Circuitos eléctricos : una aplicación de un modelo de enseñanza-aprendizaje basado en las ideas previas de los alumnos

OTROS TRABAJOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS: UNA APLICACIÓN DE UN MODELO DE ENSEÑANZA-APRENDIZAJE BASADO EN LAS IDEAS PREVIAS DE LOS ALUMNOS VARELA NIETO, P., MANRIQUE DE CAMPO, M.J. y FAVIERES MARTÍNEZ, A. Instituto de Bachillerato «Rey Pastor)). SUMMARY In this paper we wish to present the practica1 realization of the constructivist view of knowledge, carried out with an experimental type of methodology. The phases of the work have been: the detection on preconcepts, the elaboration of the curriculum, the design of didactic materials and the evaluation of the results obtained. The research has been carried out on the topic ((electric current)) at the leve1 of 2nd. year of B.U.P. 1. INTRODUCCI~N Los resultados de numerosas investigaciones realizadas ciben, según se consideren por los autores, diversas deen las últimas décadas acerca del modo como los estunominaciones tales como: esquemas conceptuales aldiantes adquieren conocimientos ponen de manifiesto ternativos (Driver et al. 1983), ciencia de los niños (Osque, antes de iniciar un aprendizaje formal de la Cienborne et al. 1983), errores conceptuales (Gil y Carrascia, poseen unas ideas sobre las leyes que rigen el muncosa 1982), conceptos de Física y Química cotidianos do que les rodea. En general estas ideas no concuer- (Andersson 1986). dan con el punto de vista científico. En general todos lo autores coinciden en que estas ideas Hay en la actualidad un gran interés por conocer cuáprevias se caracterizan por tener una cierta coherencia les son las ideas previas de los alumnos, ya que, según interna, a pesar de que los alumnos las usan de un molas modernas teorías sobre el aprendizaje, sólo se lodo aparentemente contradictorio, ser comunes a estugra que éste sea significativo si se parte del conocimiendiantes de diferentes medios y edades, y estar tan fuerto de estos preconceptos para construir, modificándotemente arraigadas que son muy resistentes al cambio. los, esquemas (Ausubel 1976). VaE1 punto de partida de nuestro trabajo ha sido la conrios grupos de investigación están tratando de diseñar vicción de que los preconceptos que poseen nuestros entrategias de instrucción en esta línea (Driver 1985, alumnos en el campo investigado son a los Nussbaum y 19829 Osborne et al' 1985)' 'Or detectados por Osborne, Shipstone, Tiberghien y otros, ello, nuestro trabajo se sitúa en esta misma orientación que se concretan esencialmente en este nivel en: y se ha centrado en los siguientes puntos: 1) Idea de fuente-consumidor: muchos estudiantes - Detección de '0s PreconcePtos que Poseen '0s alumpiensan en la electricidad como en un fluido que se alnos sobre circuitos eléctricos. macena en la batería y se gasta en el funcionamiento - Diseño de un curnculo para conseguir un aprendide distintos aparatos. Por ello se utilizan indistintamenzaje significativo. te los términos «electricidad», ((corriente)), «energía - Evaluación de dicho aprendizaje. eléctrica)) o «potencia». 2. FUNDAMENTO TEÓRICO 11) Modelos de corriente en circuitos simples Al tratar de explicar como llega de la fuente al consuEn las diferentes líneas de investigación que existen para midor «lo que se gasta)) los alumnos emplean diferenel estudio de las ideas previas de los alumnos, estas retes modelos que, representados de forma esquemátiENSENANZA DE LAS CIENCIAS, 1988, 6 (3), 285-290 285 - - OTROS TRABAJOS ca, son los siguientes: a) Modelo unipolar (fig. 1) Este modelo presenta distintas variantes: el cable de retorno puede ser omitido o bien considerarse necesario, pero como elemento pasivo. b) Modelo concurrente (fig. 2) La corriente sale por los dos terminales de la batería y se consume en la bombilla. c) Modelo de atenuación (fig. 3) MAS MENOS B~~LLO BRILLO La corriente circula en una dirección alrededor del circuito, debilitándose gradualmente. Los Últimos componentes recibirán menos y la primera lámpara brillará más que la segunda aunque ambas sean iguales. d) Modelo de reparto (fig. 4) COPPIENTE En este modelo, que es también no conservativo, la corriente se reparte entre los elementos del circuito. Las dos lámparas iguales brillarán lo mismo. 