Resumen
En el presente trabajo se expone la experiencia de trabajar el Modelo de Formación por Competencia, en la enseñanza de la Física, disciplina tan difícil para este concepto.
Se exponen tres ejemplos de cómo se llevó a cabo esta práctica para que sirvan de ejemplos para el diseño de otros temas.
Por último se muestran los resultados obtenidos por la aplicación del método en comparación con métodos tradicionales.
Abstract
In the present paper, the experience of working the Training Model for Competence is exposed, in the teaching of Physics, a discipline so difficult for this concept.
Three examples using this method are presented like examples for the design others.
Finally, the results in the application of the method compared to traditional methods are shown.
Introducción
La Física siempre ha sido una asignatura muy abstracta para los estudiantes, entre otras cosas, porque requiere, en la mayoría de los temas, un nivel de abstracción elevado, pensamiento analítico y razonamiento lógico para poder asimilar los conceptos involucrados a éstos.
Por otro lado, la mayoría de los docentes la imparten con los mismos métodos y medios con que ellos mismos fueron formados, ignorando el desarrollo de las ciencias sicopedagógicas de los últimos años.
La aplicación del Modelo de Formación por Competencias (MFC) /1- 5/ se ha puesto de moda en las últimas décadas en los diversos niveles de la enseñanza y la superior (universidades) no ha sido excepción. Basado en términos como Aprendizajes Esperados, Competencias y Aprendizajes Previos, sustenta su aplicación fundamentalmente en la práctica de “Aprender Haciendo”, donde el estudiante es objeto activo de su propio aprendizaje y el docente es un facilitador.
Por lo tanto, los métodos y medios de enseñanza juegan un papel fundamental y se hace necesario el cambio de paradigmas en el empleo de éstos. Claro, es un gran reto formar a estudiantes con métodos y medios con los cuales no fuimos formados, pero de eso se trata.
La enseñanza de la Física
La aplicación del MFC, resulta relativamente más fácil de aplicar en asignaturas donde se requiere menos de la abstracción elevada, pensamiento analítico y razonamiento lógico. Asignaturas en carreras de letras, ciencias empresariales, historias, etc., caen en esta denominación. Sin embargo, su aplicación en ciencias exactas resulta algo más complejo.
La Física, “madre de todas las ciencias”, es el ejemplo más fiel de esta dificultad. No obstante, los beneficios de su aplicación resultan tan eficientes y productivos que no se puede descartar esta posibilidad, sobre todo, porque la enseñanza superior cada día más se dirige a carreras técnicas mucho más específicas por influencia directa de las necesidades del mercado (empresas tecnológicas). /6-8/
A muy grandes rasgos, la aplicación del MFC en esta disciplina, sigue, como en todas, el esquema de trabajo mostrado en la Figura No. 1.
Figura No. 1: Esquema de aplicación del MFC en la Física.
Básicamente, el estudiante, interactuando con el experimento y con la ayuda y guía del facilitador, obtiene la ley (ciencia) que rige el experimento. (Ver Figura No. 1). A diferencia del método de la conferencia magistral, donde el estudiante es más pasivo, aquí es objeto activo de su aprendizaje pues él mismo obtiene (“descubre”) las leyes y las ecuaciones que rigen el experimento. Algunos lo conocen como el método científico /9-11/, yo lo denomino simplemente como la aplicación del MFC.
Ejemplos de aplicación
A continuación se describen algunos ejemplos de la aplicación del método. En cada uno de ellos el facilitador tendrá que guiar e inducir al estudiante para alcanzar el logro de los propósitos de cada actividad.
El primer ejemplo es una práctica sobre la fricción cinética, el segundo sobre la caída libre de los cuerpos y el tercero el fenómeno de la descarga de un capacitor. Una vez se hayan tomado los datos del experimento, el estudiante realizará el ploteo de las variables para analizar las dependencias y de ahí, sacar las conclusiones y las ecuaciones del fenómeno. Es función vital del facilitador lograr la independencia del estudiante y al mismo tiempo, ir guiándolo para el cumplimiento de los Aprendizajes Esperados.
Caso No. 1. Tema: Fuerzas de fricción. Sus características. Ecuaciones.
