Animaciones y simulaciones computacionales para mejorar los procesos de enseñanza-aprendizaje de las ondas en Bachillerato

Máster en Profesor de Educación Secundaria Obligatoria y Bachillerato, Formación Profesional y Enseñanzas de Idiomas Trabajo Fin de Máster Animaciones y simulaciones computacionales para mejorar los procesos de enseñanza-aprendizaje de las ondas en Bachillerato Autor : Pelayo Marín Villa Tutora : Ana María Grande Sáez Curso 2020-2021 A mi madre, por enseñarme el ocio A mis alumnos de prácticas escribir para no morir tarea idiota que odio placer que sólo da trabajo el tiempo de llenar un papel es tiempo ya de muerte y lleno sólo tiende un puente en el vacío Alberto Cardín Garay Agradecimientos Quisiera dedicar las primeras líneas a los familiares y amigos que me han apoyado durante los acontecimientos más amargos de los últimos meses. Sin lugar a dudas, vuestro cariño y empuje me permitieron reotar y poder concluir este trabajo a tiempo. Gracias de todo corazón. Sirvan estas líneas para reconocer el empuje, los consejos, la ayuda y la dedicación proporcionados por mi tutora Ana. Ella siempre estuvo dispuesta a echarme una mano en la creación de una propuesta que persigue expandir la aplicación de los recursos informáticos de una manera responsable en la enseñanza de la física en los institutos y fue una suerte aprovechar su pasión y experiencia como docente para perlar algunos aspectos del trabajo. Por otro lado, Óscar Ruiz Pardo tuvo la amabilidad de acogerme como tutor de prácticas en el IES Pinar de la Rubia, un centro que llevo en el corazón desde los once años, durante los dos meses que duró mi estancia. Guardo en mi memoria con gran cariño nuestras conversaciones por los pasillos, las horas de guardia en la 205, los ratos policiacos durante los exámenes, las reuniones de tutores, la instalación de aquella exposición sobre el consumo sostenible... A él va también este texto. Me siento obligado por un prurito de justicia a recordar la inuencia decisiva de tres profesoras maravillosas durante mi etapa secundaria, tres monumentos a la profesión, sin las cuales no valdría la pena dejarse arrastrar por la nostalgia tan fácilmente. Me referiré a ellas siguiendo el orden alfabético de los nombres con que siempre las traté. Elena avivó el fuego literario que había comenzado a avivar en mi interior desde que mandé una zapatilla de Hércules a Marte con cinco años y lo convirtió en una pasión irrefrenable. Tuve la innita suerte de cursar una asignatura optativa ya extinta, Literatura Universal en cuarto curso de ESO, que se convertiría en mi favorita de todos los tiempos (honor que mantiene aún). Elena creó una pasarela donde deslaron personajes tan signicativos como Antígona, Igenia, Lisístrata, Aquiles, Jasón, Virgilio, Dante, el conde Lucanor, Otelo, Fray Lorenzo y Macbeth. Pudieron hacerlo sin demasiada prisa ya que tuvimos la suerte de poder LEER esas obras inmortales, rechazando la gélida enumeración de características que acompañan a otros docentes de la materia. La única pega que se le puede poner a esa asignatura tiene que ver con factores climáticos: fue una lástima no poder disfrutar de la representación de Igenia en Áulide (Eurípides) en el teatro de Clunia por culpa de la inoportuna lluvia. De la puta lluvia. 3 Su iniciativa por el fomento de la lectura titulada Hoy nos lee llenaba la biblioteca durante los recreos de los jueves con un ambiente cultural donde experimenté la lectura pública de obras tan fascinantes como Los autonautas de la cosmopista (Julio Cortázar y Carol Dunlop). Aunque si hay algo de lo que no puedo olvidarme es de su continuo apoyo a mi incipiente actividad escritora desde las primeras instancias de nuestro tratamiento mutuo cuando yo apenas levantaba metro y medio sobre el piso. En ello sigo, y quizás algún día pueda tener el honor de publicar algo que te llene de orgullo. María Jesús contribuyó decisivamente a mi desarrollo como apasionado de las ciencias naturales, en particular de la física y la química. Fue mi profesora de esas materias durante los dos años del bachillerato, además de tutora en primero, y con ella sufrí un enamoramiento hacia estas materias. Nunca había sido particularmente acionado a las matemáticas, las odiaba para ser claros, por lo que esta hazaña puede resultar particularmente digna de elogio. Ella me desveló que la física no consistía en una manivela de aplicar ecuaciones siguiendo una receta sino en un esquema de pensamiento emocionante mediante el cual acercarse a comprender el mundo a través de modelos y de la experimentación. Recuerdo vívidamente las clases sobre la estructura del átomo y la fascinación con que escuchaba sus razonamientos mientras desentrañaba aquellos misterios. He de agradecerle sinceramente además su insistencia en que no cometiese la locura de quitarme Matemáticas en segundo curso porque estaba harto de ellas (recordar estas cosas sirve para darse cuenta de que sí evolucionamos, al menos individualmente). Como apunte a la inuencia que ejerció sobre mí y algunos de mis compañeros, mencionar que fuimos capaces un buen número de nosotros de sacricar varias de nuestras preciadas tardes de segundo de Bachillerato en ir con ella al instituto a prepararnos para las Olimpiadas de Física y de Química. Se trata, sin duda alguna, de una profesora irremplazable. Seni ocupa un lugar especial en mi corazón. Con esta profesora de Biología y Geología, ¾quién se perdía una clase? Hablaba recientemente con un amigo (saludo si lo estás leyendo) sobre cómo volvió atractivos los aspectos más farragosos de la materia que nos habrían resultado sin duda pesados y anodinos en manos ajenas a las de esta mujer. Mediante su entrega constante, irrefrenable, apasionada y cercana logró despertar en mí y otros tantos compañeros el deseo por continuar los estudios cientícos en el bachillerato, donde tuvimos la suerte de volver a coincidir con ella en un aula sobresaturada. Esto no la desanimaba; al contrario, parecía crecerse ante la adversidad y dar lo mejor de sí. Quizás ella no lo sabe, pues no la he vuelto a ver, pero muy probablemente habría estudiado Biología en Valladolid arrastrado por su inujo si hubiese existido tal oportunidad. Y así, a modo de sorpresa, quiero concluir esta sección con un representante masculino. Me hace especial ilusión registrar su caso por tratarse de una muestra de cómo pueden evolucionar con el tiempo los lazos emocionales, afortunadamente. Descubrí en segundo de la ESO un profesor llamado Félix que impartía la asignatura Educación para la ciudadanía. El primer día fui condenado a la última la debido a su ordenación por orden alfabético de la clase. Nunca me gustó sentarme en primera línea intimidado por la presencia del profesor, pero normalmente me gustaba situarme en segunda o tercera para seguir la clase a una distancia confortable del adulto y la pizarra. Aquel destierro a los connes del aula por culpa de los designios azarosos del profesor serio que venía una sola vez a la semana provocó una pequeña 4 revuelta en mi interior que se zanjó con la indiferencia hacia esa asignatura durante el resto del curso y la creación de un antagonista . Años después, nalizado mi exilio, Félix volvió a cruzarse en mi camino con la excusa de la losofía y armado con una nueva herramienta para sembrar el terror en las aulas y cobrarse las cabezas de los estudiantes más pudorosos: los exámenes orales. ¾Qué locura es esta?, me reconcomía en mis adentros. Encima me toca en una asignatura por la que sé que no me voy a presentar a la PAU (se podía elegir por Historia y tenía mis preferencias claras en septiembre). Así llegaron, paulatinamente, el paso del mito al logos , los presocráticos, la mayéutica, la caverna, la física aristotélica, las tres vías, la revolución cientíca, el empirismo, el imperativo categórico (Kant fue una delicia), la dialéctica hegeliana, los maniestos obreros, la muerte de dios... Un recorrido por la historia de la losofía con el que limé mis asperezas con mi antagonista (si bien mi respeto a los exámenes orales no desapareció) y lo acepté como un docente increíble con quien tengo la suerte de haber forjado un vínculo indestructible. Finalmente, dicho sea de paso, acabé por hacer la opción de losofía en el examen de selectividad. Benditos cambios. 5 Resumen/Abstract La propuesta didáctica incluida en el presente trabajo pretende facilitar a los alumnos de segundo de bachillerato la comprensión de las ondas y los fenómenos ondulatorios utilizando recursos computacionales (simulaciones realizadas con CST Studio Suite y animaciones con Geogebra ) como complemento a las lecciones del profesor. La elección de una metodología basada en la combinación de estos dos elementos a partir de un enfoque constructivista del aprendizaje se asienta en una serie de estudios cientícos llevados a cabo durante los últimos quince años en España y otros países de nuestro entorno europeo que demostraron su efectividad para mejorar la comprensión de los conceptos físicos por parte de los alumnos frente a las metodologías únicamente expositivas, incapaces de corregir por sí solas las ideas previas y de ayudar a un aprendizaje signicativo. Palabras clave : TIC, CST-Studio, Geogebra, ondas, fenómenos ondulatorios, física. The teaching project included in this work aims at providing the students of the second course of Bachillerato with a frame which could potentially aid them to enhance their comprehension of waves and undulatory phenomenae by means of combining the usage of computational resources (simulations run on CST Studio Suite and animations coded with Geogebra) as well as lecture exposition. This particular choice was made under the inuence of the constructivist learning theory of learning and a series of peer-reviewed scientic studies conducted in Spain and other nearby territories over the last fteen years which showed the eectiveness of this metodology so as to improve the students' comprehension of physics-related concepts against the exclusive talk-chalk method, unable to correct young learners' misconceptions of physics and help them produce a meaningful learning. Keywords : ITC, CST-Studio, Geogebra, waves, undulatory phenomenae, physics. 6 Proemio - Sobre ciencia, magia y docencia When people choose not to believe in God, they do not thereafter believe in nothing. They then become capable of believing in anything.  