111) Razonamiento secuencial: En los circuitos más complejos, que incluyen varios elementos se hacen más sutiles y responden a un análisis local del circuito (Closset, J. 1983). Por ejemplo, consideran que si se modifica un elemento no cambia la corriente que entra en él, sino que afecta solamente a la corriente que sale de él. En este modelo la corriente no se conserva. Este tipo de razonamiento aparece en la enseñanza secundaria por lo que algunos autores consideran que es debido a la secuencia en que se introducen los conceptos en este nivel. IV) Potencial: En este punto es muy frecuente entre los alumnos la confusión entre corriente y voltaje (Rhoneck, 1983) y también la consideración de este último como una «consecuencia» de que la corriente circule y no como su «causa» (Cohen et al. 1982). A partir de la detección de las ideas previas de nuestros alumnos hemos procedido a elaborar un material de trabajo siguiendo las pautas marcadas desde una perspectiva constructivista del aprendizaje (Driver 1986; Gil 1986). Estas pautas son: i) Promover situaciones en que los alumnos expresen explícitamente sus ideas. ii) Conseguir que los alumnos cuestionen sus puntos de vista, haciéndoles discutir en grupo, y emitan hipótesis acerca del comportamiento de determinados sistemas. iii) Contrastar dichas hipbtesis con los resultados obtenidos experimentalmente. iiii) Crear situaciones en que los alumnos apliquen y reafirmen las nuevas ideas. 3. FASES DEL TRABAJO 3.1. Detección de preconceptos Como hemos dicho anteriormente, la primera parte del trabajo ha consistido en confirmar la existencia en nuestros alumnos de los conceptos previos detectados por los autores citados, en lo referente a circuitos elementales. Para ello hemos utilizado cuatro pruebas tipo test, diseñadas por dichos autores. Incluimos como ejemplo una de las pruebas utilizadas para detectar modelos de corriente en un circuito elemental. (Fig. 5). El problema del razonamiento secuencial no ha sido investigado debido a que nuestros alumnos están iniciando la Enseñanza Secundaria, y este punto responde a un análisis más complejo del circuito. 3.2. Confección del currículo Una vez analizados los resultados de las pruebas realizadas, hemos ordenado los contenidos correspondientes a Energía Eléctrica, en este nivel, de acuerdo-con el siguiente esquema: ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1988, 6 (3) OTROS TRABAJOS figura 5 Pruebas para la detección de modelos. Una pila se conecta a una bombilla como se muestra en el diagrama. La bombilla está luciendo. ¿Con que diagrama piensas que se describe mejor la corriente eléctrica en los cables? NO habrá La corriente corriente en el eléctrica irá cable en dirección a conectado a la la bombiIla en parte lateral '.. !' AMBOS de la bombilla ,/' CABLES .-....._ --. La dirección La dirección de la corriente de la corriente es como se es como se muestra. La muestra. La corriente será corriente será MENOR en el la misma en cable de ambos cables retorno ENERGIA ELÉCTRICA aprendizaje constructivista hemos elaborado unas fichas sobre las cuales trabajan los alumnos, persiguien1. Energía eléctrica: transformaciones. do estos objetivos: 2. ¿Cómo se reparte la energía en un circuito? 3. ¿Quién transporta la Energía Eléctrica? - Hacer reflexionar a los alumnos sobre una cuestión 4. Modelos de corriente. Intensidad. para, a continuación, discutir sus hipótesis en grupos 5. ¿Qué significa voltaje o diferencia de potencial? de cuatro. El resultado de la discusión queda anotado 6. ¿De qué depende la intensidad de la corriente elécen la ficha, con lo cual se pretende que tomen concientrica a través de un conductor metálico? cia de sus ideas previas y de las de sus compañeros. 6.1. Ley de Ohm. Resistencia de un conductor metálico. - Realizar el montaje propuesto en la cuestión inclu6.2. Circuitos en serie y paralelo. Aplicaciones. yendo en él aparatos de medida y anotar sus resultados. 7. La electricidad en casa. Tratar de explicar los resultados experimentales obtenidos, de acuerdo con sus hipótesis y, en caso de conEl desarrollo de este currículo responde a las siguienflicto, elaborar otras nuevas que expliquen satisfactotes ideas básicas: riamente los hechos. i) Iniciar el tema partiendo de la conservación de la - ~fi~~~~~ las nuevas ideas mediante la resolución de energía en un circuito para encauzar dentro de un Punto otras cuestiones planteadas sobre el mismo problema. de vista científico el preconcepto que los alumnos tienen de fuente-consumidor, y también para eludir el pro- - Proporcionar oportunidades a 10s estudiantes pablema del estudio del campo eléctrico, que nos parece ra integrar estos ~0n0~imient0~ en SU ambiente diario. demasiado abstracto para este nivel. Como aclaración de todo lo expuesto, incluimos dos ii) Introducir la corriente eléctrica como una explicafichas