Modelo de comportamiento de materiales ante fuerzas mecánicas

INVESTIGACION Y EXPERIENCIAS DlDACTICAS MODELO DE COMPORTAMIENTO DE MATERIALES ANTE FUERZAS MECANICAS JIMENEZ ALEIXANDRE, Ma P. Ins i u o Cas elao. Vigo. SUMMARY This expe ience was ca ied ou wi h s uden s in Seconda y School as a model o beha iou o di e en ma e ials exposed o mechanical o ccs, and hei a ia ion unde hea ing and wa e exposu e. The aim is no only he acquisi ion o knowledge, bu[ mainly he way s uden s lea n. INTRODUCCION Uno de los p oblemas que ma ca nues a p ác ica do- cen e es si los alumnos ap enden ealmen e, o, exp e- sado en o os é minos, si la adquisición de nue a in- o mación a acompañada de la in eg ación de es a in- o mación a su co espondien e ma co concep ual. Cuando es a inco po ación no se p oduce, el alumno es capaz de epe i una de inición, pe o no de aplica el conocimien o adqui ido a si uaciones nue as. El ap endizaje no ha sido signi ica i o. (No ak, 1982). . .. . - .. Sin duda exis e una es echa inculación en e la ad- quisición de conocimien os y des ezas, y la me odo- logia empleada en el p oceso docen e (Gil, 1983). Po nues a pa e in en amos emplea una me odología ac- i a, en la que el alumno se eje ci e en algunas habili- dades cien í icas -obse ación, compa ación, clasi icación ...- y en la que la discusión de las expe- iencias en clase juega un papel undamen al. La expe iencia que se de alla si e de in oducción en le . cu so de B.U.P. a la ec ónica. Se lle ó a cabo en los cu sos 82-83 y 83-84 con odos los g upos de 1 O del Ins i u o Cas elao. 1. PRE-TEST Como in oducción al ema se some ió a los alumnos a un p e- es (anónimo) ela i o a la unidad de Geodi- námica in e na (Anexo 1). igual que hacemos al co- mienzo de cada unidad. Los obje i os de es a p ueba son: - A e igua el es ado de los conocimien os de los alumnos y en pa icula la pe sis encia de e o es que co esponden a una pe cepción in ui i a de la ealidad. (Vale a e al 1983). - Susci a una discusión en clase sob e las eo ías ca- as o is as y ac ualis as y sob e la ec ónica de placas. - Despe a su in e és y p o oca el plan eamien o de p egun a5, ya que (Gio dan, 1982) «Sólo la p egun- a cla amen e o mulada puede con e i a la solu- ción el es a u o de espues a)); así como la o mu- lación de hipó esis. Los esul ados es adís icos en el cu so 83-84 se expo- nen en la Tabla 1. Los comen a emos b e emen e, no sin señala que somos conscien es de las limi aciones de es a expe iencia y que los esul ados p esen aban un cie o ma gen de a iación de unos g upos a o os (2 10 alumnos. 6 g upos). P egun a l. El 15% de los alumnos man iene opinio- nes ((ca as o is as)). Respec o a los <(ac ualis as», la discusión en clase e idencia que admi en la acción, más conspicua, de los agen es ex e nos y la des ucción del elie e, pe o no la de los agen es in e nos. es ando ge- ne alizada la idea de que el elie e no puede o ma se po causas ac uales. Es o nos sugie e, pa a cu sos pos- e io es, sus i ui d po una o mulación en la que se es ablezca es a dis inción. Re ue za es a hipó esis el al o po cen aje (82) de espues as co ec as a la p egun a 2. P egun a 3. Relacionada con la expe iencia que nos ocupa. La espues a co ec a es ma cada po el 64%. Además del 19'5% (suma de a+ b) que da espues as unila e ales, exis e un 15% pa a los que 1% ocas «nun- ca se pliegan)). ENSENANZA DE LAS CIENCIAS, 1985. pp. 108-1 12 INVESTIGACION Y EXPERIENCIAS DIDACTICAS Tabla 1 .