Edith Wharton, The Age of Innocence Vivimos en una era donde la magia continua dominando la sociedad con puño de hierro. Sus milagros, sucesos que Umberto Eco denió como cortocircuitos entre una causa y un efecto distantes entre sí, continúan absorbiendo a la inmensísima mayoría de las personas (cientícos incluidos). Han diversicado aceleradamente su presencia durante las últimas décadas para alcanzar lugares alejados de las ilustraciones de los códices, las paredes de los templos, las explicaciones del imán o del monje y volverse más atractivas en forma de YouTube , Instagram , TikTok y demás tecnologías y servicios contemporáneos cuya expansión es ya imparable. La ciencia, entendida como un sistema de pensamiento capaz de generar conocimiento revisable a partir de la experimentación, aunque sujeto a variables como la serendipia, la imaginación o las creencias sobrenaturales, se encarga fundamentalmente de establecer relaciones causales entre elementos cuya conanza se cimenta sobre el grado de conanza de los resultados obtenidos. Resulta innegable para cualquier persona que conozca, por supercial que sea dicho conocimiento, la Historia de la Ciencia en el siglo XX las numerosísimas transformaciones sufridas por el conocimiento cientíco a lo largo de la centuria; en 1900 se discutía sobre el evolucionismo de Darwin y cien años después se secuenciaba el genoma humano. Habitualmente se sostiene que esta revolución cientíca provocó (y provoca) cambios signicativos incluso en las relaciones humanas de a pie más distantes de los laboratorios. Pero, ¾realmente la ciencia es el brazo ejecutor? ¾No estaremos confundiendo un sistema de pensamiento elusivo para muchas personas con una herramienta atractiva cuya proliferación escapa a nuestro control? Una herramienta llamada tecnología cuya misión consiste en ofrecer cortocircuitos entre las causas y efectos encontradas por la ciencia y ocultados bajo una carcasa opaca pero atrayente. Esto no implica la necesidad de caer en reduccionismos estúpidos por medio de los cuales parecer un ludista trasnochado. Necesitamos a la tecnología para llegar donde antes tan sólo pudimos soñar, ya sea en el plano espacial (la Luna, Marte...), médico (protonterapia, resonan- 7 cia magnética...), comunicativo (internet y sus posibilidades), artístico (el cine o la fotografía serían imposibles, la música está disponible en cualquier lugar...), empresarial (robotización de las tareas repetitivas, nuevas formas de extracción de recursos naturales...) o energético (sistemas fotovoltaicos y de viento...), entre muchos otros. Algunos productos tecnológicos como las lavadoras eliminan de nuestras vidas cotidianas actividades muy sacricadas, o nos permiten desplazarnos grandes distancias para trabajar o disfrutar de unas vacaciones. La tecnología, por otra parte, también repercute positivamente en la investigación cientíca si es capaz de proporcionar instrumentos con los que obtener unos resultados de mayor conanza. El peligro que vengo a recordar aquí es la tendencia natural a subestimar el efecto calmante de la magia sobre el intelecto en las personas versadas y, peor aún, la capacidad de suprimir el interés en las mentes legas. El sueño de la razón no produce monstruos sino fantasías. Algunas de las maquinaciones pueden llevar a la militancia en foros conspiranoicos, la negación de las fuentes de información cientícas y la entrada en sectas oscurantistas, aunque sin ir tan lejos también puede desembocar en una posición insensible frente a los ataques sistemáticos al cuerpo investigador de un país o una federación. Paradójicamente, la tecnología nacida de un conjunto de conocimientos cientícos posibilita una difusión más ecaz de la propaganda anticientíca, y una acomodación cognitiva a la autoridad tecnológica debilita la posición cientíca en la sociedad. ¾Qué hacer ante esta situación? Desde luego que una pregunta tan abierta puede responderse desde tantos puntos de vista como seres humanos se planteen resolverla. En primer lugar, considero necesario identicar estos problemas porque, volviendo al discurso de Eco, es útil [...] saber en qué mundo vivimos, sacar las conclusiones, volvernos tan astutos como la serpiente y no tan ingenuos como la paloma . En segundo lugar, aunque la realidad hipermediatizada nos recuerda frecuentemente el peligro que suponen estos grupos, no considero que haya una proliferación alarmante de escépticos irracionales (es sensato serlo en su justa medida). Considero que hay pruebas como las altas tasas de vacunación voluntaria en la campaña española demuestran que la mayoría de los españoles confía en la ciencia a pesar de la ingente cantidad de falsedades e informaciones tendenciosas vertidas sobre la tecnología de las vacunas durante el último año (bien es cierto que seguimos escuchando aquello de la vacuna buena y la vacuna mala aunque estadísticamente no tiene un impacto signicativo en la campaña). Nótese cómo he marcado la forma conjugada del verbo conar , pues sería estúpido pensar que todos los millones de españoles vacunados y por vacunar han analizado rigurosamente y comprenden la acción de la vacuna y el sistema inmunitario, se han leído los informes de las farmacéuticas y de las agencias del medicamento internacionales y comprenden todos los riesgos posibles. La gente, simplemente, confía en la vacuna como único instrumento para despertar de la pesadilla y recuperar sus vidas previas; un pinchacito en el brazo y ½pluf! adiós miedos. Volvemos nuevamente al equívoco entre lo que es tecnología y lo que es ciencia, pues hay una ciencia sobre la que se apoyan unas vacunas que realmente son un producto tecnológico mágico para quienes no son expertos. El origen de esa conanza creo que reside precisamente en la educación, aunque quizás no de la forma que algunos desearían. Me explico: creo que la mayoría de los españoles se fían de la ciencia porque, independientemente de sus carreras profesionales, alguna vez en su 8 pila de hidrógeno, las enfermedades mentales, la síntesis de polímeros y las aplicaciones de la nanotecnología. Mediante un discurrir por estos y otros temas de actualidad cientíca y tecnológica se pretende que los alumnos tomen conciencia de la ciencia como el motor de desarrollo de nuestra sociedad. 1.2. La física en la educación secundaria española Una vez visto todo lo anterior, ¾dónde queda la física? Algunos de sus contenidos se trabajan en las asignaturas de Cultura cientíca y Laboratorio de ciencias que aparecen en la sección previa, aunque el grueso curricular se lo lleva la asignatura llamada Física y Química, situada entre segundo curso de ESO y primero de Bachillerato, y la Física de segundo de Bachillerato. 1.2.1. ESO Los dos únicos niveles educativos donde el estudio de los contenidos relacionados con la física es inexcusable son segundo y tercero de ESO. Ambos cursos tienen dos bloques denominados El movimiento y las fuerzas y Energía que incluyen el movimiento rectilíneo uniforme, la ley de Hooke, la fuerza de rozamiento, la interacción electrostática y magnética (tratamiento cualitativo, no vectorial), la diferencia entre calor y temperatura, los tipos de energías, la ley de Ohm o la ley de Moore. De esta forma se pretende que los estudiantes tengan una visión panorámica de los intereses de la física mientras construyen un bagaje elemental que expandirán en los años subsiguientes quienes continúen por el itinerario cientíco. Aquellos estudiantes que deciden continuar sus estudios con otras materias de corte humanista no volverán a ampliar sus conocimientos en la escuela. En cuarto de ESO se introducen la hidrostática, la ley de gravitación universal y las leyes de la dinámica de Newton, el equilibrio térmico y las máquinas térmicas. La introducción de los nuevos elementos matemáticos de este curso, los vectores, para el análisis de los problemas físicos supone un salto signicativo respecto de las herramientas escalares utilizadas hasta entonces, si bien esta preparación es necesaria de cara al Bachillerato. Durante mi experiencia de prácticas pude tomar buena nota de los inmensos problemas sufridos por los estudiantes que promocionaron al bachillerato cientíco sin una base de conocimientos en magnitudes vectoriales, motivo que me lleva a destacar este apartado. 1.2.2. Bachillerato Los contenidos de física ocupan tres bloques temáticos del primer curso de bachillerato. Suponen una revisión y expansión de los conceptos estudiados durante la ESO haciendo uso de 15 un rigor matemático más acentuado debido a la posibilidad de aplicar derivadas (se introducen en la asignatura de Matemáticas) y la exigencia mínima de los vectores. Además de revisar los movimientos rectilíneos, se introducen los compuestos (lanzamiento parabólico), el movimiento circular uniformemente acelerado y el movimiento armónico simple haciendo uso de las funciones armónicas. El bloque de dinámica revisa las tres leyes de Newton e introduce dos magnitudes físicas cruciales para el estudio de los sistemas dinámicos como son el momento lineal y el momento angular. También se introducen las fuerzas centrales, la ley de Coulomb y el principio de superposición. Finalmente, en el bloque de la energía, se trata la conservación de la energía mecánica, el teorema de las fuerzas vivas y el trabajo eléctrico. Finalmente, los estudiantes que alcanzan el curso de segundo de Bachillerato siguiendo el itinerario cientíco tienen la oportunidad de matricularse en la asignatura de Física. Compuesta por cinco bloques de contenidos puramente dedicados a la materia, el primero versa sobre la actividad cientíca, los conceptos alcanzan el mayor nivel de abstracción de toda la etapa secundaria y al estudiante se le exige una mayor rigurosidad en sus razonamientos. Estos bloques incluyen una ampliación de algunos de los contenidos trabajados en los años previos sobre gravitación y electromagnetismo utilizando el concepto de campo y otras herramientas matemáticas como el potencial y el ujo, amén de los vectores. Por otra parte, existe un bloque dedicado a la óptica geométrica, otro a la física contemporánea y, nalmente, uno a los fenómenos ondulatorios. Este es el bloque de contenidos que centrará la atención del trabajo durante el resto de su extensión. 1.3. Sobre la distinción entre animaciones y simulaciones computacionales En este trabajo se considerarán animaciones aquellos programas destinados a ilustrar los conceptos físicos utilizando unos modelos físicos muy simples. La valía de dichos programas reside en la oportunidad de visualizar de forma animada el marco conceptual que debe estudiar el estudiante con el n de facilitar su comprensión de éste. Los alumnos podrán interactuar con estos programas variando algunos de sus parámetros con objeto de observar sus efectos. Por otro lado, las simulaciones son programas más rigurosos físicamente hablando capaces de reproducir con gran precisión fenómenos naturales de interés como la difracción por una rendija o las interferencias producidas por dos fuentes coherentes separadas una distancia ja. El aspecto diferencial respecto de las animaciones es su representación avanzada de la realidad física; el programa utilizado en este trabajo, CST Studio Suite , es utilizado por la industria tecnológica para estudiar los diseños de antenas, aceleradores de partículas, etc. Los alumnos tendrán acceso a los resultados en forma de vídeos o gifs de las simulaciones programadas por el profesor de aquellos fenómenos cuya visualización considere más enriquecedora con el n de facilitar su comprensión de estos y, de ese modo, facilitar su aprendizaje. 16 Capítulo 2 Justicación de la propuesta El futuro de los niños siempre es hoy. Mañana será tarde.  