El marco de la enseñanza para la comprensión aplicado al aprendizaje del concepto de campo eléctrico en estudiantes de ingeniería de sistemas Claudia Patricia Mejía Villagrán Universidad Nacional de Colombia Facultad de Ciencias Humanas Bogotá, Colombia 2011 El marco de la enseñanza para la comprensión aplicado al aprendizaje del concepto de campo eléctrico en estudiantes de ingeniería de sistemas Claudia Patricia Mejía Villagrán Tesis de investigación presentada como requisito parcial para optar al título de: Magíster en Educación Directora: Máster en lingüística y Fonoaudióloga Rita Flórez Romero Línea de Investigación: Línea Comunicación y Educación Universidad Nacional de Colombia Facultad de Ciencas Humanas Bogotá, Colombia 2011 2 A Dios, por su paciencia infinita con este ser rebelde. A Jesús y María, porque llegaron justo cuando siempre los necesité. A mi mamá Dora Myriam Villagrán Rey, por ser la representante humana de Dios. A Campo Elías Suárez Sierra que desde el cielo no deja de ser un padre aunque por mis venas no circule su sangre. A mis hermanos Beto, Martha, Campo y Dory, porque son la lección diaria de vida y por construir carácter. A todos ellos, y a mi ángel de la guarda… porque son la certeza de que NUNCA estoy ni estaré sola. 3 CONTENIDO LISTA DE FIGURAS....................................................................................................................... 6 LISTA DE TABLAS ......................................................................................................................... 7 RESUMEN ...................................................................................................................................... 8 INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................ 9 1. MARCO TEÓRICO ............................................................................................................... 15 1.1 El Marco de la Enseñanza para la Comprensión. ...................................................... 16 1.1.1 Definición de comprensión. ...................................................................................... 16 1.1.2 Contexto histórico. ..................................................................................................... 16 1.1.3 Estructura del marco de la enseñanza para la comprensión. ............................... 19 1.1.3.1 La comprensión en la vida cotidiana y en el aula de clases. ............................. 19 1.1.3.2 Elementos............................................................................................................... 21 1.1.3.3 Dimensiones. ......................................................................................................... 26 1.1.3.4 Niveles. ................................................................................................................... 30 1.2 La enseñanza y la comunicación en la educación superior. ..................................... 32 1.3 Las inteligencias múltiples y el enfoque de los puntos de entrada. .......................... 34 2. MÉTODO ............................................................................................................................... 37 2.1 Tipo de investigación .................................................................................................... 37 2.2 Participantes .................................................................................................................. 37 2.3 Procedimiento ................................................................................................................ 37 2.4 Instrumento .................................................................................................................... 37 2.5 Estrategias de análisis de datos .................................................................................. 41 3. RESULTADOS ...................................................................................................................... 41 3.1 Desempeño 1................................................................................................................. 42 4 3.2 DESEMPEÑO 3 ............................................................................................................ 58 3.3 Desempeño 2 ............................................................................................................... 77 3.4 Desempeño 4. .............................................................................................................. 94 3.5 Desempeño 5. ............................................................................................................ 101 3.6 Desempeño 6. ............................................................................................................ 105 3.7 Desempeño 7 .............................................................................................................. 108 4. CONCLUSIONES. .............................................................................................................. 117 A. ANEXO 1 ............................................................................................................................. 121 B. ANEXO 2 ............................................................................................................................. 122 C. ANEXO 3 EJERCICIOS DE FUERZA ELÉCTRICA ....................................................... 124 BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................................... 152 5 LISTA DE FIGURAS Figura 1 Plan curricular de Ingeniería de Sistemas de la Universidad de los Llanos. Tomado de la página de la Facultad de Ingeniería de Sistemas de dicha universidad, a mayo de 2011. ....... 14 Figura 2: Esquema del marco de la enseñanza para la comprensión donde se destaca su estructura. ....................................................................................................................................... 20 Figura 3: Triángulo de valoración empleado en enseñanza para la comprensión, sugerido por el MEN en su texto pequeños aprendices grandes comprensiones. ........................................... 25 Figura 4: Síntesis de las respuestas de los estudiantes a la pregunta del concepto de masa. Primera aplicación. .......................................................................................................................... 