- Po cen ajes de espies as al P e- es . N- 210. P es la suma de espies zs e dneas y n.c.;y S-des iacibn s anda d. P egun a 4. Sálala emos la exis encia de un 22'5% de ijis as (suma de a+ d). cues .4 % a 2 1 b' 69 c 8.5 d 1.5 P 3 1 S 3.2 . Asi como pos e io men e a la discusión en clase de las p egun as 1 y 2 -en p ác icamen e sin in e ención del p o eso los alumnos «ac ualis as» ienen su icien es a gumen os pa a con ence a los c(ca as o is as»- p oponemos a los alumnos que enuncien con sus p o- pias palab as el p incipio del Ac ualismo; en la discu- si6n de la p egun a 3, el p o eso no in e iene pa a apun a la solución, sino que p opone una expe iencia sob e el compo amien o de dis in os ma e iales. Que- da cla amen e explíci o que no es posible ealiza la con ocas y que se á un modelo de compo amien o. cues .3 % a 9 h 10.5 c' 64 d 1 S n.c. 1.5 P 3 6 S 3 3 cuee . 1 % a 15 b' 73 c 1 d 9 n.c. 2 P 2 7 S 3. 1 C 2. DESARROLLO DE LA EXPERIENCIA cues . 2 % a 2 b 8 82 d 6 n.c. 2 P 18 S 2.6 P e iamen e el p o eso p opo ciona a los alumnos las de iniciones, ya es udiadas en cu sos an e io es de com- po amien o elás ico, plás ico y ígido. Cada alumno iene un guión de abajo (Tabla 11) y el cuade no de no as, y cada equipo de4 alumnos una se ie de los 10 obje os que an a u iliza y un meche o - de alcohol. Los alumnos deben i ealizando las p uebas desc i as en el gui6n y ano ando el esul ado en la casilla co es- pondien e. Finalmen e, como conclusiones de cada equipo, esponden a las p egun as del gui6n. (Es ac- ible la ealización de odo es e p oceso en una ho a1 Es pa e indispensable de la expe iencia la discusión en clase de los esul ados. La az6n es, apa e de la im- po ancia didhc ica del p oceso de discusión, que al- gunos de los obje i os que p e endemos s6lo se alcan- za án si los alumnos comp ueban (o, mejo , descub en) que unos equipos ob ienen esul ados di e en es de o os. Veamos po ejemplo la discusión en 1" D: pe o la plas ilina (no 2) es cali icada po 6 equipos como plás ica en odas las p uebas, y po 3 equi- pos como ngida y ágil en la p ueba A (an es de calen a la con las manos). Uno de es os 3 equipos ano ó en el cuade no «Al p incipio es plás ica. pe o al llega a cie o li- mi e se ompi6. Depende de la ue za que se haga.)) Po supues o el p o eso e i a p onuncia se sob e el esul ado «co ec o». - El po aobje os (no 3) es ngido pa a 8 equipos y uno sellala que además es ágil: lo ompie on. Una ez mas algunos seiíalan en la discusión que el e- sul ado depende de la ue za. El cub eobje os ue o o po 3 equipos en la p ueba A (no 4). - La a illa hueca de id io (no 5) y el cla o ob ie- nen esul ados uni o mes -la a illa ígida en no y plás ica en calien e y el cla o siemp e ngido-; en la cin a de zinc (no 7) uel en a es a di ididos: pa a 5 equipos es elás ica en la p ueba B (comp e- sión) y pa a los o os 4 plás ica. Du an e la discusión sob e es os esul ados súbi amen e se hace la luz pa a una alumna que casi g i a «¡Pe o en onces cualquie ma e ial se puede compo - a como elás ico, plás ico o ígido según las condicio- nes y según la ue za que se haga!)). Sub ayemos el pa alelismo de es a o mulación con la de un especialis a en ec ónica: Ma aue (1976). «Los cue pos eales, y en pa icula las ocas, no son nunca pe ec amen e elás icos, plás icos o iscosos (...) los cue pos se compo an sucesi amen e en el cu so de la de o mación como elás icos, plis icos y iscosos.)