¿Qué es quién en el electromagnetismo? Propuesta de aprendizaje a través del desarrollo histórico de la ciencia

Universidad de Valladolid ¿QUÉ ES QUIÉN EN EL ELECTROMAGNETISMO?, PROPUESTA DE APRENDIZAJE A TRAVÉS DEL DESARROLLO HISTÓRICO DE LA CIENCIA MÁSTER EN PROFESOR DE EDUCACIÓN SECUNDARIA OBLIGATORIA Y BACHILLERATO, FORMACIÓN PROFESIONAL Y ENSEÑANZA DE IDIOMAS Especialidad en Física y Química Trabajo de Fin de Máster Curso 2021/2022 Autor: Roberto Refoyo Cabezas Tutora: Ana María Grande Sáez Julio 2022 “He ahí un hermoso secreto para soñar y hacer de nuestra vida una hermosa aventura. Nadie puede pelear la vida aisladamente. Se necesita una comunidad que nos sostenga, que nos ayude y en la que nos ayudemos unos a otros a mirar hacia delante” Papa Francisco,“Fratelli Tutti”, 3/10/2020 A todos aquellos que me habéis apoyado éste último año, Gracias de todo corazón, sin vosotros no lo habría logrado, Roberto. Resumen La propuesta recogida en el presente trabajo de fin de Máster tiene por objetivo el ayudar a los alumnos de la asignatura de Física de segundo de bachillerato a entender mejor los fenómenos electromagnéticos a través de la identificación y conocimiento de los hitos más importantes dela de la historia del electromagnetismo y la construcción del conocimiento científico. Las actividades diseñadas están enfocadas hacia el trabajo con recursos digitales. Se elaborarán infografías mediante búsquedas webgráficas y la utilización de aplicaciones virtuales interactivas, las cuales serán presentadas oralmente a terceros, trabajando así la motivación de los alumnos hacia las ciencias, y trabajando diferentes competencias claves como la comunicación lingüística, la competencia digital, y las competencias básicas en ciencia y tecnología. Abstract The proposal contained in this work aims to help the students of the course in “Physics” of 2nd of bachillerato. The main objective is to improve the understanding of electromagnetic phenomena by means of the identification of its most important milestones in the history of electromagnetism. The construction of scientific knowledge is also covered in this Thesis. The designed activities are focused on working with digital resources. Infographies will be made through webgraphic research and the use of virtual interactive applications. These will be orally presented to third parties, working different core skills. Examples are linguistic communication, digital and basic skills in science and technology. 0.- Índice 1.- Introducción…………………….……………………………………………..……...pág.01 1.1.- Planteamiento del problema y Justificación………………………..…..pág.02 1.2.- Objetivos generales……………………………………………...……..pág.04 1.3.- Estructura de la memoria …………………...……………..…………..pág.04 2.- Marco teórico ……………………………………...……………………..…………..pág.06 2.1.- Investigaciones previas ………………………...……...…..…………..pág.06 2.2.- Marco legislativo actual ……………………………….…..…………..pág.07 2.3.- Desarrollo de competencias ………………………………….………..pág.08 2.4.- Didáctica de la física ……………………..………………..…………..pág.09 2.5.- Didáctica del Electromagnetismo …...……………...……..…………..pág.13 2.6.- Empleo de recursos TIC en la enseñanza ………......……..…………..pág.15 3.- Metodología …………………………………………….………………….………..pág.19 3.1.- Propuesta de Intervención ………………………….……..…………..pág.19 3.2.- Contexto y destinatarios ……………………….…………..…………..pág.31 3.3.- Descripción de actividades y recursos ………………...…..…………..pág.33 3.4.- Temporalización ……………………………………….…..…………..pág.44 3.5.- Evaluación ………………………………………………...…………..pág.45 4.- Conclusiones ……………………………...……………………………...…………..pág.48 5.- Referencias ……………………...………………………………………..…………..pág.50 6.- Anexos ………………………..………………………………………….…………..pág.52 Anexo I: Rúbrica de evaluación …………...…………………………..………………..pág.52 Anexo II: Cuestionario final ………………...……………………..………………….....pág.54 Anexo III: Ejemplos de Infografías entregables de la Sesión 3 ……………..