I.E MUNICIPAL MONTESSORI
PITALITO-HUILA-COLOMBIA
CODIGO POSTAL 417030
como citar este articulo:Jimenez-Mejia,LA.(2 de noviembre/2019).Simulaciones en el aula de secundaria para la enseñanza de ciencias naturales.[blog] recuperado de https://lajim.blogspot.com/2018/03/simulaciones-en-el-aula-de-secundaria.html
En
cuanto a la enseñanza de las ciencias naturales existen muchas
propuestas de enseñanza que de cierta forma buscan estimular los
aprendizajes significativos y la competencia cientifica la cual es
definida Domènech-Casal et al(2018) como:
"La
OCDE (2013) propone estructurar el desarrollo de la competencia
científica en tres dimensiones, que pueden constituir un marco operativo
para la evaluación y el diseño de actividades (Garrido y Simarro 2014).
La dimensión conceptual comprende el dominio de conceptos y modelos
científicos y su aplicación a contextos reales. La dimensión
procedimental incluye las prácticas y habilidades de razonamiento
científico en que se basa la investigación empírica. La dimensión
epistémica trata el marco lógico y social en que se desarrollan las
preguntas y teorías y la naturaleza de la ciencia. Si bien este marco de
trabajo es una orientación útil para determinar qué aspectos deberíamos
desarrollar para promover la competencia científica, el tipo de
experiencias o actividades que llevan a ello es un tema más
complejo".(p.2103-3).
en respuesta a esto muchos
investigadores de la pedagogia y la didactica han respondido con
abundante literatura al respecto , en este escrito que no es
totalmente exhaustivo , buscamos poner de manifiesto algunos autores en
español sobre el tema.Con respecto a lo anterior Velasco &
Buteler(2017) hacen un buen inventario de algunas publicaciones y las
respectivas revistas usando metodos bibliometricos entre otros ,
este trabajo se puede considerar una puerta a este maravilloso mundo
en este orden de ideas tambien existen trabajos como propuesto el por
Rotge(2016) en cual se vislumbra una oferta basada en elementos
coloquiales tales como copas de vino , brujulas entre otros ademas
se hace uso de la computadora como herramienta de analisis y
visualizacion mas alla la sola busqueda de informacion, este autor
propone usar hojas de calculo para trabajar en especial conceptos
fisicos en tanto que otros pedagogos y cientificos del area
exploran otras formas de estimular alguna alguna dimension de la
competencia cientifica antes expuesta , como es el caso del tr5abajo
elaborado por Chirino.Rodriguez&Rodriguez(2018) donde se hace un
acercamiento al tema de la optica geometrica a traves de simulaciones y
animaciones disponibles en la red estos autores ademas hacen mirada
sutil sobre el impacto de la estrategia aplicada en ciertos grados .
podriamos adicionar a este compendio aquellos autores que intentan
enseñar la fisica usando simulaciones verdaderas valiendose de hojas
de calculo y lenguajes de programacion tales como python y octave. Para
enunciar algunos autores tales como Muñoz&Riveros que en materia
de el uso del hoja de calculo tienen un buen manejo e incluso llegan a
un nivel de diseñar unidades didacticas sobre las hoja de calculo para
ser trabajadas en clase las cuales son muy utiles para los docentes
noveles que desean transformar la experiencia de aula en algo
significativo , destacan unidades como el MRUA , movimiento
gravitacional, movimiento ascilatorio , dinamica y estatica entre
otros cabe resaltar el trabajo pionero de algunos pedagogos en el uso de la hojas de calculo para efecto de la enseñanza y simulacion
en el aula tales como Evans(2000).
al observar la gran cantidad
trabajos en simulacion notamos un buena cantidad de ellos estan
dirigidos a la enseñanza de la fisica, lo que no quiere decir que no
exista material para la enseñanza de la biologia , en adicion a lo
anterior es prudente resaltar el trabajo de Langendorf &
Strode(2017) quienes usaron las hojas de calculo para hacer una
simulacion de la evolucion de poblacion en este trabajo se nota el uso
del lenguaje VBA para lograr los objetivos a simular.
existen trabajos en lo que los autores proponen la utilizacion de los smartphones como herramienta e instrumento de medicion e laboratorio de fisico , en esta materia Gil & Di Laccio(2017) proponen el uso de llos dispositivos moviles en adicion tambien diseñan 6 actividades o laboratorios abarcando tematicas desde la cinematica a la descomposicion radioactiva para lo cual en vista de la imposibilidad de trabajar con elementos radioactivos en el aula , proponen observar el decaimiento de la espuma de la cerveza como se orienta textualmente a continuacion:
"Decaimiento de la espuma de cerveza.