> - También hay acue do en e odos los g upos ace - ca de la igidez de la escayola seca y la plas icidad de la húmeda. Po úl imo se discu en en clase las conclusiones, las con- es aciones a las p egun as del guión y sus posibles co- - La cin a del caucho (no l) es elhs ica pa a odos, ecciones, a la iuzde lo deba ido an e io men e. ENSENANZA DE ,LAS CIENCIAS IOY Expe iencia de Geologia COMPOLTAMIENTO DE LOS MATERIALES Ins i u o Cas elao FRENTE A LAS FUERZAS HECANICAS INFORMACION:UF ma e ial an e un es ue zo decimos que se compo a a) ELASTICAMENTE o que es ELASTICO si al ac ua el es ue zo sob e 61 se de o ma y al deja de ac ua el es be zo ecupe a su o ma. b) PLASTICAMENTE o que es PLASTICO si al ac ua el es ue zo sob e 61 se de o ma y al deja de ac ua no ecupe a su o ma p imi i a. c) RIGIDAMENTE o que es RIGIDO si no se de onna.Si el es ue zo es muy g ande se pede llega a ompe (Decimos que es FRAGIL). Los ma e iales geológicos plis icos o iginan al de o ma se es uc u as llamadas PLIEGUES.LOS ma e iales geológicos igidos al ompe se o iginan es uc u as llamadas FRACTURAS. PROCEDIMIENTO: some e a los 10 obje os a las p uebas que enunciamos a con inuación y haz un cuad o con los eaul ados,ma cando E a los de compo amien o ELASTIC0,P a los de compo amien o PLASTIC0,R a los RIGIDOS y F a los FRAGILES. PRUEBAS: A) Es i a el obje o,in en ando aumen a su longi ud (Fue za de acción e--------- + 1 8) Suje a el obje o po un ex emo y empuja po el o o, a ando de aco a lo. (~ue za de comp esión ---- > .--- 1 C) Calien a el obje o con las manos y p ueba a es i a lo como en A. D) n n * a aco a lo como en B. E,) Calien a los obje os 5 y 6 a la llama del meche o y p ueba como A. F) n n n n n n como B. G) Con la pa e pos c io del ldpiz p esiona el obje o ue emen e. OBJETOS PRUEBAS-- VA B c D E F G o a7 1.Cin a de goma (caucho) ----------------------------..----.,----.,----<.----..----<.----..----..------ 2. Plas ilina ............................. ----- ----.,----. .- ---.. ----..----..----..------ - 3. Po aobje os de id io ............................. --- -.,--- -. ----..----..----..----..----..------ 4. Cub eobje os de id io ............................. ---- ----..----..----..----..------ S. a illa hueca de id io $ ,-- --..-- - -..- ---..-----m . Cla o de hie o 0- - - - - - -- - -- - - -- - - -- - - - - - - - - ---.--------- .1----.,----..----..----..------ 7. Cin a de zinc ? --e------------------------- ----.-----m--- -----,--e-..----..----.,------ 8. Cin a de hojala a ............................ ---m ,--e-- m--- ----m)---m..----..----- ------ 9. Escayola seca j ............................ ----m----- m---- ----m ----..----..----- -e---- 10.Escayola eci &n humedecid PREGUNTAS: sedn es os esul ados clasi ica los obje os y los ma e ia- les u ilizados en El~s icos,P1ds icos,Rigido~ y F dgiles. 2. Un mismo ma e ial ¿Se compo a siemp e igual? &qu¿ condiciones in insecas (longi ud,g oso ... )pieden al e a su compo amien o? 3. LQUC condiciones ex e nas ( empe a u a,agua, iempo de ac uación...) pueden al e a ese compo amien o? Pon ejemplos. 4. ¿Cómo pod ias al e a el compo amien o de 6 y de 71 5. LA qu& ipo de ma e iales,po el compo amien o,c ees que pe e- necen la mayo a de las ocas? ~Pieneas que hay cie as condi- ciones en que el compo amein o de las ocas se piede al e a .? Especi ica las condiciones. ENSENANZA DE LAS CIENCIAS lN VESTIGACION Y EXPERIENCIAS DIDACTICAS 3. EVALUACION es a p egun a egis ada en cu sos an e io es. Al plan ea la elabo ación de un modelo que sus i u- ye a a los adicionalmen e empleados pa a ilus a la ec ónica nos p oponiamos: - Que los alumnos descub ie an que un mismo ma- e ial no siemp e se compo a del mismo modo, si- no que la in ensidad de la ue za, o el ipo ( ac- ción o comp esión) hace a ia su compo amien o. - Que comp oba an que de e minadas condiciones ex e nas al e an el compo amien o de los ma e ia- les. Po ejemplo la ele ación de empe a u a y el agua acili an la de o mación. - Que manipulasen los ma e iales y llegasen a con- clusiones po si mismos, y as el deba e en el equi- po y en clase. 