Descripción: El estudiante aplica una fuerza horizontal sobre diferentes bloques de madera de diferentes masas, para hacerlos deslizar sobre una superficie de vidrio. La medición de la fuerza aplicada se realiza con un dinamómetro. (Ver Figura No. 2).
En este caso el Aprendizaje Esperado es: “Identifica los principios y leyes asociados con la fuerza de fricción cinética” y la Competencia: “Aplicar las leyes que rigen la fuerza de fricción cinética en la solución de problemas reales”.
Se le induce al estudiante a realizar cada experiencia un número de veces para reducir los errores de procedimientos y de lecturas del dinamómetro.
Figura No. 2: Equipamiento para el estudio de la fricción.
Es un requerimiento del experimento que todos los bloques que se empleen sean del mismo material, por ejemplo, madera dura.
Se orienta calcular los pesos de dichos bloques, conociendo el valor de sus masas y asumiendo la gravedad como 9,8 m/s2.
Los datos obtenidos, una vez promediados para disminuir errores, pudieran ser los mostrados en la Tabla No. 1. (se le induce al estudiante a confeccionar dicha tabla):
Se le orienta al estudiante que trate de mantener constante la fuerza aplicada al cuerpo. Esto lo puede lograr mirando continuamente la escala del dinamómetro mientras el cuerpo se va deslizando. Este requerimiento es para lograr que el movimiento del bloque se realice a velocidad constante y la fuerza aplicada sea igual a la de fricción cinética.
El efecto de que al principio la fuerza aplicada es mayor antes que el cuerpo comience a moverse, debido a la fricción estática, puede ser objeto de otro tópico a desarrollar. Por ahora nos centraremos sólo en la fricción cinética.
Tabla No. 1: Datos obtenidos del experimento de fricción.
Con la ayuda del Excel, se plotean los datos obtenidos, seleccionándose para el eje “x” el peso y para el “y” la fuerza aplicada. En la Figura No. 3 se muestra esta representación.
Se le propone al estudiante ubicar una mejor recta sobre los puntos obtendios y se le explica que la desviación entre ambas es debido a la dispersión por los errores cometidos.
Se le induce a contestar que de no haberse cometidos los errores siempre presentes en las mediciones (inevitables) ambos trazos hubieran coincidido. Por lo tanto, la dependencia teórica entre la fuerza aplicada y la masa, es una linea recta.
Figura No. 3: Gráfica obtenida a partir de los datos de la Tabla No. 1.
Se le orienta a que calcule la pendiente m de dicha recta, tomando dos puntos cómodos:
$$m = \frac{y2 – y1}{x2 – x1} = \frac{7,0\ N – 1,0N}{35,0\ N – 5,0\ N} = 0,2$$
Se le hace notar que como las unidades son las mismas en el numerador y en el denominador, el resultado es adimensional.
Finalmente se le incita a que analice qué aspectos del experimento no han cambiado en ninguno de los casos. Él mismo arribará a la conclusión que lo que se ha mantenido invariable es el tipo de superficies en contacto, pues todos los bloques, aunque son de masas diferentes, son de la misma madera y la superficie no se ha cambiado. Se le hace notar que lo que caracteriza a una recta es que tiene una única pendiente, por lo que ésta es constante en toda su longitud.
Se cae ya de tales razonamientos que dicha pendiente caracteriza la naturaleza de las superficies, entonces se pasa a definir el coeficiente de fricción cinética como dicha magnitud.
Se muestra la tabla de coeficientes de diferentes superficies en contacto, identificándose el caso del experimento analizado. (Ver Tabla No. 2)
Se identifica que efectivamente el caso de madera con vidrio, tiene un coeficiente del orden al calculado.
Ahora bien, como la ecuación de una recta que pasa por el origen (sin interseptos) es: y = m x, identificando cada variable con las magnitudes físicas que le corresponde, queda:
fs = μe P (1),
Asumiendo que la fuerza aplicada es igual a la de fricción cinética., siendo:
fs : fuerza de fricción cinética
μe: coeficiente de fricción cinético
P: peso del bloque
Pero en este caso, P = N (donde N es la fuerza normal), pues el cuerpo no se mueve con respecto al eje y, quedando finalmente:
fs = μe N (2)
y esta es la expresión referida en la literatura para el cálculo de la fuerza de fricción cinética.