Sin importar la naturaleza del decaimiento radiactivo, su
característica principal es que es un proceso estadístico. La
descripción de este proceso se hace a través de
(7)
donde N o es el número de núcleos radiactivos de la muestra
en t=0, λ la constante de desintegración y N (t) la cantidad
de núcleos que quedan a tiempo t. El tiempo de vida media
puede obtenerse con:
t1/2=Ln
2/ Lambda
(8)
Estos conceptos que pueden parecernos sencillos no lo son
para nuestros alumnos y en el mejor de los casos logran
operar con las relaciones matemáticas, pero sin entender los
conceptos involucrados. En esta propuesta se presenta un
experimento para enseñanza media, de ágil implementación
y sin riesgos de exposición a fuentes radiactivas, que puede
ser usado como una analogía para el aprendizaje de la
desintegración radiactiva [11,12,13]. El smartphone se
incorpora como registro del proceso a través de su cámara
fotográfica y luego para obtener de las fotografías la altura
de la espuma con la aplicación Pantalla gobernante. Los
conceptos arriba descriptos les resultan más comprensibles
a nuestros alumnos si se tiene un puente entre los conceptos
abstractos de la desintegración radiactiva y el proceso de
aniquilación de las burbujas de la espuma de la cerveza, ese
puente podría ser este experimento".(p.1305-5)
en este misma linea de trabajo como deciamos anteriormente existen una gran cantidad de literatura que promueven el uso del smartphone tanto como herramienta para captura de datos debido a la gran cantidad de sensores que vienen por defecto ,datos que posteriormente pueden ser analizados y graficados en el respectivo software o lenguaje de programacion tales como excel,libreofice calc, octave , python , matlab entre otros. otro ejemplo de estos trabajos que usan los smartphone como instrumentos de laboratorio lo aporta el pedagogo Martinez-Perez(2015) que hace una comparacion entre dos grupos de mediciones con dos instrumentos de medida distintos con el objetivo de obtener la aceleracion de la gravedad una hecha con un acelerometro profesional TCI marca Samsung modelo GT-I9505 ademas de una aplicacion llamada Androsensor en el smartphone luego de hacerle analisis estadisticos a las medidas, concluyendo lo siguiente:
" el estudio cumplió con lo siguiente: a) se determinó el valor de la aceleración de gravedad g en el laboratorio de física del Instituto Universitario de Tecnología del Estado Bolívar, Venezuela, obteniéndose los siguientes valores: (i) g = (9,757 ± 0,003) m/s 2 para el sensor del teléfono celular inteligente y (ii) g = (9,8 ± 0,1) m/s 2 para la experiencia del péndulo simple, b) que el acelerómetro del TCI es válido y con precisión, y c) por los resultados obtenidos, se puede recomendar, con finalidad pedagógica, al sensor del TCI como un dispositivo para determinar la aceleración de gravedad g y usarlo para monitorear y evaluar vibraciones en las experiencias del laboratorio de Mecanica".(p.345)
en base a lo anterior asumimos que un smartphone con acelerometro puede ser una valiosa herramienta para hacer mediciones de la aceleracion en aulas de secundaria, ademas de hacer al estudiante cada vez mas participe de su propia formacion , motivandolo positivamente.sumando otros trabajos que tienen la misma finalidad pero tambien se hacen extensivos a la ciencias biologicas conviertiendo al smartphone en miccroscopios de bolsillo nombramos el trabajo hecho por Hergemöller &Laumann(2017) que es una verdadera guia de trabajo y montaje de piezas diseñadas en 3d para el ensamblaje del microscopío aunque con fuertes conceptos fisicos subyacentes nos demuestra una vez que la competencia cientifica debe fundamentarse con enfoques trasndiciplinar.analogamente Di Laccio et al(2017) logro integrar el smartphone en practicas de efecto doppler en aula , peracticas que pueden resultar muy complejas de implementar si no se tienen los instrumentos nesesarios sin embargo el autor logro su proposito siguiendo la siguiente metodologia:
"El método propuesto aquí es el siguiente:
1. Se monta el dispositivo experimental de la figura 4, siendo conveniente que el péndulo tenga el mayor largo posible y se lo haga oscilar con una amplitud angular inicial grande (mayor de 45o), de modo de lograr la mayor velocidad relativa durante el pasaje por delante del micrófono del ordenador, y aumentar la variación de frecuencia del sonido respecto a la fuente. Los efectos de pandeo perpendicular al plano de oscilación pueden minimizarse con la rigidez de la barra y el poco roce del cojinete del eje del péndulo.