Cristina Peri Rossi, La rebelión de los niños Las dos primeras secciones de este capítulo presentan de forma muy resumida los principios del aprendizaje signicativo a partir del constructivismo losóco y de las competencias clave establecidas por organismos internacionales a nales del siglo XX. A continuación, se exponen algunos de los hallazgos en investigaciones educativas realizadas durante los últimos años sobre las dicultades experimentadas por los estudiantes de conceptos físicos en secundaria. Finalmente, se abordan una variedad de soluciones propuestas para mejorar la accesibilidad de los contenidos. 2.1. El aprendizaje signicativo El constructivismo es una corriente losóca surgida en el siglo XX según la cual el sujeto edica su conocimiento a partir de aquello que conoce previamente. Tal y como explica [González-Tejero and Parra, 2011], el constructivismo deende que el conocimiento que posee cada individuo es una construcción propia surgida de la interacción entre los estímulos que recibe (lectura de un texto, atención a una conferenciante, etc.) y sus estructuras cognitivas y sociales. [Palmero, 2010] informa sobre como Ausubel desarrolló esta teoría jándose en los aspectos que afectaban al aprendizaje del alumno, la inuencia de las características cognoscitivas y personales, qué aspectos sociales e interpersonales favorecen el proceso de aprender, la motivación y distintas formas de asimilar el conocimiento, etc. La teoría del aprendizaje signicativo deende que el nuevo conocimiento se adquiere mediante el proceso de interacción con la es- 17 tructura cognitiva del individuo, lo que en otras palabras podría expresarse como relacionar los nuevos conocimientos con las ideas previas que el alumno adquirió en el pasado [Palmero, 2010]. Estas ideas previas son cruciales pues dotan de signicado a los nuevos conocimientos al ser adquiridos. [Moreira, 2010] deende que esta interacción no se da con cualquier idea previa del sujeto sino con algún conocimiento especialmente relevante para la cuestión que ya formaba parte de la estructura cognoscitiva del sujeto, lo que Ausubel denió como subsunor o idea-ancla . Tanto [Palmero, 2010] como [Moreira, 2010] coinciden en que deben existir ciertas condiciones favorables para que se dé lugar un aprendizaje signicativo: El material del alumno debe contener información que relacione los nuevos conceptos con las ideas previas de los alumnos, tener un desarrollo lógico de la materia y estar lo más contextualizado posible. Predisposición favorable del alumno para desarrollar su aprendizaje, lo que se traduce en una actitud cognitiva proactiva. Que el alumno posea unas ideas previas adecuadas sobre las cuales se pueda construir el conocimiento. La teoría del aprendizaje signicativo que domina el panorama de nuestra ley educativa actual, LOMCE, y futura, LOMLOE, es una teoría constructivista. No sólo eso, también se considera que es la base para asegurar la formación cientíca de los alumnos tanto en el plano competencial como en la comprensión de los fenómenos físicos [Sahelices, 2009]. 2.2. El desarrollo de las competencias clave Hace ya veinticuatro años, en 1997, nació el proyecto DeSeCo (Denition and Selection of Competencies) al calor del programa PISA (Program for International Student Assessment) [Rychen and Salganik, 2003]. La función principal del proyecto DeSeCo era identicar y caracterizar las competencias educativas a partir de los fundamentos teóricos educativos y empleando un enfoque multidisciplinar. Luego de varios simposios internacionales, se llegó al consenso entre estudiosos de que las demandas de la sociedad de la información reclaman la disposición de un pensamiento crítico y un enfoque reexivo y holístico [Rychen and Salganik, 2003]. La labor del proyecto DeSeCo quedó plasmada en una clasicación de las competencias educativas en tres categorías: Usar las herramientas disponibles de forma interactiva. 18 Interactuar en grupos heteogéneos. Actuar de manera autónoma. España y otros países europeos optaron por un modelo propuesto por la Comisión Europea donde se combinan las competencias transversales y las áreas disciplinares para dar lugar a las competencias clave. La Recomendación 2006/962/CE del Parlamento Europeo estaba orientada a desarrollar una educación de calidad que estuviera adaptada al contexto social y a las necesidades de un futuro que en 2021 ya es presente. Se subrayaba la necesidad de facilitar a la juventud los medios necesarios para desarrollar sus competencias clave que les ayude a afrontar distintas situaciones y dicultades a lo largo de su vida, además de servirles como base para la vida laboral y la formación continua. La Ley Orgánica 2/2006, de 3 de mayo, de Educación introdujo las competencias básicas como elemento fundamental del currículo y la Ley Orgánica 8/2013, de 9 de diciembre, para la mejora de la calidad educativa modicó ligeramente su marco. Ahora se entienden como un "saber hacer"que se aplica en los diversos contextos académicos, sociales y profesionales, donde se le da igual de importancia tanto al conocimiento adquirido como al propio procedimiento de aprenderlo. Se entiende que las competencias clave son aquellas que todas las personas precisan para su realización y desarrollo personal así como para la ciudadanía activa, la inclusión social y el empleo. El profesor es el responsable de diseñar y fomentar situaciones de aprendizaje signicativo donde se requiera que los alumnos resuelvan problemas, apliquen y transeran los conocimientos adquiridos y se promueva la actitud activa de los alumnos. El aprendizaje basado en competencias en el que también se basa la nueva Ley Orgánica 3/2020, de 29 de diciembre, por la que se modica la Ley Orgánica 2/2006, de 3 de mayo, de Educación destaca por su transversalidad y carácter integral. Finalmente, las siete competencias clave de nuestro sistema educativo son: Comunicación lingüística (CL). Competencia matemática y competencias básicas en ciencia y tecnología (CMCT). Competencia digital (CD). Competencia aprender a aprender (CAA). Competencias sociales y cívicas (CSC). Sentido de iniciativa y espíritu emprendedor (SIE). Conciencia y expresiones culturales (CEC). 19 2.3. Las dicultades y retos en el aprendizaje de la física en la educación secundaria 2.3.1. Investigaciones relevantes Antes de denir una estrategia para abordar un trabajo satisfactorio de las competencias clave y el aprendizaje signicativo, hay que identicar los factores identicados por algunas investigaciones cientícas relevantes que dicultan la enseñanza de la física en la educación secundaria. En primer lugar, [Amadeu and Leal, 2013] sigue un enfoque constructivista para señalar dos parámetros determinantes en los procesos de enseñanza-aprendizaje de la física: las ideas previas sobre la ciencia y la forma en que se enseña la física. La primera categoría incluye, como se ha explicado en 2.1, una serie muy variada de estructuras cognitivas esculpidas por los entornos socioculturales de los estudiantes. Los partidarios del modelo constructivista del aprendizaje (particularmente [Driver, 1986]) otorgan una gran importancia a estas ideas porque consideran que inuyen en las interpretaciones que hacen los sujetos de la información que se les hace llegar. Conviene resaltar que unos desarrollos curriculares constructivistas puestos en marcha a nales del siglo XX [van den Akker, 1997] demostraron la conveniencia de que los profesores tuvieran presentes las ideas previas de sus estudiantes de cara al planteamiento y diseño de actividades así como el desarrollo de estrategias de aprendizaje y evaluación. Siguiendo esta línea se encuentra el trabajo [Jimoyiannis and Komis, 2001], que apunta la existencia de un sistema de creencias e intuiciones sobre los fenómenos naturales extraídos de sus experiencias cotidianas que condicionan su desempeño en las materias cientícas. Otras investigaciones como [Halloun and Hestenes, 1985] o [Whitaker, 1983] identicaron las concepciones aristotélicas de los estudiantes adolescentes de contenidos relacionados con la cinemática; piensan, por ejemplo, que la velocidad de un cuerpo que cae es proporcional a su masa [Halloun and Hestenes, 1985]. Los docentes de física (y cualquier materia cientíca) deben ser conscientes de la existencia de unas intuiciones sensibles o primerizas de los adolescentes que constituyen un (doloroso) recordatorio a todos los cientícos sobre la abstracción de su conocimiento. Sin embargo, una mirada histórica demuestra cómo la ciencia ha podido sobreponerse críticamente al marco pre-empírico que la dominaba antes del Renacimiento para acomodar a las nuevas generaciones de cientícos en paradigmas racionalistas. Por tanto, las concepciones o ideas previas parecen tener un efecto signicativo en los procesos de enseñanza-aprendizaje que los profesores deberían tratar de contrarrestar utilizando metodologías de probada ecacia contra ellas. Un número signicativo de publicaciones recogidas en [Rutten et al., 2012] han encontrado válido el uso de simulaciones computacionales para ayudar a cimentar las ideas cientícas en detrimento de las previas. El otro aspecto mencionado por el trabajo [Amadeu and Leal, 2013] tiene que ver con la didáctica de la física. Los profesores recurren habitualmente a representaciones simbólicas 20 como grácas o esquemas para explicar los conceptos físicos [Ploetzner and al., 2009] no sólo mediante la palabra. La creciente disponibilidad de medios informáticos tanto en las aulas como en los hogares posibilita a los docentes incluir representaciones dinámicas de conceptos físicos dependientes del tiempo y el espacio [Ainsworth and VanLabeke, 2004] que también pueden venir acompañados de características sonoras gracias a las posibilidades multimedia. La utilización de las representaciones animadas puede desarrollar las habilidades de resolución de problemas cientícos en los estudiantes [Liu et al., 2008] y, como se comentó previamente, ayuda al aprendizaje de los conceptos físicos [Rutten et al., 2012]. Otras investigaciones recogen las opiniones directas de los estudiantes de secundaria. Un estudio de caso puso en práctica una escala de valoración relativa a la dicultad para aprender conceptos físicos (conocida como DiLP-S) en los alumnos de un centro de educación secundaria [Ekici, 2016]. A partir de ella se investigaron las causas de los obstáculos, identicando tres signicativas: el currículo (se habla de la disonancia entre lo que se enseña y el entorno inmediato del alumno), la fragmentación del conocimiento (las estructuras cognitivas de los estudiantes relacionadas con las materias están desconectadas entre sí y entorpecen el aprendizaje [Jimoyiannis and Komis, 2001] [Ploetzner and al., 2009]) y el carácter eminentemente teórico de su enseñanza (se trabaja mucho la competencia matemática y apenas el trabajo procedimental). En la investigación de [Solbes et al., 2007] aparece de nuevo mencionado como problema la distancia entre la investigación y el aula, además de la falta de comprensión acerca de la importancia del desarrollo cientíco y la percepción en los cursos más elevados de una escasez de salidas profesionales frente a otros campos técnicos como las ingenierías. Los alumnos consideraban las materias cientícas como asignaturas aburridas y sin futuro. Los autores proponen trabajar con los alumnos para que relacionen la actividad cientíca con su entorno social, algo correspondido por las demandas que hacen los propios estudiantes [Vilches and Furió, ] de trabajar más el enfoque CTS (por las iniciales de c iencia, t ecnlogía y s ociedad) en las asignaturas cientícas. Todas estas circunstancias afectan negativamente a la percepción de las ciencias en los alumnos. Periódicamente aparecen estudios dirigidos a medir el interés de los niños y adolescentes hacia el conocimiento cientíco, como [Murphy and Beggs, 2003]. Una denición de interés resulta problemática debido a lo esquivo que resulta describir con precisión ese tipo de sentimientos. Desde un punto de vista psicológico, el trabajo [Harackiewicz et al., 2016] reconoce que el término puede aludir a dos experiencias diferentes: por un lado, la sensación momentánea de ser cautivado por un objeto (imaginario o físico) y, por otro, los sentimientos duraderos que indican que el objeto es agradable y merece una atención mayor. De este modo, aquella persona interesada en un tema es capaz de obtener placer momentáneo al estudiarlo y también cuenta con una disposición anímica que favorece la continuidad de su empeño de forma prolongada en el tiempo [Hidi and Renninger, 2006] (decisivo para elementos educativos como la autorregulación [Sansone and Thoman, 2005]). Son estas dos dimensiones del interés lo que convierten a este factor emocional en una clave para la enseñanza de cualquier disciplina, particularmente la física. 