que tratan de afianzar el modelo conservativo ción del modo en que se transporta la energía aprovede corriente (Fig6). chando este planteamiento energético para definir el concepto de voltaje como la energía gastada por unidad de carga que atraviesa un receptor (Hartel, 1982). RESULTADOS Y CONCLUSIONES iii) Promover la inclusión de las ideas adquiridas en La experiencia se ha realizado con tres grupos de dumel aula dentro del mundo cotidiano de los alumnos. nos de 20 de BUP del IB Rey Pastor de Madrid y ha tenido una duración de cinco semanas, d final de las 3.3. Metodología cuales se han repetido las pruebas iniciales, para evaPara poner en práctica el modelo de enseñanzaluar si se ha producido un cambio conceptual. ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1988, 6 (3) 287 -~~- OTROS TRABAJOS figura 6 Dos modelos de fichas para afianzar el modelo conservativo de la corriente. Vamos a interpretar el circuito de le Pipura d acuerdo con nuestro modelo ds corriente. ~Cdmo debe ser le intensidad I? Mayor en el punto 1 que en el punto 2, y en il meyor que en el 3. 3 Igual en 1,2 y 3 Le bombilla B brille 6s que la bombilla B Les dos bombillas brillen igual Razona tus contestaciones. Discute can tus compañaros de equipo las distintas contestaciones. Pera comprobrrr vuestras conclusiones veis e montera1 circuito y medir la intensid~d en wda punto 8. Anota lo que mercan los amperfmtms y a la viste de los resultados revise tus predicc- - Completa el siOuiente cuadm con tus predicciones sobre 1.3 circuitos, de la rnisnw mensra que en le ficha anterior. - uozrte después el Primer circuito interielendo amwrinstms en los Puntos 1, 2 y 3, y tome note de los veloras que rnarcan. De acusrdo con las resultedos obtenidos confim o rectifice tus Predicciones. Los primeros resultados obtenidos sobre detección de Puede resultar sorprendente que en este nivel de ensepreconceptos indican el modo en que los alumnos coñanza aún exista un porcentaje significativo de alumnectarían una pila a una bombilla para que ésta luzca. nos que no es capaz de realizar el montaje correcto. (Fig. 7). Para intentar solucionarlo procedimos a una entrevista con cada alumno en el laboratorio, dándole el mafigura 7 terial necesario para que realizaran la conexión adeFormas de conexión de una pila a una bombilla. cuada. Después de la misma prácticamente todos los alumnos superaron el problema. Respecto de los modelos de corriente adoptados por los alumnos se han conseguido los siguientes resultaC? dos globales (Tabla 1). f 2.6% Quizás lo más significativo de estos resultados sea que los alumnos han abandonado la idea de fuente8,8 % consumidor en sus distintas versiones. Con respecto al concepto de diferencia de potencial, los resultados son los que recoge la Tabla 11. n Tabla 1 % Alumnos que optan por cada modelo 288 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1988, 6 (3) 1 OTROS TRABAJOS Tabla 11 DIFEEZENCIAN VOLTAJE 4 ^ o_ INTENSIDLIM APLICAN1 COUIZECIAMENTE AMBOS CONICEPTOS INICIA.1-- I 4.9 0 F I N L. l.. 25.3 24.5 Inicialmente, un gran porcentaje de alumnos no diferenciaban entre corriente y voltaje, y ninguno de ellos era capaz de aplicar estos conceptos correctamente en circuitos electricos. Al finalizar el aprendizaje los alumnos que eran capaces de diferenciar ambos conceptos tambidn sabian aplicarlos correctamente en circuitos tanto abiertos como cerrados, aunque este porcentaje no fuera elevado debido a la dificultad del tema. Por otra parte, nos interes6 comparar el nivel de conocimientos adquirido por los alumnos que habian realizado la experiencia con el de otros alumnos del mismo centro. Para ello se ha propuesto a todos una prueba clasica de contenido (diferente a las disenadas para medir el cambio conceptual en los alumnos «experimentales») que ha dado un resultado superior en el grupo experimental con un nivel de significaciOn del 9507o. A pesar del aparente exito de este sistema de trabajo, los resultados no son concluyentes, pues, segim muchos autores (McDermott 1984, Osborne 1985, Tiberghien 1983), las ideas originales de los alumnos vuelven a reimplantarse pasado cierto tiempo, y persisten incluso en los niveles de ensefianza superior (Viennot 1979). Debido a esto es imprescindible seguir la investigaciOn en este campo comprobando si se mantiene el cambio conceptual, para lo cual tendremos que pasar las mismas pruebas al cabo de seis meses de finalizada la instrucci6n y continuar la misma linea de investigaciOn en todos los niveles. 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