El propio estudiante ha encontrado la ecuación que rige la acción de la fuerza de fricción cinética mediante el experimento.
Con la ecuación (2) se pasa a resolver problemas reales con fricción cinética.
Tabla No. 2: Coeficientes de fricción cinético de algunas sustancias.
Caso No. 2. Tema: La caída libre de los cuerpos. Ecuación el tiempo de caída.
Descripción: El estudiante deja caer diferentes masas desde distintas alturas y mide el tiempo de caída. Se aprovecha una edificación de varios pisos.
En este caso el Aprendizaje Esperado es: “Identifica los principios y leyes asociados con la caída libre de los cuerpos” y la Competencia: “Aplicar la ecuación del tiempo de caída libre en la solución de problemas reales”.
Se indica seleccionar esferitas de acero de diferentes tamaños extraídas de rodamientos en desuso. Se le induce al estudiante a realizar cada experiencia un número de veces para reducir los errores de procedimientos y de lecturas del tiempo. Para la medición del tiempo se indica emplear cronómetros de 0,01 s. En la Figura No. 4 se ilustra una representación muy simplificada del experimento.
Los datos obtenidos, una vez promediados para disminuir errores, pudieran ser los mostrados en la Tabla No. 3 (se le induce al estudiante a confeccionar dicha tabla, que contiene el tiempo medido al cuadrado y la altura).
Figura No. 4: Experimento de caída libre.
Con la ayuda del Excel, se plotean los datos obtenidos, seleccionándose para el eje “x” la altura y en el “y” el tiempo al cuadrado. En la Figura No. 5 se muestra esta representación.
Se le hace notar al estudiante que la gráfica, a merced de las desviaciones debido a los errores de medición, es una línea recta.
Se le instruye ubicar una mejor recta afín de eliminar las desviaciones por errores.
Tabla No. 3: Datos resultado de las mediciones.
Escogiendo dos puntos cómodos, se calcula la pendiente:
$$m = \frac{y2 – y1}{x2 – x1} = \frac{1,49\ s^{2} – 0,18\ s^{2}}{7,0\ m – 1,0\ m}$$
= 0, 22 s2/m
Se hace notar que la pendiente tiene unidades que son el inverso de las unidades de la aceleración (ms2).
Figura No. 5: Gráfica del ploteo del tiempo al cuadrado de la caída contra la altura.
Se induce a calcular el inverso de la pendiente:
$$\frac{1}{m} = \frac{1}{0,22s^{2}/m} = 4,58\ m/s^{2}$$
Se le hace notar que este número es aproximadamente la mitad de la aceleración de la gravedad $9,8\frac{m}{s^{2}}.$
Entonces, la ecuación de la recta se pudiera escribir de la siguiente manera:
y = m x, $t^{2} = \ \frac{1}{\frac{g}{2}}\text{\ h}$.
Y si de ordenan los términos y se aplica raíz, queda:
$t = \ \sqrt{\frac{2\ h}{g}}$ (3),
que es la ecuación que aparece en la literatura sobre el tiempo de caída.
Para asociar la gravedad con la pendiente, se le hace razonar al estudiante que en el experimento lo que no cambia es justamente la aceleración de la gravedad.
El propio estudiante ha encontrado la ecuación que rige el tiempo de caída libre de los cuerpos mediante el experimento.
Con la ecuación (3) se pasa a resolver problemas reales para el cálculo de la caída de los cuerpos desde diferentes alturas.
Caso No. 3. Tema: La descarga de un capacitor. Características y ecuación.
Descripción: El estudiante, mediante un circuito montado, realiza la descarga de un capacitor y mide los voltajes en función del tiempo transcurrido.
En este caso el Aprendizaje Esperado es: “Identifica la característica del proceso de descarga de un capacitor y la ecuación asociada al mismo” y la Competencia: “Aplicar la ecuación de la descarga de un capacitor en la solución de problemas reales”.
Se le indica al estudiante montar el circuito eléctrico mostrado en la Figura No. 6, con los valores de las componentes señalados.
