física cuyos aprendizajes son susceptibles de apoyar con el uso de software de simulaciones.
Definición de las áreas de contenidos que son prioritarias de abordar, desde la perspectiva de las dificultades que tienen los alumnos de enseñanza media con los contenidos de la asignatura de física.
Análisis de las potencialidades de 4 software libres de simulación.
Selección del software libre de simulación Modellus en su versión 4.01
Diseño e implementación un total de 27 simulaciones usando el software seleccionado, de las cuales 3 están referidas al contenido de suma y resta de vectores, 14 están referidas al contenido de cinemática, 7 están referidas al contenido de dinámica, y 1 referida al contenido de la energía mecánicay 2 referidas al principio de conservación de la energía mecánica. El diseño de las simulaciones se ha focalizado en favorecer los aspectos conceptuales del aprendizaje de los alumnos, en las áreas de contenidos específicos de Física
Elaboración de propuestas didácticas para el uso de cada simulación en actividad de enseñanza y aprendizaje con los alumnos en el desarrollo de las clases de Física.
Capacitación de los estudiantes que realizan su Práctica Profesional en el uso del software Modellus 4.01, de las simulaciones y las propuestas didácticas.
Utilización durante la Práctica Profesional del segundo semestre académico del año 2016, de las tres simulaciones de suma y resta de vectores y las 14 simulaciones de cinemática. En la utilización han participado un total de 6 estudiantes en Práctica Profesional, cada uno de ellos con una asignatura de Física de Enseñanza Media asignada.
Durante los dos semestres del año 2017, se consiguió utilizar la totalidad de las simulaciones, con una participación de 8 estudiantes en el primer semestre y 7 estudiantes durante el segundo semestre, que realizaron su Práctica Profesional
Recolección de información de tipo cualitativa, respecto de niveles de satisfacción de los estudiantes en Práctica Profesional, sus supervisores de práctica, y de los alumnos de las asignaturas de física que han tomado parte de la experiencia de uso de las simulaciones diseñadas.
Los estudiantes en Practica Profesional, que han participado de la experiencia, han aportado con modificaciones y a las propuestas didácticas sobre el uso de simulaciones, y en varios casos, han contribuido también con otras propuestas didácticas, que han surgido de la propia experiencia en el uso de las simulaciones durante sus prácticas profesionales.
Aunque el proyecto de investigación, para los efectos de la Dirección General de Investigación, duró hasta fines del 2017, los efectos positivos de la experiencia, ha hecho que el uso de las simulaciones durante el año 2018haya sido incorporado como un aspecto relevante dentro del desarrollo de las actividades regulares de las Prácticas Profesionales de los futuros profesores de Física que se forman en esta universidad. Como resultado esto, se ha continuado con la recogida de información respeto del uso de las simulaciones, se continúan
mejorado y agregando propuestas didácticas, y en conjunto con algunos de los estudiantes en práctica, hemos elaborado otras simulaciones.
Así también, algunos profesores de Física que imparten clases en los establecimientos donde los estudiantes han realizado su Práctica Profesional, están incorporando las simulaciones como un recurso para favorecer el aprendizaje de sus alumnos.
4 EJEMPLOS DE ALGUNAS DE LAS SIMULACIONES ELABORADAS Simulación: Suma de tres vectores, por ejemplo, vectores fuerza
Descripción:La representación trata con la suma de tres vectores en el plano, que bien podría considerarse como la situación relativa a tres vectores fuerza (𝐴⃗, 𝐵⃗⃗ y 𝐶⃗) que actúan sobre una misma partícula o cuerpo.
La simulación permite la modificación de magnitud, dirección y sentido de los tres vectores (𝐴⃗, 𝐵⃗⃗ y 𝐶⃗)
Descripción:Simulación que muestra el movimiento de un cuerpo que en un primer momento realizar un MRU, luego en un segundo momento realiza un MRUA, y en el tercer y último momento, nuevamente realizar un MRU.
Simulación: Lanzamiento de proyectil.
Descripción:Simulación que muestra el movimiento en dos dimensiones del lanzamiento de un proyectil
Simulación: Energía Cinética y Potencial en el lanzamiento de un proyectil.
Descripción: Se muestra el lanzamiento de un proyectil y el comportamiento de las energías cinética, potencial y mecánica durante su movimiento.
Complementariamente se muestran las variaciones instantáneas de las componentes x e y de la velocidad del proyectil.
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EVIDENCIASMediante el uso de encuestas, entrevistas y focus-group, se ha recogido información respecto de la experiencia, tanto en el ámbito de los estudiantes en práctica profesional, como de sus supervisores y docentes guías de práctica, y de los alumnos del sistema educativo que han sido atendidos por los estudiantes en práctica. La información recogida muestra resultados interesantes en estos tres ámbitos.