…………..pág.58 Índice de Tablas: Tabla 1: Contenidos de la asignatura “Física y Química” para 3º de la ESO………….……..pág.10 Tabla 2: Contenidos de la asignatura “Física y Química” para 4º de la ESO…………….…..pág.11 Tabla 3: Contenidos de la asignatura “Física y Química” para 1º de bachillerato…….……...pág.11 Tabla 4: Contenidos de la asignatura “Física” para 2º de bachillerato……..………………....pág.12 Tabla 5: Distribución temporal de las semanas, sesiones y actividades que componen la propuesta didáctica……………………...……………………….……..……….….pág.44 Tabla 6: Extracto de la rúbrica de evaluación de los alumnos………...……..………………....pág.46 Tabla 7: Rúbrica de evaluación de los alumnos para la primera semana…..……………...…..pág.52 Tabla 8: Rúbrica de evaluación de los alumnos para la segunda semana……………..………..pág.53 Índice de figuras: Figura 1: Captura de pantalla del simulador interactivo PhET de la Universidad de Colorado. Simulación “Magnets and electromagnets”. Fecha de consulta: 04/07/2022..……….……………...……..pág.17 Figura 2: Caída de relámpago en tormenta eléctrica.……….…………………………..……..pág.22 Figura 3: Esquema original de la Pila Daniell.……….………………………………………..pág.24 Figura 4: Retrato de James Clerk Maxwell procedente de la James Clerk Maxwell Foundation..……….……………………………………………………...pág.26 Figura 5: Ejemplo de infografía. Plantilla con licencia Creative Commons del repositorio Freepik.es.……….……………………………………………...…..pág.30 Figura 6: Experimento de Ørsted, imagen de la Sala de Electromagnetismo del Museo Virtual del Consejo Superior de Investigaciones científicas de España y la Fundación BBVA en la Escuela..……….…………………………...pág.35 Figura 7: Captura de pantalla del panel de trabajo de Genial.ly.……….……………….……..pág.38 Figura 8: Ejemplo 1de infografía sobre la historia del electromagnetismo que los estudiantes deben realizar en la sesión 3.……….…………………………………...pág.58 Figura 9: Ejemplo 2 de infografía sobre la historia del electromagnetismo que los estudiantes deben realizar en la sesión 3.…..………….………………..………..pág.59 Relación de recursos online: Ancestry Images (https://www.ancestryimages.com/) Audacity (https://www.audacityteam.org/) Befunky (https://www.befunky.com/es/) Canva (https://www.canva.com/es_es/) Codigos-qr.com (https://www.codigos-qr.com/) Desygner (https://desygner.com/es/) Endless Icons (https://endlessicons.com/) Faraday Museum (https://www.museumslondon.org/museum/53/the-faraday-museum) Flaticon (https://www.flaticon.es/) Flickr (https://www.flickr.com/) Flyermaker (https://play.google.com/store/apps/ detailsid=com.bg.flyermaker&hl=es&gl=US) Freepik (https://www.freepik.es/) Genial.ly (https://genial.ly/es/) Google Presentations (https://www.google.es/intl/es/slides/about/ ) Hemeroteca de la Biblioteca Nacional de España (http://www.bne.es/es/Catalogos/HemerotecaDigital/) Infogram (https://infogram.com/) Instagram (https://www.instagram.com/) James Clerk Maxwell Foundation (https://www.clerkmaxwellfoundation.org/) Lab4Physics (https://lab4u.co/es/lab-en-tu-bolsillo/lab4physics/) Labster (https://www.labster.com/) Moodle (https://docs.moodle.org/es/Acerca_de_Moodle) Miro.com (https://miro.com/) One-Note (https://www.microsoft.com/es-es/ microsoft-365/onenote/digital-note-taking-app) Openphoto (https://openphoto.net/) PhET U.Colorado (https://phet.colorado.edu/es/) Physics Lab (http://www.physicslab.org/) Piktochart (https://piktochart.com/) Pinterest (https://www.pinterest.es/) Pixabay (https://pixabay.com/es/) Qrcode.es (https://www.qrcode.es/es/home/) Slidelab (https://apps.apple.com/es/app/slidelab-slideshow-maker/id1541306488) Slides.com (https://slides.com/) Splendid App Maker (https://play.google.com/store/apps/dev? id=5819342261711162750&hl=es&gl=US) Tracker (https://physlets.org/tracker/) Twitter (https://twitter.com/?lang=es) Unsplash (https://unsplash.com/) Vimeo (https://vimeo.com/es/) Vistacreate (https://create.vista.com/es/) Wikimedia Commons (https://commons.wikimedia.org/wiki/Main_Page) Wordpress (https://wordpress.com/es/) Youtube (https://www.youtube.com/?hl=es&gl=ES) Listado de abreviaturas: (ds) Reactivo en disolución (s) Reactivo sólido AA Aprender a aprender ABI Aprendizaje basado en indagación CCL Comunicación lingüística CD Competencia digital CEC Conciencia y expresiones culturales CMCT Competencia Matemática y Competencias básicas en Ciencia y Tecnología CSC Competencias sociales y cívicas Cu Cobre e-Electrón EBAU Evaluación del Bachillerato para el Acceso a la Universidad EM Electromagnetismo ESO Educación secundaria obligatoria ETSII Escuela técnica superior de ingenieros industriales IEE Iniciativa y espíritu emprendedor LOMCE Ley Orgánica para la mejora de la calidad educativa LOMLOE Ley orgánica de la modificación de la ley orgánica de educación PIB Producto interior bruto S. Siglo STEM Science, Technology, Engineering and Mathematics TIC Tecnología de la información y la comunicación UE Unión Europea Zn Zinc 1.- INTRODUCCIÓN: Uno de los pilares básicos de la física es el electromagnetismo. La fuerza electromagnética junto con la fuerza nuclear débil, la fuerza nuclear fuerte y la fuerza de la gravedad, conforman las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. Los fenómenos electromagnéticos los experimentamos a diario en nuestras vidas cotidianas, desde los rayos que vemos cuando hay tormentas eléctricas, pasando por la electricidad de nuestros enchufes en casa, las telecomunicaciones, los imanes de neodimio, e incluso las descargas de electricidad estática que experimentamos al tocar una superficie metálica. Sin embargo, aunque los efectos del electromagnetismo sí que se experimentan en nuestra realidad cotidiana, el estudio de los principios fundamentales que rigen las fuerzas electromagnéticas no es intuitivo, requiere de un cierto nivel de abstracción y un aparato matemático que dificultan la tarea. Conceptos como el campo de fuerzas, el potencial eléctrico, fenómenos como la inducción electromagnética, la fuerza electromotriz, e instrumentos matemáticos como el manejo de vectores y el cálculo integro-diferencial suponen una barrera para el estudiante que afronta por primera vez un curso de electromagnetismo, percibiendo sólo un conjunto de ecuaciones teóricas que debe aprender de memoria para aprobar el examen, sin llegar a comprender la naturaleza de los conceptos que está manejando. En este punto, el docente debe de ser puente entre el conocimiento y el alumno, debe ser capaz de llevar todo ese conocimiento al nivel del disciente de manera que el alumno pueda comprender los principios físicos subyacentes relativos al electromagnetismo, incorporarlos a sus estructuras de conocimiento previas y ser capaces de explicarlos con sus propias palabras. Además de la transmisión de conocimientos procedimentales, otro de los retos más importantes de un docente de Educación Secundaria Obligatoria, Bachillerato y Formación Profesional es la de poder dotar a los alumnos de una serie de métodos y herramientas de aprendizaje e indagación que trabajen las competencias, aptitudes y habilidades más importantes para el desarrollo integral de los estudiantes, como expone Delors, J. (1996) en “Los cuatro pilares fundamentales de la Educación” [1] hay que “aprender a aprender”, dar las - 1 - ORDEN EDU/363/2015, de 4 de mayo [13], por la que se establece el currículo y se regula la implantación, evaluación y desarrollo del bachillerato en la Comunidad de Castilla y León. Ley Orgánica 8/2013, de 9 de diciembre, [14] para la Mejora de la Calidad Educativa de España. 2.3.