Cuando el interruptor S está en la posición A, el capacitor se carga al voltaje de la fuente 12 V, y cuando se pasa a la posición B, comienza el proceso de descarga.
Se han seleccionado valores para R y C que den valores cómodos para la medición y el proceso de descarga sea lento para permitir la toma de resultados.
Figura No. 6: Circuito para el estudio de la descarga del capacitor.
Con el voltímetro V se medirán los valores de voltaje en el capacitor durante el proceso de descarga.
Para favorecer el proceso de toma de las lecturas, tanto del tiempo como del voltaje a través del capacitor, se le orienta al estudiante ubicar los instrumentos de manera que quedan juntos y se realiza la filmación, con una cámara o un celular, del proceso de descarga poniendo las escalas de los instrumentos en un primer plano. Después, con la reproducción del mismo, se podrá fácilmente obtener los datos.
Los resultados obtenidos pudieran ser los representados en la Tabla No. 4. El ploteo usando Excel de estos datos, se muestra en la Figura No. 7.
El voltaje en el capacitor se ha representado por la sigla V y los valores mostrados están en Volt. Las desviaciones son consecuencia de los errores de las mediciones y del procedimiento.
Se le hace notar al estudiante que la descarga no se realiza de manera lineal, por lo que la gráfica no cumple con una línea recta. Además, que los datos tienen un comportamiento particular ya que en los primeros instantes de tiempo se observa un cambio significativo en los voltajes del capacitor, pero en la medida en que el tiempo aumenta, éstos van cambiando cada vez menos. (Ver Tabla No. 4)
Tabla No. 4: Datos obtenidos de la descarga del capacitor.
Se le explica que tiene tal comportamiento es un efecto logarítmico, por lo que es pertinente calcular los logaritmos naturales de los voltajes normalizados al valor inicial, que llamaremos Vo. En este caso, Vo es 12 V.
En la Tabla No. 5 se muestran los datos ya aplicando el mencionado proceso de logaritmización y si se plotean estos datos con la ayuda del Excel. Se obtiene la gráfica de la Figura No. 8.
Se le hace notar al estudiante que ahora la gráfica es una línea recta.
Figura No. 7: Característica de descarga del capacitor del circuito de la Figura No. 6.
Tabla No. 5: Datos después de haber normalizado los voltajes y aplicado el logaritmo natural.
Figura No. 8: Recta que resulta del nuevo ploteo.
Se le hace notar al estudiante que las desviaciones del trazo recto de la Figura No. 8, se deben a los errores cometidos en las mediciones.
Se le induce al estudiante a superponer la mejor recta sobre los puntos de la Figura No. 8 y analizar sus características.
Se le hace notar que esta recta tiene pendiente negativa y que la correspondencia de variables en este nuevo escenario sería:
“y” equivale a ln V/Vo y “x” equivale a t.
Se le pide que calcule la pendiente de dicha recta seleccionando dos puntos cómodos del gráfico:
Figura No. 9: Mejor recta superpuesta sobre los datos.
$$m = \frac{y2 – y1}{x2 – x1} = \frac{- 1,8 – 0}{\ 25\ s – 0} = – \ 0,07\ s^{- 1}$$
Se le indica que escriba la ecuación de dicha recta, considerando dicha pendiente:
$\ln\left\lbrack \frac{V}{\text{Vo}} \right\rbrack = – 0,07\ t$ (4)
Ahora se le motiva al estudiante a la interpretación física de la pendiente. Como la recta mantiene un valor constante de pendiente, y lo único que no cambia en el experimento son los valores de R y C, entonces se intenta asociar ambas cosas con el valor de m.
Se le indica que calculen el producto RC, esto dará:
R C = 103 Ohm . 14, 7 − 3 uF = 14, 7 s
y si se le calcula el inverso:
$$\frac{1}{\text{R\ C}} = \frac{1}{4,7\ s} = \ 0,07\ s^{- 1}$$
O sea, la pendiente es el inverso del producto RC. Entonces la ecuación quedaría:
$$\ln\frac{V}{\text{Vo}} = \frac{1}{\text{R\ C}}t$$
Eliminando el logaritmo ln:
$$\frac{V}{\text{Vo}} = e^{- \frac{t}{\text{RC}}}$$
quedando finalmente:
$V = Vo\ e^{- \frac{t}{\text{RC}}}$ (5)
La ecuación (5) es la que aparece en los libros de textos para describir el proceso de descarga de un capacitor.