21 Recientemente se publicó un trabajo [Rodríguez et al., 2019] que trató de medir el grado de interés de un grupo de estudiantes del Bachillerato cientíco español. Dicha investigación puso de maniesto que la distancia entre la ciencia y el entorno de los alumnos provoca, además de un gran desconocimiento, la pérdida de interés en el estudio de asignaturas cientícas. Esto trae como consecuencia una menor intención de emprender carreras cientícas en el futuro inmediato. Estas observaciones concuerdan con la bajada en los números de matriculados en los grados universitarios de ciencias de las universidades españolas durante el periodo 2006- 2016 [Peraita and Pastor, 2010]. Un nivel de interés elevado por parte de los alumnos (y del profesor) es, por tanto, fundamental para conseguir una dinámica satisfactoria de los procesos de enseñanza-aprendizaje. Aunque, sin embargo, resulta esquivo precisar formas de trabajo que favorezcan inequívocamente el aumento del interés debido a la dependencia de múltiples factores ambientales y personales. No obstante, uno de los factores señalados por [Solbes et al., 2007] o libros como [Bauman, 2005] fue la sensación de distanciamiento en el aprendizaje de las ciencias frente a sus contextos más inmediatos; unos contextos que, en pleno siglo XXI, contienen imperativamente TIC. 2.3.2. Una discusión multidisciplinar sobre el fondo de la cuestión Las próximas páginas incluyen una discusión que abordará el sentido histórico y pedagógico de la lección magistral como instrumento de la tradición educativa española. A continuación, a partir de unas consideraciones losócas, antropológicas y sociológicas, se procurará entender la naturaleza más íntima de algunos elementos problemáticos señalados por las investigaciones aludidas en la sección anterior. 2.3.2.1. Origen y polémicas de la tradición educativa española En primer lugar, se propone realizar una humilde indagación histórica con el objetivo de aclarar la procedencia de algunos de los elementos legislativos o sociales que están (o han estado hasta hace poco) presentes en la educación española. No se trata de una investigación académica propiamente dicha, tan sólo se ofrece una breve muestra de conocimientos para reejar los rasgos generales de la evolución histórica de los elementos educativos. Por ejemplo, se persigue responder: ¾de dónde proviene la concepción de la escuela como mecanismo de transmisión de un conocimiento poseído por un maestro a unos alumnos ignorantes a través de métodos repetitivos, memorísticos? ¾Por qué se divide a los alumnos en clases? ¾Cuál fue el cometido original de hacer exámenes? Se propone comenzar a repasar la tradición educativa en el mundo clásico griego. La península e islas helenas formaban una constelación de ciudades-estado llamadas polis con su propia organización política. No obstante, tal y como señala el estudio más riguroso hecho sobre la cultura griega [Jaeger, 2017], la crianza de los jóvenes se entendía en todas las polis 22 como la transmisión de unos valores y habilidades técnicas propias de la sociedad. El concepto paideia se utilizaba para designar al conjunto de elementos formativos que harían del individuo una persona apta para ejercer sus deberes cívicos [Jaeger, 2017], entre los que se encontraban la actividad gimnástica, la gramática, la retórica (especialmente importante en Atenas) y la losofía (que incluía aspectos geométricos). Los alumnos de las escuelas (en griego scolé signicaba ocio) como el Liceo o la Academia eran instruidos en dichas disciplinas con el objetivo de convertirse en ciudadanos virtuosos para la polis , alejados de las preocupaciones repetitivas o manuales (consideradas indignas) y centrados en la vida social [Jaeger, 2017]. Los maestros de la virtud también ofrecían sus enseñanzas a cambio de un precio económico [Jaeger, 2017]. Los sostas atenienses compusieron el grupo más notorio de estos tutores particulares a quienes muchas familias acaudaladas conaban la formación (especialmente retórica) de sus miembros más jóvenes. Entre los ejemplos cuyo eco ha persistido hasta nuestros días se encuentran Protágoras o Gorgias, a quienes Platón dedicó sendos diálogos losócos criticando su labor. El lector interesado puede dirigirse a las obras siguientes para ser cómplice de las polémicas de la época: Sosta y Protágoras de Platón, y Las nubes de Aristófanes. Para hablar de Roma, se presenta en primer lugar este relieve encontrado en Neumagen, Alemania (Figura 2.1). Figura 2.1: Grabado de una escuela romana. Fuente: akg images. La obra muestra a un profesor junto a tres discípulos. Un detalle importante es la actitud del alumno que se encuentra de pie y saluda porque llega al ludus (juego, en latín) sin ser reprendido. Nótese la ausencia del adverbio tarde porque en aquel sistema la escuela no estaba organizada según una división horaria. El alumno podía llegar a la institución cuando dispusiera de mejor humor para realizar una serie de tareas multidisciplinares, continuando la tradición griega, programadas por el cuerpo docente. Así, la formación se centraba en enseñar la humanitas , un concepto de nuevo extenso que incluía cualidades como el conocimiento de las leyes, la oratoria o la gimnasia que diferencian al hombre cultivado del bárbaro ignorante. Ahora bien, conviene señalar claramente que no todos las personas que habitaban los territorios helenos ni romanos recibían la misma educación (muchas personas ni siquiera tenían 23 derecho a ello): tan sólo tenían acceso a este desarrollo las familias de clase alta o patricia. Tampoco había ninguna institución encargada de velar por la uniformidad de las enseñanzas a lo largo de los territorios unidos políticamente, por lo que sería incorrecto señalar la existencia de sistemas educativos [Jaeger, 2017]. La Edad Media, lejos de ser el periodo oscurantista revisado bajo la óptica ilustrada del siglo XVIII, alumbró el nacimiento del pensamiento cientíco contemporáneo a través del pensamiento de Roger Bacon y Guillermo de Occam. Es el tiempo también de la escolástica y, en consecuencia, del nacimiento de los centros de estudio donde acudían personas de todos los rincones de los reinos europeos a formarse en las artes liberales y teología: las universidades. El método escolástico estaba compuesto por tres pilares fundamentales [Éthienne Gilson, 2014]: Lectio , lectura y comentario de textos por parte de un orador a la audiencia. De ella se siguen las glosas, las sentencias y las sumas. Disputatio , discusión pública de cuestiones controvertidas. Quaestio , reorganización de los textos, comentarios y sentencias extraídas de la lectio . Estos elementos son a su vez las bases de la lección magistral, la clase participativa y el seminario. Los estudiantes colaboraban diariamente entre sí para aprender de los textos, recibiendo de parte de los doctores tan sólo algunas indicaciones [Éthienne Gilson, 2014]. Sin embargo, durante este periodo la educación tan sólo se desarrolla a nivel superior, olvidándose de la primaria y la secundaria [Éthienne Gilson, 2014]. Hubo que esperar a la Reforma y a la Contrarreforma [Ángel Martín, 2010] para introducir la división horaria de las franjas matutinas, la necesidad de superar unas pruebas basadas en la demostración de la retención memorística del conocimiento (orden jesuítica), los libros de texto (Comenio, padre de la educación reformista, considera que hay que educar en serio y en serie [Ángel Martín, 2010]), la división en clases por edades y las lecciones pseudoparticipativas donde alguien lee y se identica el silencio del público como respeto (orden salesiana). Estas órdenes fusionaron esos elementos reguladores con la lección magistral como herramienta pedagógica básica con la que instruir oralmente a los ignorantes para asegurar la transmisión de los conocimientos. Todo ello construye un modelo educativo panóptico: los estudiantes deben comportarse como si estuvieran bajo el escrutinio continuo de la autoridad docente, de modo similar a como un cristiano se debe comportar siguiendo el catecismo en todo momento ante la omnipresencia de Dios. Es aquí donde se encuentra nalmente el origen de la tradición educativa española. Las dos grandes instituciones religiosas, jesuitas y salesianos, mantuvieron el control fáctico sobre la educación del grueso de la población durante cuatro siglos con la consiguiente imprenta de sus métodos generación tras generación. Así, ¾romper con la tradición supone eliminar la lección magistral? Luis Garicano, eurodiputado por el partido Ciudadanos, redactó un artículo de opinión titulado ¾El n de la 24 elemental de las ondas hasta el último curso de la susodicha modalidad de educación posobligatoria. No puedo aceptarlo en base a mi experiencia con los modelos atómicos durante mis prácticas en la ESO; explicar modelos atómicos (así de genérico viene estipulado en el BOE/BOCYL) a esas edades y esperar que lo entiendan sería como dar a leer en la asignatura Valores Cívicos Zur Genealogie der Moral (La genealogía de la moral) de Friedrich Nietzsche y sentarse a esperar un debate entre Slavoj iºek y Jordan Peterson. En efecto, en la Introducción 1puede observarse cómo los fenómenos ondulatorios tan sólo aparecen listados en el segundo curso de Bachillerato dentro de una asignatura optativa exclusiva del ámbito cientíco. Eso signica que, salvo excepciones que escapan al control de este trabajo, el alumno que alcanza el curso de antesala a la universidad no reconoce el sonido como onda longitudinal de presión, los batidos o las propiedades de las ondas estacionarias; puede que haya oído hablar de la polarización debido a los ltros disponibles en el mercado que oscurecen la visión, que se haya leído en algún lugar cómo parece quebrarse un lapicero al meterlo en un vaso de agua o que haya visto como en el coche para escuchar un canal de radio se mueve una ruleta con la que se busca una frecuencia. Y todo esto será magia para el alumno. Cabe recordar que esto no fue siempre así. La investigación española [Millán, 2005] conducida en ese año bajo el paraguas de la LOGSE se realizó en el cuarto curso de ESO y allí se incluía un temario relacionado con ondas para que los alumnos que terminasen la educación obligatoria tuvieran unas nociones mínimas sobre estos fenómenos. Por supuesto que el objetivo de la propuesta no puede ser un curso profundo sobre ondas y la tecnología derivada que ha tomado el mundo. Sin embargo, mediante la contextualización digital se buscará acercar los contenidos relacionados con fenómenos ondulatorios pertenecientes al currículo ocial a los alumnos de la forma más pedagógica y rigurosa para que, por vez primera en sus vidas estudiantiles, puedan entender acerca de la naturaleza de los fenómenos que les rodean desde los estanques hasta sus teléfonos móviles. 