A continuación, se presentan los resultados que consideramos más relevantes. Los estudiantes en Práctica Profesional:
El total de estudiantes en práctica profesional consideran que la realización de este tipo de experiencias es una excelente oportunidad para integrar los conocimientos disciplinares y metodológico-didácticos adquiridos durante la formación profesional.
alumnos de enseñanza media, y los motiva a explorar en el uso de los software de simulación como recurso de enseñanza y aprendizaje.
El total de estudiantes en práctica profesional reconocen que, en términos generales, las simulaciones contribuyen de manera importante al desarrollo de la clase, y tienen la percepción de que mejoran el aprendizaje de los alumnos que atienden.
Más de la mitad de los estudiantes en práctica, han señalado que el uso de las simulaciones referidas a las operaciones de suma y restas de vectores les ha permitido explicar mejor la representación de estas operaciones vectoriales.
Más de la mitad de los estudiantes en práctica, han indicado que las simulaciones de cinemática les han facilitado la explicación de los MRU, y MRUA, en especial en lo referido a las representaciones de estos movimientos, tanto para el movimiento de un cuerpo, como para el movimiento combinado de dos cuerpos. Especial mención han hecho respecto de la contribución a la explicación, de las características del movimiento de lanzamiento de un proyectil, destacando la capacidad de la simulación para mostrar el comportamiento de las componentes x e y de la velocidad del proyectil en todo momento de su trayectoria.
Respecto de estas mismas simulaciones de cinemática, señalan que han apreciado que los alumnos de sus cursos han tenido mejor desempeño en el análisis y la descripción de movimiento, a partir de sus representaciones gráficas.
Mas de la mitad de los estudiantes en práctica han señalado que la simulación sobre energía mecánica y su conservación les ha facilitado de manera importante, la explicación de los aspectos conceptuales de la relación entre las energías cinéticas, potenciales y mecánica. Por su parte, los supervisores de los estudiantes en práctica profesional, en términos generales han destacado que:
La totalidad de ellos creen que este tipo de experiencias es una buena oportunidad para tratar con la integración de lo disciplinar, lo metodológico-didáctico y lo tecnológico, y que favorecen de manera importante la propia formación de los futuros profesores.
Han observado que los alumnos de los cursos en que se han usado las simulaciones se han mostrado más tranquilos durante las clases, y más dispuestos a seguir la clase cuando esta es apoyada con el uso de simulaciones.
Consecuente con lo anterior, los supervisores han indicado que se aprecia que los estudiantes en práctica profesional han podido conseguir una mejor utilización del tiempo de clases, cuando usan simulaciones.
Así también, los supervisores han señalado que cuando los estudiantes en práctica usan las simulaciones, consiguen desarrollar mejor plan que habían establecido para el desarrollo de la clase con los alumnos de la asignatura.
La encuesta aplicada a los alumnos de los cursos que fueron atendidos por los estudiantes en práctica profesional, usando las simulaciones, muestran los siguientes resultados generales:
El 84% de los alumnos señala que las clases en las que se han usado las simulaciones, les han resultado más entretenidas, lo que ha contribuido a que tengan una actitud más concentrada en la clase.
El 86% de los alumnos cree que el análisis e interpretación de diferentes situaciones de movimiento usando simulaciones, le ayudó a interpretar mejor otras situaciones de movimiento, en especial cuando existen más de un cuerpo que se mueve.
Un 90% de los alumnos consideran que, al usar simulaciones en las clases, les ha facilitado la comprensión e interpretación de las características de ciertos movimientos, por ejemplo, el movimiento de lanzamiento vertical hacia arriba y el de caída libre de un cuerpo, y el movimiento del lanzamiento de un proyectil.
El 70% de los alumnos consideran que las simulaciones de dinámica les han permitido comprender mejor el comportamiento de las fuerzas en determinadas interacciones.
El 73% de los alumnos consideran que la simulación sobre el comportamiento de la energías cinéticas, potenciales y mecánicas les ha servido para comprender la relación de dependencia entre ellas, y les ha contribuido a tender el principio de conservación de la energía mecánica. 6 CONCLUSIONES
Conforme a las evidencias, podemos concluir que la experiencia de integración disciplinar, metodológico-didáctica, y tecnológica, llevada a cabo durante la práctica profesional de los estudiantes de la Carrera de Pedagogía en Física, muestra beneficios, tanto para los propios estudiantes en práctica, como para el aprendizaje de los alumnos de enseñanza media, que han debido atender los estudiantes durante la práctica profesional.
En un sentido más proyectivo, consideramos que este tipo de experiencias favorecerá la motivación de los estudiantes en práctica, por hacer un uso más extendido de recursos tecnológicos, como los software de simulación en conjunto con actividades de aprendizaje, para mejorar el aprendizaje de sus alumnos, y de paso mejorar sus desempeños como docentes.
Como señalamos anteriormente, las experiencias de uso de simulaciones en las clases de Física, por parte de los estudiantes en Práctica Profesional, ha motivado también a usar
simulaciones, a algunos de los profesores que dictan la asignatura en los establecimientos en que los estudiantes han realizado sus Prácticas Profesionales.
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