El propio estudiante ha encontrado la ecuación que rige la descarga del capacitor mediante el experimento.
Con la ecuación (5) se pasa a resolver problemas reales para el cálculo los tiempos de descarga RC de un capacitor y los voltajes en un tiempo determinado evaluando (5).
Resultados obtenidos
Se tomaron dos grupos de estudiantes de ingeniería de 25 estudiantes cada uno en tres semestres diferentes, para un total de 6 grupos, caracterizados por el mismo promedio académico, edad promedio y la misma sesión de estudio. Se le impartieron los tópicos antes descritos. A los grupos A se le aplicó el método tradicional magistral y los B el método aquí descrito del MFC. Los resultados fueron se muestran en la Tabla No. 6.
Grupo | Método | Índice de aprobación |
---|---|---|
A1 | Magistral | 64% |
A2 | Magistral | 47% |
A3 | Magistral | 56% |
B1 | MFC | 86% |
B2 | MFC | 71% |
B3 | MFC | 79% |
Tabla No. 6: Resultados académicos por ambos métodos
Evidentemente, los resultados son los que se esperaban. La aplicación del MFC, garantiza una mayor promoción en la asignatura. Incluso, aún en los reprobados, las respuestas fueron más consistentes que por el método tradicional.
Conclusiones
- En los tres ejemplos descritos se muestra la potencialidad del MFC, pues el estudiante “genera” la teoría, siendo un objeto muy activo de su proceso de aprendizaje.
- El método contribuye a la formación científica del estudiante al realizar la búsqueda de la teoría por su propia interacción con la realidad.
- La aplicación del método consume mucho tiempo y éste resulta uno de sus inconvenientes.
- Está limitado sólo por la creatividad del facilitador que es quien está llamado a preparar los experimentos y los protocolos que garanticen los resultados esperados.
Bibliografía
Se indican muchas páginas webs para que el acceso a estas referencias sea de mucha facilidad a los lectores interesados en el tema.
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- Revista Digital: Información Técnica. Docente EMTP Y Modelo De Formación Por Competencias: Oportunidades De Mejora.
- Universidad Tecnológica de El Salvador. Formación por Competencias: Profesionales preparados para enfrentar desafíos. http://universidades.elsalvador.com/2017/04/24/formacion-por-competencias-profesionales-preparados-para-enfrentar-desafios/
- Sevilla, P. y Dutra G. Informe ha sido elaborado por la Oficina Regional de Educación de la UNESCO para América Latina y el Caribe, OREALC/UNESCO Santiago. La Enseñanza Y Formación Técnico Profesional En América Latina Y El Caribe Una Perspectiva Regional Hacia 2030. http://unesdoc.unesco.org/images/0026/002607/260709s.pdf
- Gallart M. A. , Miranda M. et al. . Tendencias de la Educación Técnica en América Latina. Estudio de Casos en Argentina y Chile. http://unesdoc.unesco.org/images/0013/001360/136066s.pdf
- Informe Final de la Primera Reunión Regional de Educación Técnica y Profesional. Santiago de Chile, 2003. http://unesdoc.unesco.org/images/0016/001611/161170s.pdf
- Rivas, C. Método Científico: Fundamento del Método Científico. https://es.scribd.com/presentation/318838905/El-Metodo-Cientifico-Fundamento-Del-Metodo-de-Ensenanza
- ARBOLEDA C. A. El Método Científico Aplicado A La Enseñanza De La Cinemática.
- Labarca A. El Método Científico Aplicado A Las Ciencias De La Educación.
José Carlos León Ortega “Se exponen tres ejemplos de cómo aplicar el Modelo de Universidad UDI Formación Por Competencias, en la enseñanza de la Física. Santa Cruz – Bolivia”
Datos para citar este artículo:
José Carlos León Ortega. (2019). Enseñanza de Física y el modelo de formación por competencias. Revista Vinculando, 17(1). https://vinculando.org/educacion/ensenanza-de-fisica-y-el-modelo-de-formacion-por-competencias.html
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