31 Capítulo 3 Objetivos de la propuesta Educar no es llenar, sino encender.   Paulo Freire, La educación en la ciudad Basado en el capítulo anterior, los objetivos de la propuesta didáctica se pueden dividir entre generales y especícos . Los primeros tienen relación con los logros más genéricos o transversales denidos en la legislación actual para el Bachillerato. Los objetivos especícos están relacionados con los logros propios de esta actividad enmarcada en el Bloque 4: Ondas de la asignatura Física en segundo curso de Bachillerato. 3.1. Objetivos generales Primero, los objetivos generales basados en los de la ORDEN EDU/363/2015, de 4 de mayo, por la que se establece el currículo y se regula la implantación, evaluación y desarrollo del bachillerato en la Comunidad de Castilla y León): 1.- Adquirir y poder utilizar con autonomía conocimientos básicos de la física, así como las estrategias empleadas en su construcción. 2.- Comprender los principales conceptos y teorías, su vinculación a problemas de interés y su articulación en cuerpos coherentes de conocimientos. 3.- Familiarizarse con el diseño y realización de experimentos físicos, utilizando el instrumental básico de laboratorio, de acuerdo con las normas de seguridad de las instalaciones. 4.- Expresar mensajes cientícos orales y escritos con propiedad, así como interpretar diagramas, grácas, tablas, expresiones matemáticas y otros modelos de representación. 32 5.- Utilizar de manera habitual las tecnologías de la información y la comunicación para realizar simulaciones, tratar datos y extraer y utilizar información de diferentes fuentes, evaluar su contenido, fundamentar los trabajos y adoptar decisiones. 6.- Aplicar los conocimientos físicos pertinentes a la resolución de problemas de la vida cotidiana. 7.- Comprender las complejas interacciones actuales de la Física con la tecnología, la sociedad y el ambiente, valorando la necesidad de trabajar para lograr un futuro sostenible y satisfactorio para el conjunto de la humanidad. 8.- Comprender que el desarrollo de la física supone un proceso complejo y dinámico, que ha realizado grandes aportaciones a la evolución cultural de la humanidad. 9.- Reconocer los principales retos actuales a los que se enfrenta la investigación en física. 3.2. Objetivos especícos En segundo lugar, los objetivos especícos diseñados a efectos de esta propuesta son: 1.- Describir las características de los movimientos vibratorios periódicos e identicar las magnitudes características de un movimiento armónico simple. 2.- Expresar la ecuación de una onda indicando el signicado físico de sus parámetros característicos y saber representarla grácamente. 3.- Comprender las ondas como un medio de transporte de energía pero no de masa y conocer las magnitudes que caracterizan un movimiento ondulatorio. 4.- Comprender, describir y aplicar los conceptos de reexión y refracción de una onda y explicarlos a partir del principio de Huygens.. 5.- Explicar el fenómeno de interferencia, tanto constructiva como destructiva y aplicarlo a la resolución de problemas. 6.- Conocer y explicar qué son las ondas sonoras, así como las magnitudes que denen un sonido y lo diferencian de otros sonidos. 7.- Comprender el efecto Doppler clásico y su manifestación en fenómenos cotidianos. 8.- Aprender a manejar animaciones y simulaciones computacionales con nes educativos, un contexto del siglo XXI. 9.- Valorar los medios digitales como facilitadores de los procesos de enseñanza-aprendizaje cuando se utilizan siguiendo las conclusiones de investigaciones cientícas. 10.- Permitir a los alumnos relacionar contenidos cientícos, tecnológicos y cotidianos para romper con la concepción parcelaria del saber y generar una visión unitaria del mismo. 33 Capítulo 4 Propuesta didáctica De noche el reloj que late es el corazón del tiempo.   Idea Vilariño, Nocturnos En este capítulo se concreta la propuesta didáctica orientada a la mejora de los procesos de enseñanza-aprendizaje de los fenómenos ondulatorios en Bachillerato. Primeramente se introducirá de manera general el entorno al que va dirigida la propuesta, repasando las características educativas del segundo curso de Bachillerato en la legislación vigente a la redacción de este trabajo. Luego, se denirá la metodología de trabajo y se describirán los aspectos más signicativos tanto de las animaciones de Geogebra como de las simulaciones electromagnéticas de CST Studio Suite que conforman los materiales creados exclusivamente para esta intervención. Por último, se incluirán unos apartados relacionados con la evaluación de los estudiantes y de la misma propuesta. 4.1. Contexto académico y metodología 4.1.1. Marco curricular y computacional de la propuesta 4.1.1.1. Contenidos Los contenidos físicos sobre los que se basa esta propuesta son aquellos pertenecientes al marco curricular detallado en el el Real Decreto 1105/2014, de 26 de diciembre, por el que se establece el currículo básico de la Educación Secundaria Obligatoria y del Bachillerato y la ORDEN EDU/363/2015, de 4 de mayo, por la que se establece el currículo y se regula la implantación, evaluación y desarrollo del bachillerato en la Comunidad de Castilla y León. 34 El bloque seleccionado para esta propuesta es el Bloque 4: Ondas. En todas las animaciones y simulaciones que se presentan a continuación se trabaja con aquellos contenidos marcados por la legislación que se creen más relevantes en relación a las características de dicha propuesta. La relación de contenidos es la siguiente: El movimiento ondulatorio. Clasicación de las ondas y magnitudes que caracterizan a una onda. Ondas mecánicas transversales en una cuerda. Ecuación de propagación de la perturbación. Ecuación de las ondas armónicas unidimensionales. Ecuación de ondas. Doble periodicidad de la ecuación de ondas: respecto del tiempo y de la posición. Ondas longitudinales. Fenómenos ondulatorios: Principio de Huygens. Reexión y refracción. Difracción y polarización. Composición de movimientos ondulatorios: interferencias. Ondas estacionarias. Efecto Doppler. Ondas electromagnéticas. 4.1.1.2. Competencias Para la conguración la propuesta se han tenido en cuenta seis de las siete competencias básicas denidas en la ley educativa vigente (LOMCE). A continuación se detalla cómo o cuándo se trabajarán dichas competencias clave durante las actividades propuestas. Comunicación lingüística (CL) . Los alumnos deberán responder por escrito a las preguntas relacionadas con las animaciones interactivas y dejarán su opinión sobre ellas en un cuestionario anónimo (estas y otras cuestiones serán especicadas posteriormente). Deberán utilizar un lenguaje cientíco, o sea, preciso y riguroso, para construir sus respuestas. Este rasgo no debería ser exclusivo de esta actividad sino un trabajo constante durante el curso ante la proximidad de la EBAU y la posible entrada en el mundo universitario. Competencia matemática y competencias básicas en ciencia y tecnología (CMCT) . Evidentemente, el desarrollo de esta competencia es predominante durante toda la asignatura 35 dada su naturaleza cientíca. Los estudiantes reforzarán su comprensión matemática sobre las funciones armónicas y construirán nuevo conocimiento relacionado con los fenómenos ondulatorios que podrán relacionar con algunas aplicaciones tecnológicas cotidianas o con situaciones próximas a sus contextos sociales. Competencia digital (CD) . Los materiales de trabajo desarrollados para esta actividad, animaciones y simulaciones, son accesibles exclusivamente mediante un dispositivo electrónico. Los estudiantes deberían contar preferentemente con una buena conexión a internet de modo que pudieran descargarse los materiales en sus ordenadores personales o trabajar con ellos remotamente. Geogebra distribuye una aplicación de escritorio para Linux/Windows/Mac y otra para dispositivos móviles (o tabletas), si bien es recomendable poseer de un ordenador con teclado y ratón para trabajar. Competencia aprender a aprender (CAA) . El enfoque constructivista de la propuesta fuerza a los alumnos a partir de algunas nociones o intuiciones previas que puedan tener sobre las ondas y edicar, mediante su trabajo autónomo, unas nuevas estructuras cognitivas que den acomodo a los conceptos de fenómenos ondulatorios. Competencias sociales y cívicas (CSC) . Aunque el enfoque de la propuesta esté dirigido a una evaluación individual de los estudiantes, el docente no debería prohibir ni coartar la ayuda entre compañeros para la comprensión de los conceptos novedosos sobre ondas. La colaboración efectiva entre los estudiantes contribuye a generar las buenas dinámicas de grupo siempre deseables en un aula. Sentido de iniciativa y espíritu emprendedor (SIE) . No hay que menospreciar el reto que supone para los estudiantes enfrentarse a unos contenidos totalmente novedosos en su trayectoria escolar. Por esto deberán mostrar sentido de iniciativa para tomar la nueva materia y generar conocimiento signicativo a partir de su trabajo. 4.1.1.3. Geogebra-Animaciones Geogebra fue creado por el estudiante de máster Markus Hohenwarter [Hohenwarter, 2004], [Hohenwarter, 2002] en 2002. En sus propias palabras, [Hohenwarter, 2002], se trata de un programa informático de geometría interactiva dirigido a la enseñanza secundaria. A pesar de que originalmente partía de la vocación matemática de su creador, las actualizaciones sucesivas han incrementado sus posibilidades de trabajo y lo han acercado a la didáctica de otras ciencias como la física. El otro aspecto que ha facilitado la expansión del programa hasta el punto de crear comunidades educativas virtuales de gran calado es su distribución gratuita (licencia GPL). La versión 5.0.518.0 fue utilizada para desarrollar las animaciones de este trabajo. Las actividades desarrolladas con Geogebra son consideradas como animaciones interactivas por el autor de este trabajo, tal y como se explicó en (1.3). 