2. Se configuran los teléfonos para que uno realice la emisión de un tono puro (frecuencia elegida) y al mismo tiempo mida la velocidad angular del péndulo, y el otro grabe el sonido. Se configura el micrófono fijo al laboratorio para grabar la señal de audio con el ordenador.
3. Se inician las mediciones de forma sincronizada y se libera el péndulo para que comience a oscilar, dejando que realice varias oscilaciones antes de detener la recolección.
4. Se procesan los datos del experimento: se representa gráficamente ω(velocidad angular) z(t ) y de aquí se obtiene θ (t ) usando una hoja de cálculo. Las señales medidas se procesan para obtener, para cada señal, su espectro, es decir la f(t). En la obtención de f(t) hay que prestar atención al correcto uso del signo de la ecuación (12) dado que el signo de la velocidad angular en general
no acompaña el acercamiento/alejamiento.
5. Finalmente se comparan los valores medidos de fexp (t), con las predicciones teóricas, obtenidas por la ecuación (12), utilizando la velocidad del sonido, c , a la temperatura T del laboratorio. En nuestro caso, T=292 K (equivalente a 19 oC)".(p.641)
Por otra parte tambien existen propuestas que no dejan de ser innovadoras a pesar de usar pocos elementos o elementos muy rudimentarios , como por ejempo Balukovic,Slisko &Corona(2015) plantean un experimento para contextualizar el tema de la caida libre usando botellas PET , camaras , agua , lapiz y papel , ellos buscan emplear el video de otra forma que no fuese para divulgar algo , entonces ellos proponen lo siguiente para calcular la velocidad inicial de salida del agua por un orifico hecho en la base de una botella PET con agua:
"Para la discusión que viene después, es importante estimar el valor de la velocidad de salida del chorro. En el ejemplo presentado aquí, el nivel del agua respecto al orificio por el que sale el chorro al momento de la fotografía es de h=5.6 cm, por lo tanto, el valor teórico de la velocidad de salida del agua, calculado según la fórmula de Torricelli es v teo =1.05 m/s . Este valor coincide razonablemente bien con el valor experimental v exp =0.92 m/s , obtenido a partir de las características geométricas del chorro medidas en la fotografía.Conociendo la altura del orificio, y=4.2 cm , y el alcance horizontal del chorro en el nivel de la base de la lata, x =8.5 cm , el valor experimental de su velocidad de salida se calcula segúna fórmula vexp =x √ g /(2 y)".(p.594)
Simulacion Estocastica:
para poder argumentar sobre la simulacion estocastica es conveniente definir el concepto de modelo y variables aleatorias, cuales tipos de modelos son mas usados como se definen las variables aleatorias y como pueden ser usadas en las simulaciones , sus alcances,sus fortalezas y su punto debiles.
entre las motivaciones para el uso de modelo y modelado de fenomenos y eventos naturales de acuerdo a Harrison&Treagust(2000) estan las imposiblidad de reproducir eventos que ya sucedieron o son fenomenos naturales que por su peligrosidad o costos implicitos tienen restricciones economicas y de seguridad. Siendo consecuente con esta tesis Harrison&Treagust(2000) en primer lugar define los modelos como analogicos debido a que buscan semenzanjas con los aspectos de la realidad que se quieren representar ,
ademas estos pueden ser concretos , abstractos o teoricos segun las nesesidades del propio autor o las nesesidades de la audiencia a la que se dirigen, tambien existen modelos cientificos y modelos para la enseñanza de las ciencias sin embargo a pesar de sus diferencias todos son herramientas claves para favorecer el pensamiento y trabajo cientifico en si mismo
Tipos de modelos analogicos segun Harrison & Treagust(2000)
segun lo descrito por los autores existen 10 tipos de modelos analogicos,los cuales se denominan asi dado a la gran cantidad de semejanzas o las relaciones que se pretenden establecer entre el modelo y el objeto; los modelos analogicos se pueden clasificar en:
1.modelos a escalas: generalmente se usan para representart animales,aves ,carros ,casas etc .la utilidad de estos esta orientada a representar aspectos externos como la forma y el color o extrucutura , estos modelos raravez muestran la configuracion interna, no estan hechos del mismo material del objetivo. estos modelos a escalas ggenralmente son juguetes o algo parecidos , puede que el realismo aparente oculte aspectos o marque diferencias entre el modelo y el objeto.