44 Figura 5: Síntesis de las respuestas de los estudiantes, a la pregunta de cómo interactúan las masas. Primera aplicación. ........................................................................................................ 46 Figura 6: Estudiantes que tuvieron respuestas confusas en la pregunta de cómo interactúan las cargas pero que la relacionaron con la pregunta de qué es la masa. ......................................... 46 Figura 7: Síntesis de las respuestas de los estudiantes, a la pregunta de cómo se produce la fuerza de gravedad. Primera aplicación........................................................................................ 48 Figura 8: Síntesis de las respuestas de los estudiantes, a la pregunta de qué transmite la fuerza gravitacional a través del espacio. Primera aplicación. .......................................................... 49 Figura 9: Síntesis de las respuestas de los estudiantes, a la pregunta del concepto de carga eléctrica. Primera aplicación................................................................................................... 50 Figura 10: Síntesis de las respuestas de los estudiantes, a la pregunta de las propiedades de la carga eléctrica. Primera aplicación. ......................................................................................... 52 Figura 11: Síntesis de las respuestas de los estudiantes, a la pregunta de cómo interactúan las cargas eléctricas. Primera aplicación. ......................................................................................... 53 Figura 12: Síntesis de las respuestas de los estudiantes, a la pregunta de cómo se produce la fuera eléctrica. Primera aplicación. ............................................................................................... 55 Figura 13: Síntesis de las respuestas de los estudiantes, a la pregunta de cómo se transmite la fuerza eléctrica a través del espacio. Primera aplicación. .............................................. 56 Figura 14: Síntesis de las respuestas de los estudiantes a la pregunta de cómo interactúan las masas. Segunda aplicación. ....................................................................................................... 60 Figura 15: Síntesis de las respuestas de los estudiantes, a la pregunta de cómo se produce la fuerza gravitacional. Segunda aplicación...................................................................................... 62 Figura 16: Síntesis de las respuestas de los estudiantes, a la pregunta de Qué transmite la fuerza gravitacional a través del espacio. Segunda aplicación. ........................................................ 63 Figura 17: Síntesis de las respuestas de los estudiantes, a la pregunta de qué es carga eléctrica. Segunda aplicación. ......................................................................................................... 65 Figura 18: Síntesis de las respuestas de los estudiantes, a la pregunta de cómo interactúan las cargas eléctricas. Segunda aplicación. ....................................................................................... 68 Figura 19: Gráfica suministrada por el estudiante 5, donde se evidencia la interacción de las cargas eléctricas. ....................................................................................................................... 69 Figura 20: Síntesis de las respuestas de los estudiantes, a la pregunta de Qué transmite la fuerza eléctrica a través del espacio. Segunda aplicación. ............................................................... 70 Figura 21: Video 1 fotogramas correspondientes al video de la descarga en una hidroeléctrica.A la izquierda, justo antes de la descarga. A la derecha, al momento de la descarga. 77 Figura 22: Video 2 correspondiente al impacto de un rayo sobre un avión. A la izquierda, en el momento del impacto. A la derecha, justo después. ..................................................................... 78 Figura 23: Video 3. Fotogramas correspondientes al impacto de un relámpago en un avión justo después de despegar. A la izquierda, antes de despegar, a la derecha, impacto del rayo cuando está en el aire. Al avión, luego del impacto, no le pasa nada. ........................................................... 78 Figura 24: Video 4. Impacto de un rayo sobre un árbol. Izquierda, al momento del impacto. A la derecha, después del impacto. ................................................................................................. 78 Figura 25: Video 5. Fotogramas de un relámpago en cámara lenta. .................................. 79 Figura 26: Ejercicio de aplicación decampo eléctrico, donde se evidencia el principio de superposición. ............................................................................................................................... 102 6 LISTA DE TABLAS Tabla 1 : Porcentaje de deserción en dos carreras de ingeniería en la Universidad de los Llanos, de acuerdo con el artículo de Malagón, Soto y Eslava (2007). ............................................. 10 Tabla 2: Metas de comprensión construidas para estudiar el concepto de campo eléctrico. Se especifica cada una de las dimensiones, con el fin de garantizar que se le da un tratamiento lo más homogéneo posible a todas ellas. ............................................................................................ 39 Tabla 3: Desempeños de comprensión construidos para estudiar el concepto de campo eléctrico. ......................................................................................................................................... 