36 4.1.1.4. CST Studio Suite-Simulaciones CST Studio Suite es una herramienta informática de simulación electromagnética desarrollada y distribuida por la empresa Dassault Systhèmes que se encarga de resolver las ecuaciones de Maxwell en unos dominios de simulación cuyos componentes materiales y sus condiciones de contorno son proporcionadas por el usuario [Staras et al., 2012] [Merillas, 2018] [Vera, 2019]. CST Studio Suite incluye una herramienta de diseño ayudado por ordenador (CAD) que permite al usuario preparar de manera sencilla los dominios de simulación. La técnica de integración utilizada para las simulaciones fue un método de elementos nitos (FEM) en el dominio de la frecuencia que incorpora el paquete informático [Merillas, 2018] [Vera, 2019]. La versión de la herramienta utilizada corresponde a CST Studio: Student Version , de distribución gratuita. Las actividades desarrolladas con CST Studio Suite son consideradas como simulaciones por el autor de este trabajo tal y como se explicó en 1.3. Hasta donde se ha podido conocer, esta es la primera propuesta didáctica de la educación secundaria española que incluye simulaciones hechas con una herramienta de estas características. 4.1.1.5. Requisitos previos Existen algunos condicionantes que se deberían tener en cuenta a la hora de intentar poner en marcha la propuesta. Debido a que la intención de las actividades es mejorar los procesos de enseñanza-aprendizaje de la física utilizando medios digitales, podrían existir algunas limitaciones cuya solución debería ser abordada para maximizar las posibilidades de éxito de la propuesta. La necesidad de las TIC para esta propuesta es evidente. Las aulas donde se pretenda llevar a cabo deberían poseer de un ordenador, cañón de proyección y pantalla (no necesariamente interactiva) para la explicación de los conceptos utilizando las simulaciones de CST Studio . Aunque desde la Junta de Castilla y León se ha trabajado en los últimos años por mejorar la dotación informática de los institutos públicos, aun quedan centros donde no existe una integración total de estas tecnologías en las aulas, pudiendo entorpecer el desarrollo de la propuesta. Resultaría fundamental que todos los alumnos dispusieran de acceso a un ordenador personal en su hogar donde trabajar las animaciones interactivas, algo que afortunadamente hoy (2021) es altamente probable [INE, 2019]. Otra posible dicultad se hallaría en los alumnos discapacitados; aquellos con ceguera o sordera parcial tendrían dicultades para trabajar al menos una de las animaciones interactivas presentes en la propuesta. Aun así, Geogebra ha demostrado ser una herramienta accesible para alumnos con ceguera parcial utilizando unas opciones especiales de visualización, como revela un estudio reciente de la Unión Europea [Fitzpatrick et al., 2018]. 37 4.1.2. Metodología Facilitar la comprensión de unos conceptos físicos novedosos para los alumnos a través de la contextualización digital requiere de un método de trabajo adecuado para asegurar unos resultados positivos. A partir del análisis y la discusión de los trabajos de investigación mencionados en la Justicación y de los objetivos denidos para esta propuesta, se ha elegido trabajar los contenidos y las competencias escogidos a través de la combinación de clases magistrales acompañadas de los resultados de las simulaciones y el trabajo individual con los programas interactivos. Llevada al aula, el docente trabajaría con los alumnos en unas clases teóricas los conceptos fundamentales utilizando las matemáticas adecuadas y las simulaciones de CST Studio Suite . Con ellas se podrían ilustrar de forma nítida y rigurosa algunos de los contenidos básicos más importantes de los fenómenos ondulatorios a nivel de segundo de Bachillerato. Por otro lado, las animaciones interactivas de Geogebra serían la base del trabajo personal de cada alumno, como se detalla en el apartado de Evaluación, aunque el docente también podría utilizarlas en clase para ilustrar los conceptos o el funcionamiento. Los estudiantes podrán, de este modo, adquirir una serie de contenidos y desarrollar unas competencias educativas combinando la tradición escolar con la práctica de actividades basadas en un enfoque constructivista que les permitirán entender algunos fenómenos físicos de su vida cotidiana y volverse más autónomos. 4.2. Descripción de los recursos 4.2.1. Geogebra Este apartado contiene las descripciones de las animaciones realizadas con Geogebra basadas en los contenidos y estándares de aprendizaje recogidos en el Real Decreto 1105/2014, de 26 de diciembre, por el que se establece el currículo básico de la Educación Secundaria Obligatoria y del Bachillerato y la ORDEN EDU/363/2015, de 4 de mayo, por la que se establece el currículo y se regula la implantación, evaluación y desarrollo del bachillerato en la Comunidad de Castilla y León). Todas ellas estarían disponibles para el alumnado de manera gratuita a través de la plataforma virtual correspondiente (por ejemplo, Microsoft Teams). Para los propósitos del máster, hay disponible un enlace en el Apéndice Apara consultar los cheros. 38 4.2.1.1. Ondas y movimiento armónico simple Figura 4.1: Captura de pantalla de la animación de movimiento armónico simple. El movimiento armónico simple recibe una atención especíca en el primer curso de Bachillerato, por lo que los estudiantes que alcanzan el siguiente nivel educativo conocen las ecuaciones fundamentales. No obstante, conviene recordar sus características antes de comenzar los fenómenos ondulatorios debido a la íntima relación que existe entre éstos y el movimiento armónico simple. La animación diseñada a tal efecto (ver Figura 4.1) muestra el esquema de una masa esférica (puntual a efectos de las ecuaciones) incrustada en un muelle colgante que comienza a moverse armónicamente si se presiona el botón de arranque situado en la margen inferior izquierda. Pueden seleccionarse tres opciones de visualización diferentes que corresponden con la muestra de la gráca y la ecuación de la posición, la velocidad o la aceleración de la masa respecto del tiempo. También se incluyen tres deslizadores en la parte superior del programa para modicar el periodo, la amplitud y el desfase del movimiento. Estas tres magnitudes están escogidas dada su relevancia en el estudio de las ondas. 39 4.2.1.2. Ondas transversales y longitudinales Figura 4.2: Captura de pantalla de la animación de ondas transversales y longitudinales. La primera animación dirigida propiamente a la materia de interés se centra en mostrar la distinción entre las ondas armónicas longitudinales y las transversales. Tal y como se puede comprobar en la Figura 4.2, en caso de que las casillas mostrativas de la izquierda estén seleccionadas aparecen en la región central de pantalla unas las de puntos naranjados cuya función es la representación esquemática de un medio material y una línea azulada debajo de éstos. La reproducción de la animación genera una perturbación que pone en vibración los puntos siguiendo un movimiento armónico simple en la dirección horizontal y produciendo nalmente una onda longitudinal (la vibración del medio es paralela a la dirección de propagación de la onda). Alternativamente, en la línea azul se produce una onda armónica transversal (la vibración del medio es perpendicular a la dirección de propagación de la onda). Unas echas situadas bajo estas representaciones señalan la longitud de las ondas, y unas líneas punteadas sirven para denir la amplitud de las ondas. Esta animación también incluye algunas dosis extras de información cualitativa. Existen dos deslizadores mediante los cuales se pueden modicar tanto la amplitud como la frecuencia de las dos ondas, comprobando sus efectos en tiempo real. 40 Figura 4.9: Situación antes (Figura 4.9(a)) y después (Figura 4.9(b)) del adelantamiento para vA= 0,7v y vO= 0,2v . Dos casillas permiten determinar a voluntad las velocidades de A y O en función de la velocidad de propagación de las ondas en el medio (toma un valor arbitrario prejado en el programa). De esta manera, con la emisión comenzando justo cuando se inicia la animación (ver Figura 4.8), pueden aparecer distintos escenarios en función de las condiciones de movimiento escogidas. En la parte derecha de la pantalla aparece la frecuencia percibida por O . Sirva como ejemplo el caso vA= 0,7v y vo= 0,2v mostrado en la gura 4.9. 4.2.1.9. Ondas estacionarias en una cuerda Figura 4.10: Captura de la animación en el caso de una cuerda ja por ambos extremos (Figura 4.10(a)) y suelta en uno de ellos (Figura 4.10(b)). Las ondas estacionarias constituyen un fenómeno ampliamente estudiado debido a su importancia en la música, el transporte de señales electromagnéticas a través de una guía, los comienzos de la teoría cuántica, etc. A este respecto, se presentan dos animaciones relacionadas con esta categoría. La primera de ellas muestra varias de las posibilidades existentes al generar ondas estacionarias en una cuerda ja en sus dos extremos o tan sólo en uno de ellos. Se permite variar la 47 longitud de la cuerda, la velocidad de propagación de las ondas viajeras generatrices (que no se muestran aquí pero sí aparecen en la animación 4.2.1.4) y el número entero n , íntimamente relacionado con la frecuencia de la onda estacionaria. Debajo de este último aparece el nombre del armónico o frecuencia fundamental que origina. Con los datos anteriores se calcula y se muestran tanto la frecuencia fundamental de cada disposición de la cuerda como la frecuencia correspondiente al modo de vibración ( n ) seleccionado, tal y como muestra la Figura 4.10. 4.2.1.10. Ondas estacionarias en un tubo lleno de aire Figura 4.11: Captura de la animación en el caso de una tubo abierto por uno (Figura 4.11(a)) o ambos extremos (Figura 4.11(b)). Esta es la segunda de las animaciones dedicadas al tema de las ondas estacionarias. En este caso, el foco de atención se lo lleva un tubo lleno de aire donde se produce el fenómeno ondulatorio. 48 Aquí también se pueden seleccionar dos situaciones físicas relevantes: el tubo abierto por sus dos extremos o tan sólo por uno de ellos (Figura 4.11). El programa admite también la modicación de la longitud del tubo, la velocidad de propagación de las ondas sonoras generatrices en la cuerda (tampoco se muestran aquí para no dicultar la visualización de la onda estacionaria) y el número entero n , íntimamente relacionado con la frecuencia de la onda estacionaria. Debajo de este último aparece el nombre del armónico o frecuencia fundamental que origina. Con los datos anteriores se calcula y se muestran tanto la frecuencia fundamental de cada disposición de la cuerda como la frecuencia correspondiente al modo de vibración ( n ) seleccionado. 4.2.1.11. Ondas electromagnéticas Figura 4.12: Captura de pantalla de la onda electromagnética animada. La última animación contiene la representación de una onda electromagnética simple formada por un campo eléctrico y uno magnético dispuestos ortogonalmente (Figura 4.12). Gracias a esta representación se pueden observar nítidamente los vectores correspondientes al campo eléctrico y al campo magnético y apreciar su disposición espacial. Mediante la animación resulta posible estudiar la propagación de los campos y, en consecuencia, de la onda electromagnética. 