2.modelos pedagogicos analogos: todos los modelos incluidos en esta categoria son empleados para enseñar y aprender conceptos desde el mas basico al mas complejo. son llamados analogos por la gran cantidad de informacion que comparte con el objeto y pedagogico porque a menudo son usados para aspectos didacticos de la docencia
, segun los autores una definiicon mas precisa seria:
"(Keenan et al. 1980). los modelos
analogicos reflejan correspóndencias punto a punto entre la analogia y
el objetivo para ciertos atributos,Los atribiutos analogos a menudo son
sobre simplificados o exagerados(atomos son esferas solidas,los enlaces
son palillos uniendo esferas) para resaltar atributos conceptuales
.Esta categoria es ahora elaborada como :
modelos analogicos pedagogicos que construyen conocimiento conceptual"(p.1015)
3.Modelos Iconicos o Simbolicos:En quimica un ejemplo de modelo iconico o simbolico lo tenemos en las formulas y reaciones quimicas de los compuestos las cuales ademas estan embebidas en un lenguaje quimico . comunmente los estudiantes y algunos profesores inexpertos asumen que las formulas quimicas representan a los atomos reales en sus contexto , sin embargo la interpretacion real de estas herramientas del lenguaje quimico es que favorecen la compresion comportandose como modelos explicatorios o coumnicativos.
al respecto a este tipo de modelos analogicos Siodłak(2013) utilizo tapas de gasesosa tipo rosca pegados con polimeros sinteticos se pueden unir hasta formar estructuras complejas como la de los modelos del fullereno y el diamante , posteriormente el mismo autor Siodłak(2016) uso el mismo material con un conector mas resistentes tales como alambres delgados , tuercas y tornillos de 3mm confieriendole mayor rigidez a las estructuras logrando mayor complejidad en las estructuras
4.Modelos matematicos: Algunas propiedades fisicas(x=v*t) , quimicas(p*v=R*n*T) y fisico-quimicas() de la materia pueden ser representados mediante simbologia matematica , usualmente representan relaciones entre variables o magnitudes, de todas las tipologias de modelos son los mas precisos,abstractos pero ademas con un gran poder predictivo, algunos como F=m*a representan la relacion entre fuerza, masa y aceleracion en condiciones de no friccion , lo cual en los aspectos practicos resulta un poco ideal debido a que esas condiciones no son comunes en la naturaleza , debido a su complejidad y abstraccion nesesitan conveciones y notas donde se expliquen los significados de las variables y sus relaciones.
5.Modelos teoricos:
Bibliografia.
Balukovic, J., Slisko, J., & Corona Cruz, A.
(2015). ¿ Cómo deja de fluir un chorro de agua de un recipiente en
caída libre?.
Chirino, S. A., Rodríguez, N. P., &
Rodríguez, G. A. (2015). Aprendizaje de contenidos de óptica
geométrica utilizando software didáctico. Revista de Enseñanza
de la Física, 27(2), 37-44.
Di Laccio, J. L., Vitale, G., Alonso-Suárez, R.,
Pérez, N., & Gil, S. (2017). Estudio del efecto Doppler
utilizando teléfonos inteligentes. Revista Eureka sobre Enseñanza
y Divulgación de las Ciencias, 14(3).
Domènech-Casal, J., Gasco, J., Royo, P., & Vilches, S.
(2018). Proyecto CRASH: enseñando cinemática y dinámica en el
contexto del análisis pericial de accidentes. Revista Eureka
sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias, 15(2),
2103.
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Gil, S., & Di Laccio, J. (2017). Smartphone una
herramienta de laboratorio y aprendizaje: laboratorios de bajo costo
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Magnification Attachment: Microscope or Magnifying Glass. The
Physics Teacher, 55, 361-364.
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aceleración de la gravedad en el laboratorio de física.
Experiencia comparativa del sensor de un teléfono celular
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Muñoz, P. M., & Riveros, F. C. Diseño de simulaciones
numéricas en hoja de cálculo para e studiantes de preparatoria.
Revista de Enseñanza de la Física, 29(1), 51-70.
Velasco, J., & Buteler, L. (2017). Simulaciones
computacionales en la enseñanza de la física. Enseñanza de las
ciencias, 35(2), 0161-178.
Weiss, C. J. (2017). Scientific Computing for Chemists: An
Undergraduate Course in Simulations, Data Processing, and
Visualization. Journal of Chemical Education, 94(5),
592-597
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