41 7 EL MARCO DE LA ENSEÑANZA PARA LA COMPRENSIÓN APLICADO AL APRENDIZAJE DEL CONCEPTO DE CAMPO ELÉCTRICO EN ESTUDIANTES DE INGENIERÍA DE SISTEMAS TEACHING FOR UNDERSTANDING, APPLIED ON LEARNING ELECTRIC FIELD CONCEPT IN SYSTEMS ENGINEERING STUDENTS RESUMEN En este trabajo se muestran los resultados obtenidos por los estudiantes, luego de aplicar una unidad didáctica construida con base en el marco de la enseñanza para la comprensión en un contexto universitario. Participaron 14 estudiantes de tercer semestre de Ingeniería de Sistemas en el curso de física 2 (electromagnetismo). La unidad didáctica se diseñó teniendo en cuenta el tópico generativo, las metas de comprensión, los desempeños de comprensión y la valoración diagnóstica continua, aspectos que se establecen en el marco de la enseñanza para la comprensión. También se incluyen las dimensiones de contenido, métodos, propósitos y formas de comunicación para garantizar un proceso de comprensión más arraigado. En general, el enfoque fue bien recibido por parte de los estudiantes aunque en el proceso de evaluación hay opiniones encontradas, ya que unos prefieren seguir con el modo de “solo exámenes” tradicional en las instituciones de enfoque magistral, a procesos que involucran otras representaciones de evaluación tales como ensayos, maquetas, proyectos, o experimentos en física donde predomine el proceso de auto reflexión. Palabras clave: Enseñanza para la comprensión, enseñanza en educación superior, campo eléctrico, ley de Gauss, enseñanza de la física. ABSTRACT This work shows the results in university students’ outcomes when they were exposed to a didactic unit built under the teaching for comprehension framework. It was developed with 14 third – semester undergraduate students of systems engineering who took the physics 2 course (electromagnetism). The didactic unit was designed using generative topic, comprehension goals, comprehension performances and continuous diagnostic assessment, pointed out aspects in teaching for comprehension. There were involved too the content, methods, goals and communication ways dimensions. In general terms, this approach was positively 8 perceived by students, although there were opinions on evaluation topics: some of them preferred it with the traditional “only tests” mode taken from lecturing approach in opposition to processes which involved other evaluation representations like essays, models, projects or physics experiments that demand them a self – reflection process. Key words: teaching for comprehension, higher learning teaching, electric field, law of Gauss, teaching of physics. INTRODUCCIÓN De acuerdo con la propuesta del documento rector, planteado por el comité de transformación curricular en la universidad de Antioquia, (2007) la deserción estudiantil es un problema general en la educación superior del país. Las directivas de las universidades en los últimos años, el ICFES y otras instituciones pusieron de manifiesto su gran preocupación, porque a pesar del aumento en la demanda de educación superior que se presentó en los últimos años, el número de estudiantes que logran culminarla es mínimo, vislumbrándose que un gran número de estudiantes abandonan la universidad, en especial, durante los primeros semestres. Según dicho documento, en muchos de los cursos que ofrece la Universidad de Antioquia, un alto porcentaje de estudiantes matriculados son o han sido repitentes. En varios de los cursos ofrecidos por los programas de matemáticas, física y química, más del 30% de los estudiantes matriculados han perdido la asignatura al menos una vez. Esta situación no es particular de un determinado semestre sino que no ha presentado cambios significativos entre 1996 y el 2006. De acuerdo con diversas investigaciones realizadas en Colombia tales como las de Malagón, Soto y Eslava (2007), el documento rector ya mencionado en el párrafo anterior (2007) y un análisis estadístico desarrollado como informe en la Universidad Nacional de Colombia (2008), las asignaturas para las cuales se presenta mayor tasa de mortalidad académica en ingeniería de sistemas, son las pertenecientes a ciencias básicas. Es decir, matemáticas (l, ll, lll, lV), física (l, ll) y probabilidad estadística. En el caso de la Universidad Nacional de Colombia (2008), la mortalidad para estas asignaturas supera el 20%. La mayor tasa de deserción de las asignaturas antes mencionadas, se presenta en el curso de física II (electromagnetismo) con 4.49% teniendo una tasa de mortalidad académica promedio de 34.59%, y que oscila entre el 20 y el 40 por ciento. Estos datos fueron calculados en el periodo que va del 2003-ll al 2007-l. En la Universidad de los Llanos de acuerdo con Malagón, Soto y Eslava (2007), se ve una tendencia parecida en cuanto a la tasa de mortalidad académica en dichas asignaturas. Además en la Universidad de los Llanos, en Ingeniería de Sistemas y Electrónica se 9 presentan los porcentajes más altos de deserción académica en el transcurso de toda la carrera, con 56.0% y 55.0% respectivamente, comparado con los demás programas ofrecidos por dicha institución. En su artículo, Malagón, Soto y Eslava (2007), tienen en cuenta las conceptualizaciones siguientes, para establecer los índices de deserción que se muestran en la siguiente tabla. Deserción inicial: Deserción temprana: Deserción tardía: Estudiante que Estudiantes que Estudiantes que deserta del programa desertan de segundo a desertan del programa en el primer semestre quinto semestre del de sexto semestre en de estudio. programa. adelante. Ingeniería 17% 24% 10% electrónica Ingeniería 28% 21% 7% de sistemas Tabla 1 : Porcentaje de deserción en dos carreras de ingeniería en la Universidad de los Llanos, de acuerdo con el artículo de Malagón, Soto y Eslava (2007). Por ende, la mayor deserción académica se presenta en los primeros 5 semestres justamente en el núcleo básico donde se imparten las asignaturas de matemáticas y física. Teniendo en cuenta este panorama, uno de los cursos que presenta mortalidad académica crítica (superior al 20%) es el curso de física 2 (electromagnetismo) tanto a nivel nacional como a nivel local siendo éste el caso de la universidad de los Llanos. Se postula que una de las razones por las cuales este fenómeno ocurre, es debido a la manera como son abordados los contenidos tradicionales que constituyen un curso de electromagnetismo (lo que se conoce como clase magistral). Por ende, se planeó una estrategia didáctica basada en el Marco de la Enseñanza para la Comprensión con el fin de romper con el modelo magistral (y de manera indirecta afectar sobre el índice de deserción sin que ese sea el principal objetivo), analizando cómo los estudiantes alcanzan distintos niveles de comprensión con respecto al concepto de campo eléctrico y/o identificando las barreras que no permiten alcanzar mayores niveles. La unidad didáctica se diseña basada en el marco de la enseñanza para la comprensión (EpC) con el objetivo de determinar los resultados que se pueden establecer en la comprensión del concepto de campo eléctrico, en estudiantes de tercer semestre de ingeniería de sistemas de la Universidad de los Llanos. El 10