4.2.2. CST Studio Suite Este apartado contiene las descripciones de las simulaciones realizadas con CST Studio Suite basadas en los contenidos y estándares de aprendizaje recogidos en el Real Decreto 49 1105/2014, de 26 de diciembre, por el que se establece el currículo básico de la Educación Secundaria Obligatoria y del Bachillerato ylaORDEN EDU/363/2015, de 4 de mayo, por la que se establece el currículo y se regula la implantación, evaluación y desarrollo del bachillerato en la Comunidad de Castilla y León). Todas ellas estarían disponibles para el alumnado de manera gratuita a través de la plataforma virtual correspondiente (por ejemplo, Microsoft Teams). Para los propósitos del máster, hay disponible un enlace en el Apéndice Apara consultar los cheros. 4.2.2.1. Onda plana Esta simulación recoge el fenómeno de cambio de medio de propagación de una onda plana electromagnética en incidencia normal. La Figura 4.13 contiene una captura de su visualización. El dominio de simulación está formado por dos materiales de permitividades relativas diferentes, εr0= 1 y εr1= 3 , donde se propaga una onda electromagnética plana desde el medio de menor permitividad hacia el de mayor. El estudiante puede observar cómo afecta el cambio de material a las características de la onda, por ejemplo su longitud de onda, y cómo se genera una onda estacionaria debido a la interferencia de la onda viajera y la reejada en la intercara. Figura 4.13: Captura de pantalla del campo eléctrico en el dominio de simulación. Los colores más cálidos indican valores mayores del campo eléctrico. Se ha escogido la representación del campo eléctrico por tener, dadas las condiciones de simulación, la apariencia más reconocible por un estudiante de segundo de Bachillerato. 50 4.2.2.2. Difracción Libros de texto utilizados en Bachillerato como [Cabrerizo et al., 2016] incluyen esquemas ilustrativos sobre el fenómeno de la difracción con los que se pretende transmitir la idea de que las ondas no reaccionan de manera idéntica al encontrarse con obstáculos de distintas formas o tamaños. Aquí se busca reconstruir de manera más dedigna dichos fenómenos para que los estudiantes puedan tener una visión cualitativa más rigurosa que les ayude a comprender la realidad física. Por otro lado, estas simulaciones también permiten introducir a los alumnos una representación posiblemente menos familiar para ellos como son los contornos. En consecuencia, se incluyen las representaciones de la difracción de una onda plana por una abertura de anchura d mayor que su longitud de onda λ<d , por una abertura similar a su longitud de onda λ≃d y por una abertura menor que su longitud de onda λ>d . Las tres situaciones muestran cómo el mismo fenómeno tiene distintas consecuencias en función del obstáculo u obstáculos que se encuentre la onda en su propagación. La Figura 4.14 recoge las tres situaciones tal y como son presentadas. Figura 4.14: Captura de pantalla del contorno del campo eléctrico en el dominio de simulación en los casos λ < d (Figura 4.14(a)), λ≃d (Figura 4.14(b)) y λ > d (Figura 4.14(c)). Los colores más cálidos indican valores mayores del campo eléctrico. 51 4.2.2.3. Interferencias Los fenómenos de interferencias han sido abordados con Geogebra , concretamente en 4.2.1.4 y4.2.1.5. Sin embargo, ninguna de esas animaciones mostraba la distribución espacial de la interferencia de dos fuentes coherentes. Por lo tanto, las simulaciones realizadas sobre este tema buscan reforzar la comprensión del fenómeno mostrando dichas guras. Se han utilizando de nuevo representaciones de contorno para mostrar las distribuciones espaciales. En primer lugar, la Figura 4.15 contiene los casos de dos fuentes de ondas planas puntuales y coherentes separadas una distancia arbitraria. El parámetro variado entre los experimentos fue el desfase ϕ relativo entre las fuentes (se recuerda que la coherencia sólo se pierde al modicarlo durante la emisión de ondas), con lo que se pueden observar distribuciones de máximos y mínimos de intensidad diferentes. Figura 4.15: Captura de pantalla del contorno del campo eléctrico en los casos ϕ= 0 rad (Figura 4.15(a)), ϕ=π 2 rad (Figura 4.15(b)) y ϕ=π rad (Figura 4.15(c)) de interferencia de dos fuentes coherentes. Los colores más cálidos indican valores mayores del campo eléctrico. También se incluye una simulación de uno de los experimentos más intrigantes y carismáticos de la física: la doble rendija. La Figura 4.16 muestra una captura de la representación animada mediante la cual los estudiantes podrán descubrir uno de los fenómenos de interferencia de gran interés y relevancia histórica. 52 Figura 4.16: Captura de pantalla del campo eléctrico en el dominio de simulación de la doble rendija. Los colores más cálidos indican valores mayores del campo eléctrico. 4.2.2.4. Refracción En último lugar, esta simulación dirige un haz de onda plana desde el vacío ( εr= 1 ) hacia un medio material de permitividad relativa εr= 3 con objeto de comprobar cómo la refracción de la onda transmitida, complementando lo visto en 4.2.1.6. La onda plana se propaga por la guía rectangular en su modo fundamental TE1,0 . Para conseguir dirigir el haz de forma más precisa, se utilizó una sencilla antena de bocina. Este experimento también permite visualizar cómo la refracción no sucede de forma aislada sino que también existe una componente reejada por la intercara, como puede visualizarse en la Figura 4.17. Figura 4.17: Captura de pantalla del campo eléctrico en el dominio de simulación de la refracción. Los colores más cálidos indican valores mayores del campo eléctrico. 53 4.3. Evaluación del alumnado Esta propuesta didáctica debe incluirse en un curso lectivo con una programación didáctica de Física de segundo de Bachilleato previamente denida. Por lo tanto, el docente deberá ser consciente en todo momento de esta ligadura para adaptar la propuesta convenientemente a sus métodos evaluadores. No obstante, aunque la hipotética programación careciese de una mención especíca, esta propuesta considera fundamental que la evaluación de los alumnos se realizara mediante la combinación de una prueba escrita y un informe donde se recogieran las respuestas a unas preguntas sobre ondas y fenómenos ondulatorios. El primer instrumento debería, a juicio del autor, incluir algunos ejercicios matemáticos que trabajasen los contenidos básicos incluidos en 4.1.1.1 junto con alguna pregunta de tipo conceptual. El segundo instrumento evaluador consistiría en una compilación de las respuestas a una serie de preguntas (no más de cuatro) relativas al trabajo individual con los programas de Geogebra . Con esta iniciativa se pretende involucrar a los estudiantes en el uso de las animaciones y simulaciones como complementos mientras desarrollan la autorregulación de su aprendizaje. A continuación, se incluye una sugerencia de preguntas relacionadas con los contenidos y materiales de esta propuesta didáctica a las que el estudiante debería responder en un informe razonadamente . Ondas transversales y longitudinales 1.- ¾En qué modica las representaciones variar la amplitud? ¾Y la frecuencia? 2.- ¾Podría indicarse la longitud de onda en el caso longitudinal utilizando otras referencias? ¾Y en la onda transversal? Fundamentos de las ondas transversales 1.- ¾En qué se diferencian las representaciones en seno y coseno? 2.- ¾El cambio en el sentido de propagación modica el número de onda o el periodo? ¾Qué cambia? 3.- Fíjate en el punto violeta. ¾Qué tipo de movimiento describe? 4.- ¾Hay alguna referencia visual que muestre la doble periodicidad de la onda armónica en espacio-tiempo? 54 Superposición de ondas armónicas transversales 1.- Aunque se representen las ondas roja y azul por separado, ¾qué debe ocurrir para que se produzca la interferencia? 2.- ¾Se pueden encontrar situaciones de batido en la animación? Justifícalo y demuéstralo con una captura de pantalla. 3.- ¾Se pueden encontrar situaciones de onda estacionaria en la animación? Justifícalo y demuéstralo con una captura de pantalla. 4.- ¾Puedes pasar de una interferencia destructiva a una constructiva modicando algún parámetro? Batidos 1.- Las frecuencias mostradas a la izquierda, ¾qué representan? 2.- ¾A partir de qué diferencia (aproximada) de frecuencias escuchas los batidos con mayor claridad? ( Pregunta sin efecto para los alumnos sordos .) Refracción 1.- Calcula el ángulo límite para las siguientes situaciones y compruébalo (adjunta capturas de pantalla para demostrarlo): v1= 1,5 y v2= 2 ; v1= 1,5 y v2= 2,5 ; v1= 1,5 y v2= 3 ; v1= 1,5 y v2= 3 . 2.- ¾Qué ocurre si v1=v2 ? 3.- ¾Qué representan los semicírculos verdosos a trazos que aparecen durante la animación? Polarización de las ondas transversales 1.- En base a lo que observas en la animación, ¾qué representan los dos objetos numerados? 2.- ¾Puedes conocer la orientación del Objeto 1 con tan sólo observar la posición del Objeto 2? Efecto Doppler clásico 1.- ¾Qué ocurre cuando vA=v y vO= 0,5v ? 55 2.- ¾Guardan algún tipo de relación las dos situaciones siguientes: vA= 0,7v y vO=−0,3v y vA=−0,3v y vO=−0,7c ? 3.- Registra al menos cuatro situaciones diferentes adjuntando capturas de pantalla. 4.- ¾Hay alguna situación en la que el observador no escuche el sonido de la ambulancia? Ondas estacionarias en una cuerda 1.- ¾Se nombran igual los armónicos con el mismo n para las dos situaciones? 2.- ¾Cómo se forma la onda estacionaria que aparece? 3.- ¾Se pueden conseguir las mismas frecuencias para los modos en ambas situaciones? 4.- ¾Qué representan los puntos verdosos? Ondas estacionarias en un tubo lleno de aire 1.- ¾Qué representa la línea azul? 2.- Las ondas acústicas del tubo, ¾son longitudinales o transversales? Ondas electromagnéticas 1.- ¾Qué angulo forman los vectores −→ E y −→ B ? 2.- ¾Qué signica el vector −→ v ? Considerando las preguntas anteriores, y teniendo en mente los contenidos y competencias recogidos en 4.1.1.1 y4.1.1.2, se ha desarrollado una rúbrica que guiaría el nivel de logro de los estudiantes en la propuesta digital. La Figura 4.18 contempla cuatro niveles de desempeño numerados de 1 a 4 para dos aspectos como son la redacción y el contenido de las respuestas a las preguntas en el informe. A cada nivel se le otorga una proporción del 25% de la calicación máxima posible, por lo que el alumno que consiga un sobresaliente obtendrá la evaluación máxima denida para cada apartado. 56 método cientíco y las capacidades enumeradas anteriormente utilizando fragmentos de La vida de Galileo (Bertol Brecht), advirtiendo convenientemente a los alumnos sobre algunas manipulaciones en las que incurre el maestro alemán con nes artísticos. Experiencias como esta donde se mezclan aspectos culturales, políticos y cientícos resultan indudablemente enriquecedoras para cualquier estudiante y, además, pueden ayudar a destruir la concepción parcelaria del saber. 