- Desarrollo de competencias: La LOMCE propone una serie de 7 competencias básicas basadas en las recomendaciones del Consejo de la Unión Europea de 2018 [15] y los Objetivos de Desarrollo Sostenible de la Agenda 2030 [11] que cada estudiante debe desarrollar durante toda su etapa escolar desde primaria hasta bachillerato: Comunicación Lingüística (CCL): habilidad para utilizar la lengua, expresar ideas e interactuar con otras personas de manera oral o escrita. Competencia Matemática y Competencias básicas en Ciencia y Tecnología (CMCT): capacidad para aplicar el razonamiento matemático para resolver cuestiones de la vida cotidiana, habilidad para utilizar los conocimientos y metodología científicos para explicar la realidad que nos rodea; y cómo aplicar estos conocimientos y métodos para dar respuesta a los deseos y necesidades humanos. Competencia Digital (CD): Capacidad para el uso seguro y crítico de las TIC para obtener, analizar, producir e intercambiar información. Iniciativa y Espíritu Emprendedor (IEE): habilidades necesarias para convertir las ideas en actos, como la creatividad o las capacidades para asumir riesgos y planificar y gestionar proyectos. Aprender a Aprender (AA): implica que el alumno desarrolle su capacidad para iniciar el aprendizaje y persistir en él, organizar sus tareas y tiempo, y trabajar de manera individual o colaborativa para conseguir un objetivo. Competencias Sociales y Cívicas (CSC) capacidad para relacionarse con las personas y participar de manera activa, participativa y democrática en la vida social y cívica. Conciencia y Expresiones Culturales (CEC) capacidad para apreciar la importancia de la expresión a través de la música, las artes plásticas y escénicas o la literatura. - 8 - Se ha intentado cubrir la mayor parte de las competencias básicas a través del diseño de ésta propuesta educativa y las diferentes metodologías aplicadas. Las competencias que más se van a trabajar son la comunicación lingüística, aprender a aprender, el espíritu emprendedor, competencia digital y Competencia Matemática y Competencias básicas en Ciencia y Tecnología. 2.4.- Didáctica de la física: Características tradicionales de la didáctica de la física y corrientes actuales: Tradicionalmente la didáctica de la física ha presentado una serie de características que están siendo superadas con nuevos paradigmas de la enseñanza durante los últimos 20 años. Algunos de los paradigmas tradicionales que la didáctica de la física intenta transformar hoy en día son la concepción de la Física como un corpus teórico, centrado en contenidos disciplinares y desligado de las preocupaciones de la sociedad actual, la concepción de la física como el resultado de unos poquitos genios aislados y no de un trabajo colectivo continuo, y la falta de una visión histórica y del método científico que refleje la evolución de los diferentes conceptos, fórmulas y leyes manejadas. Las corrientes actuales educativas se enfocan más en una enseñanza centrada en el desarrollo de las competencias anteriormente descritas, planteando la enseñanza de la física de una forma más pragmática donde la construcción del conocimientos se organiza en torno a problemas centrados en la vida cotidiana del alumno y cuya resolución permiten desarrollar un pensamiento científico. Dos problemas fundamentales que presenta la comunidad docente son la separación de la investigación didáctica de la práctica docente y la falta de colaboración entre investigadores y docentes de secundaria. Estos dos problemas se traducen en que el lenguaje de la investigación didáctica es distinto al lenguaje de la práctica docente, dificultando por tanto que los métodos e innovaciones generadas en la investigación lleguen finalmente al aula, y que los docentes de secundaria sean poco propensos a hacer investigación didáctica. Didáctica de la física en el sistema educativo español: En ésta sección se hará una comparativa de la enseñanza de las ciencias en los diferentes sistemas educativos en Europa y dónde se enmarca el sistema educativo