3.1. E aluación de los esul ados acadkmicos Pa a la e aluación de es a unidad, igual que pa a o as, u ilizamos: el análisis de los cuade nos de clase, p ue- bas p ác icas, de in e p e ación de diaposi i as, e c. y p uebas esc i as. Un comen a io de allado de los cua- de nos y las p uebas p ác icas excede el ma co de es e a iculo. De alla emos, en cuan o a los esul ados de las p uebas esc i as, las espues as a las p egun as e- lacionadas con el P e- es y la expe iencia aquí eseiia- da. (Ve Anexo no 2). Las espues as co ec as a las p egun as 1, 2 o 3 sob e las causas ac uales o alizan un 85 Vo. Las espues as a la p egun a 4 sob e es uc u as o o- génicas son: Co ec as 78 % unila e ales 10'5% 8. e óneas 4'5 % no con es an . 7 .% Sei ala emos que uno de los mo i os que nos lle ó a diseiia es a expe iencia ue, p ecisamen e, el g an nú- me o de espues as e óneas (en e el 40 y el 50%) a ANGUITA. F., MORENO, F., 1977, Geología, p ocesos in- e nos (Za agoza, Edel i es). DERCOURT, J.. PAQUET, J., 1978, Geologia (Ba celona, Re e e). GIL PÉREZ, D., 1983, T es pa adigmas básicos en la Ense- ianza de las Ciencias. Emeilanza de las Ciencias, Vol. 1, no 1. pp. 26-33. GIORDAN, A., 1982, La Ense ianza de las Ciencias (Ma- d id, Pablo del Río-Siglo XXI). La des iación en e el 50-60% que la espondían co- ec amen e du an e los cu sos 79-80 y 80-81 y el 64% que la esponde co ec amen e en el P e- es supone- mos que se explica a) po a a se de g upos di e en es en años dis in os; b) po que el P e- es es una p ueba de elección múl iple en la que no ienen que edac a ellos y c) po la si uación sicológica del alumno, dis- in a en una p ueba anónima y en un eje cicio que con- lle a cali icación. Las espues as co ec as a la p egun a 5 e an el 70% y a las p egun as 6 o 7 el 81 %. El sis ema de ecupe ación incluye la ealización (u i- lizando ma e ial de consul a) de eje cicios como los del Anexo no 5. Pa a los ex os e Holmes (1962) y De - cou e al (1978). 3.2. De iciencias obse adas y aspec os a mejo a En cu sos p óximos nos p oponemos mejo a es e di- se io, co igiendo las de iciencias que nos han sido se- ialadas po algunos compañe os, p incipalmen e: - Seiiala el iempo du an e el que se debe aplica la ue za (C eemos que 10 seg. es adecuado). - Medi , u ilizando dinamóme os, la in ensidad de la ue za de acción aplicada (que explica, en mu- chos casos las di e encias en e los equipos). Con el ma e ial de que disponemos no nos esul a posi- ble medi la de comp esión, aunque hemos solici- ado la ayuda de los ísicos del Cen o. - Sus i ui la escayola po a cilla, ya que la p ime a, al agua en b e es momen os, dis o siona los esul ados. Como aspec o posi i o del diselio alo amos el bajo cos o del ma e ial, pa e de él de desecho (caucho de una cáma a de neumá ico, i a de hojala a de embala- jes, e c.) lo que acili a su mon aje en cualquie cen o. HOLMES, A., 1962, Geologia ísica (Ba celona, Omega). MATTAUER, M., 1 976, Las de o maciones de /os ma e ia- les de la co eza e es e (Ba