63 Apéndice A Materiales informáticos Los gifs y programas de Geogebra mencionados a lo largo de la descripción de la propuesta se pueden encontrar pinchando aquí. 64 Bibliografía [Ainsworth and VanLabeke, 2004] Ainsworth, S. and VanLabeke, N. (2004). Multiple forms of dynamic representation. Learning and Instruction , 14(3):241255. Dynamic Visualisations and Learning. [Amadeu and Leal, 2013] Amadeu, R. and Leal, J. P. (2013). Ventajas del uso de simulaciones por ordenador en el aprendizaje de la física. Enseñanza de las Ciencias , 31(3):177188. [Arkarazo, 2015] Arkarazo, G. A. (2015). Enseñanza del movimiento ondulatorio en Bachillerato: una aproximación mediante el aprendizaje basado en problemas (Trabajo Fin de Máster) . Universidad Internacional de la Rioja. [Bauman, 2005] Bauman, Z. (2005). Los retos de la educación en la modernidad líquida . Gedisa, Barcelona. [Binek et al., 2018] Binek, S., Kimla, D., Jarosz, J., and Sty, K. (2018). Using computer simulation to aid the interactive learning of physics in secondary education. Physics Education , 53(5):109116. [Cabrerizo et al., 2016] Cabrerizo, D. M. A., Bozal, J. L. A., and Pérez, J. B. (2016). Física 2 º Bachillerato . Editex, Madrid. [Cardín, 1982] Cardín, A. (1982). Movimientos religiosos modernos . Salvat, Barcelona. [Carpineti et al., 2011] Carpineti, M., Cavinato, M., Giliberti, M., Ludwig, N., and Perini, L. (2011). Theatre to motivate the study of physics. Journal of Science Communication , 10(1). [Castells, 2010] Castells, M. (2010). The Rise of the Network Society (Second Edition) . Wiley- Blackwell, New York. [Chan et al., 2020] Chan, H.-Y., Choi, H., Hailu, M. F., Whitford, M., and Duplechain De- Rouen, S. (2020). Participation in structured stem-focused out-of-school time programs in secondary school: Linkage to postsecondary stem aspiration and major. Journal of Research in Science Teaching , 57(8):12501280. [Clark, 1994] Clark, R. (1994). Media will never inuence learning. Educational Technology Research and Development , 42:2129. 65 [Cubero, 2020] Cubero, A. B. (2020). Ver, sentir, hacer, pensar-El uso de la expresión dramática en la enseñanza de la losofía (Trabajo Fin de Máster) . Universidad de Valladolid. [Dervi¢ et al., 2018] Dervi¢, D., Glamo£i¢, D. S., Gazibegovi¢-Busuladºi¢, A., and Me²i¢, V. (2018). Teaching physics with simulations: Teacher-centered versus student-centered approaches. Journal of Baltic Science Education , 17(2):288299. [Driver, 1986] Driver, R. (1986). Psicología cognoscitiva y esquemas conceptuales de los alumnos. Enseñanza de las Ciencias , 6(2):315. [Ekici, 2016] Ekici, E. (2016). Understanding high school students' diculties in learning physics. Journal of Education and Practice , 7(7):95107. [Falloon, 2019] Falloon, G. (2019). Using simulations to teach young students science concepts: An experiential learning theoretical analysis. Computers and Education , 135:138159. [Feyerabend, 1976] Feyerabend, P. (1976). Cómo ser un buen empirista. Defensa de la tolerancia en cuestiones epistemológicas . Universidad de Valencia (Traducción de D. Ribes y M. R. de Madaira), Departamento de Lógica y Filosofía de la Ciencia. [Fitzpatrick et al., 2018] Fitzpatrick, D., Murray, S., van Leendert, A., Brzostek-Pawªowska, J., and Rubin, M. (2018). A comparative Analysis of ICT Tools and the Mathematical Education of Blind and Visually Impaired people in Ireland, Poland, the Netherlands, and Neighbouring Countries. [González-Tejero and Parra, 2011] González-Tejero, J. S. and Parra, R. M. P. (2011). El constructivismo hoy: enfoques constructivistas en educación. REDIE. Revista Electrónica de Investigación Educativa . [Halloun and Hestenes, 1985] Halloun, I. and Hestenes, D. (1985). Common sense concepts about motion. American Journal of Physics , 53:10561065. [Harackiewicz et al., 2016] Harackiewicz, J. M., Smith, J. L., and Priniski, S. J. (2016). Interest matters: The importance of promoting interest in education. Policy Insights from the Behavioral and Brain Sciences , 3(2):220227. [Hidi and Renninger, 2006] Hidi, S. and Renninger, K. A. (2006). The four-phase model of interest development. Educational Psychologist , 41(2):111127. [Hohenwarter, 2002] Hohenwarter, M. (2002). Ein Softwaresystem für dynamische Geometrie und Algebra der Ebene (Trabajo Fin de Máster) . Universität Salzburg. [Hohenwarter, 2004] Hohenwarter, M. (2004). Combination of dynamic geometry, algebra and calculus. Proceedings of Computer Algebra and Dynamic Geometry Systems in Mathematics Teaching 2004. Pecs, Hungary: CADGME . [INE, 2019] INE (2019). Encuesta sobre equipamiento y uso de tecnologías de información y comunicación en los hogares. 66 [Jaeger, 2017] Jaeger, W. W. (2017). Paideia: los ideales de la cultura griega . Fondo de Cultura Económica de España, Madrid. [Jimoyiannis and Komis, 2001] Jimoyiannis, A. and Komis, V. (2001). Computer simulations in physics teaching and learning: a case study on students' understanding of trajectory motion. Computers and Education , 36:183204. [Liu et al., 2008] Liu, H.-C., Andre, T., and Greenbowe, T. (2008). The impact of learner's prior knowledge on their use of chemistry computer simulations: A case study. Journal of Science Education and Technology , 17(5):466482. [Marshall and Young, 2006] Marshall, J. A. and Young, E. S. (2006). Preservice teachers' theory development in physical and simulated environments. Journal of Research in Science Teaching , 43(9):907937. [Merillas, 2018] Merillas, M. (2018). Estudio de una estructura metamaterial mediante simulación numérica: resonadores SRRs (Trabajo Fin de Grado) . Universidad de Valladolid. [Millán, 2005] Millán, M. C. (2005). Una experiencia de utilización de simulaciones informáticas en la enseñanza secundaria. Educatio Siglo XXI , 23:141170. [Moreira, 2010] Moreira, M. A. (2010). ¾al nal, qué es el aprendizaje signicativo? Revista Qurriculum , 25:2956. [Morin, 1999] Morin, E. (1999). Los siete saberes necesarios para la educación del futuro . Santillana, Madrid. [Murphy and Beggs, 2003] Murphy, C. and Beggs, J. (2003). Children's perceptions of school science. School Science Review , 84:109116. [Ángel Martín, 2010] Ángel Martín, M. (2010). Implicaciones educativas de la reforma y contrarreforma en la europa del renacimiento. Cauriensa , 5:215236. [Osborne and Dillon, 2010] Osborne, J. and Dillon, J. (2010). Good Practice in Science Teaching. What Research has to Say (Second Edition) . Open University Press, New York. [Palmero, 2010] Palmero, M. L. R. (2010). La teoría del aprendizaje signicativo: una revisión aplicable a la escuela actual. Revista Electrònica d'Investigació i Innovació Educativa i Socioeducativa , 3(1):2950. [Peraita and Pastor, 2010] Peraita, C. and Pastor, J. M. (2010). La contribución socioeconómica del sistema universitario español . Ministerio de Educación, Cultura y Deporte. [Ploetzner and al., 2009] Ploetzner, R. and al. (2009). Students' diculties in learning from dynamic visualisations and how they may be overcome. Computers in Human Behavior , 25:5665. [Potkonjak et al., 2016] Potkonjak, V., Gardner, M., Callaghan, V., Mattila, P., Guetl, C., Petrovi¢, V. M., and Jovanovi¢, K. (2016). Virtual laboratories for education in science, technology, and engineering: A review. Computers and Education , 95:309327. 67 [Rodríguez et al., 2019] Rodríguez, J. M. M., Serrano, M. J. H., and González, S. S. (2019). El interés por el conocimiento cientíco de los estudiantes de secundaria en españa. Educaçao e Sociedade , 40. [Rutten et al., 2012] Rutten, N., van Joolingen, W. R., and van der Veen, J. T. (2012). The learning eects of computer simulations in science education. Computers and Education , 58(1):136153. [Rychen and Salganik, 2003] Rychen, D. and Salganik, L. (2003). Highlights from the oecd project denition and selection competencies: Theoretical and conceptual foundations (deseco). [Sahelices, 2009] Sahelices, M. C. C. (2009). ¾qué aprendizaje promueve el desarrollo de competencias? una mirada desde el aprendizaje signcativo. Revista Qurriculum , 22:1134. [Sanmartí and Jorbá, 1995] Sanmartí, N. and Jorbá, J. (1995). Autorregulación de los procesos de aprendizaje y construcción de conocimientos. Alambique , 4:5977. [Sansone and Thoman, 2005] Sansone, C. and Thoman, D. B. (2005). Interest as the missing motivator in self-regulation. European Psychologist , 10(3):175186. [Sarabandoa et al., 2014] Sarabandoa, C., Cravino, J. P., and Soares, A. A. (2014). Contribution of a computer simulation to students' learning of the physics concepts of weight and mass. Procedia Technology , 13:112121. [Solbes et al., 2007] Solbes, J., Montserrat, R., and Furió, C. (2007). El desinterés del alumnado hacia el aprendizaje de la ciencia: implicaciones en su enseñanza. Didáctica de las ciencias experimentales y sociales , 21:91117. [Spodniaková, 2015] Spodniaková, M. (2015). Computer simulations and their inuence on students' understanding of oscillatory motion. Informatics in Education , 14(2):279289. [Staras et al., 2012] Staras, S., Martavicius, R., Skudutis, J., Urbanavicius, V., and Daskevicius, V. (2012). Wide-Band Slow-Wave Systems: Simulations and Applications . CRC Press, Boca Raton, Florida. [Stephens and Clement, 2015] Stephens, A. L. and Clement, J. J. (2015). Use of physics simulations in whole class and small group settings: Comparative case studies. Computers and Education , 86:137156. [Éthienne Gilson, 2014] Éthienne Gilson (2014). La Filosofía en la Edad Media . Gredos, Madrid, España. [Trundle and Bell, 2010] Trundle, K. C. and Bell, R. L. (2010). The use of a computer simulation to promote conceptual change: A quasi-experimental study. Computers and Education , 54(4):10781088. [Valdmann et al., 2012] Valdmann, A., Holbrook, J., and Rannikmäe, M. (2012). Evaluating the teaching impact of a prior, context-based, professional development programme. Science Education International , 23:116185. 68 [van den Akker, 1997] van den Akker, J. (1997). The science curriculum: between ideals and outcomes . Kluwer. [Vera, 2019] Vera, C. J. E. (2019). Estudio de una estructura metamaterial quiral mediante una simulación numérica (Trabajo Fin de Grado) . Universidad de Valladolid. [Vilches and Furió, ] Vilches, A. and Furió, C. Ciencia, tecnología, sociedad: Implicaciones en la educación cientíca para el siglo xxi. [Wagensberg, 2014] Wagensberg, J. (2014). On the existence and uniqueness of the scientic method. Biol Theory , 9:331346. [Waight and Abd-El-Khalick, 2007] Waight, N. and Abd-El-Khalick, F. (2007). The impact of technology on the enactment of inquiry in a technology enthusiast's sixth grade science classroom. Journal of Research in Science Teaching , 44(1):154182. [Whitaker, 1983] Whitaker, R. (1983). Aristotle is not dead: student understanding of trajectory motion. American Journal of Physics , 51:352357. [Winn et al., 2006] Winn, W., Stahr, F., Sarason, C., Fruland, R., Oppenheimer, P., and Lee, Y.-L. (2006). Learning oceanography from a computer simulation compared with direct experience at sea. Journal of Research in Science Teaching , 43(1):2542. [Zamora and Ardura, 2014] Zamora, A. and Ardura, D. (2014). ¾en qué medida utilizan los estudiantes de física de bachillerato sus propios errores para aprender? una experiencia de autorregulación en el aula de secundaria. Enseñanza de las Ciencias , 32(2):253268. [Zimmerman, 2000] Zimmerman, B. (2000). Attainment of self-regulation: A social cognitive perspective . Academic Press. [Zou, 2000] Zou, B. (2000). The use of multiple representations and visualizations in student learning of introductory physics: an example from work and energy (PhD) . The Ohio State University. 69