celona. Omega). NOVAK, J., 1982. Teo ía y p ac ica de la Educación (Ma- d id, Alianza). VALERA e al, 1983, In uición e his o ia de las ciencias en la ense ianza. Enseilanza de las Ciencias, Vol. 1 no 3, pp. 205-2 1 5. ENSENANZA DE LAS CIENCIAS INVESTIGACION 'Y EXPERIENCIAS DlDACTlCAS Anexo 1 PRE TEST GEODINAMICA c. Los con inen es se desplazan sob e los océanos y és os pe manecen iguales. d. La posición ha sido siemp e la misma, la que hay 1. ¿A qué se debe la exis encia de mon, a ias en'unos hoy día. si ios y alles en o os? a. Se o ma on en la an igüedad debido a explo- Anexo siones y ca aclismos que enían luga en aque- llos iempos y que hoy día ya no ocu en. PREGUNTAS DE PRUEBAS ESCRITAS b. Se o ma on hace miles de años po causas geo- lógicas pa ecidas a las que ac úan h.oy día (y si- (Dis in as p egun as sob e un mismo ema co espon- guen o mándose en la ac ualidad). den a p uebas de di e en es g upos.) c. Algunos se o ma on hace miles de años y o os hace poco iempo, po causas que los geólogos desconocen. d. O a (dila). 2. Las ocas sedimen a ias, que con ienen ma e iales p oceden es de o as ocas a. Se es án o mando'en la ac ualidad en algunos luga es de la Tie a. b. Se o ma on, jun o con o os ipos de ocas en los p ime os iempos de exis encia de la Tie a. c. Algunas empeza on a o ma se hace miles de años y o as se siguen o mando en la ac ualidad. d. O a (dila). 3. ;A qué se debe que unas eces las ocas apa ezcan de o madas (plegadas) y o as o as ( alladas o ac u adas). a. Depende de la in ensidad de la ue za: si es pe- queiia los pliega y si es g ande los ompe. 1. Comple a es a ase: «Las ans o maciones a que es á some ida la supe icie de la Tie a se deben a la acción de ................................................ ...................................... que son hoy iguales Es e p incipio, es ablecido po Cha les Lyell ecibe el nomb e de .............................................. 2. El ge6logo del siglo XVIII Hu on es au o de la a- se «El p esen e es la cla e del pasado)). Expücala en é minos geológicos. 3. Comple a es a ase: «Las ans o maciones que ie- nen luga en la Tie a eciben el nomb e de p oce- sos ................................. que, si se p oducen en la supe icie se llaman ..................... y si se p oducen en el in e io se llaman ................... Es os p ocesos se deben a causas ................... y los que u ie on luga en épocas pasadas son ........................................ a los que ienen luga aho a. Es e p incipio se conoce como Ley b. Depende del ipo de ma e ial ocoso: unos se plie- 4. Explica po qué azones las ocas, some idas a gan (son más elás icos o plás icos) y o os se om- una ue za, unas eces o iginan pliegues y o as pen (son más ígidos o iigiles). ac u as. ¿Qué nomb e compa en? c. de Y de la in ensidad J. En algunas non a iaS del in e io de ESpaRa, po de la ue za. ejemplo, Te uel, se encuen an ósiles de conchas . d. Las ocas nunca se pliegan: sólo se ompen. ' ma inas. Explica, c onológicamen e qué p ocesos debie on ene luga pa a que es o suceda. 4. ;Cómo ha sido la posición de los con inen es, a lo la go de la his o ia de la Tie a? 6. Haz un esumen de la eona de la De i a Con inen- - al de Wegene y menciona algunas p uebas que la a. Los con inen es se sepa a on hace iempo y aho a apoyan. ienen una posición ija. b. Han a iado de posición y amaño con ienen es 7. Explica cómo se o ma on los Andes, segun la eo- y océanos y siguen a iando aun. na de la Tec ónica de Placas. ENSERANZA DE LAS CIENCIAS