español dentro de la Unión Europea para a continuación analizar el actual currículo de física y química desde 3º de la ESO hasta 2º de bachillerato. - 9 - Según el informe publicado sobre la Jornada Monográfica dedicada a la didáctica de la física y la química en los distintos niveles educativos, ETSII de la UP de Madrid (2005) [16] el sistema educativo de la mayoría de los países de la UE, incluido España consta de una etapa obligatoria de secundaria entre los 12 y 16 años, y donde se plantean diferentes itinerarios (ciencias, humanidades, artes) a partir de los 14 años, sin embargo, hay dos diferencias fundamentales entre el sistema educativo español y el resto de sistemas educativos de la UE, el número de horas dedicadas a las asignaturas de física y química es sensiblemente menor que en el resto de la UE, y las materias de física y química en el sistema educativo español forman parte de una misma asignatura hasta 1º de bachillerato mientras que en el resto de sistemas educativos de la UE las materias están separadas en distintas asignaturas. Algunos aspectos generales del actual currículo de ciencias, marcado por la , LOMCE [14] son los siguientes: en la mayoría de cursos de secundaria hay una unidad didáctica dedicada única y exclusivamente a la introducción a la ciencia, otros puntos a destacar son la definición de ciencia y su relación con la realidad actual que vivimos y el entorno, algunos conceptos sobre el método científico y cómo se aplica, y el enfrentamiento entre ciencia y pseudociencia. A continuación se entrará en algo más de detalle en los currículos de los distintos cursos de Física y Química desde 3º de la ESO a 2º de bachillerato, desglosados por bloques y contenidos a impartir, extraídos de la Orden Educativa 363/2015 [13], que ordena la aplicación de la ley LOMCE [14] para la región de Castilla y León: 3º de la ESO: Bloque introductorio Bloque 1 “La actividad científica”: El método científico, unidades, uso de TIC´s, trabajo en el laboratorio. Bloques de la parte de química Bloque 2 “La materia”: Modelos atómicos, sistema periódico, enlaces, formulación Bloque 3 “Los cambios”, reacción química, estequiometría, química en sociedad y medioambiental Bloques de la parte de Física Bloque 4 “El movimiento y las fuerzas”: fuerzas, velocidad, fuerzas en la naturaleza Bloque 5 “ Energía”: Electricidad y circuitos, fuentes de energía, uso racional de la energía. Tabla 1: Contenidos de la asignatura “Física y Química” para 3º de la ESO - 10 - 4º de la ESO: Bloque introductorio Bloque 1 “La actividad científica”: La investigación científica, vectores, dimensiones, errores, análisis de resultados. Bloques de la parte de química Bloque 2 “La materia”: Modelos atómicos, tabla periódica y configuración electrónica, enlaces químicos, formulación, química orgánica. Bloque 3 “Los cambios”, Reacciones y ecuaciones químicas, cinética, mol, estequiometría Bloques de la parte de Física Bloque 4 “El movimiento y las fuerzas”: el movimiento, movimientos simples, leyes de Newton, gravedad, presión, hidrostática, física atmosférica Bloque 5 “ Energía”: Energía mecánica, cinética, potencial, trabajo, potencia y calor, máquinas térmicas. Tabla 2: Contenidos de la asignatura “Física y Química” para 4º de la ESO 1º de bachillerato: Bloque introductorio Bloque 1 Estrategias necesarias de la actividad científica, TIC´s en el trabajo científico. Bloques de la parte de química Bloque 2 “Aspectos cuantitativos de la química”: Teoría de Dalton, leyes de los gases, fórmulas empíricas, disoluciones, espectroscopía y espectrometría Bloque 3 “Reacciones químicas”: Estequiometría, reactivo limitante, rendimiento, química e industria Bloque 4 “Reacciones químicas II”: Termodinámica, Energía de Gibbs y espontaneidad de las reacciones, impacto ambiental de las reacciones de combustión Bloque 5 “Química del carbono”: Enlaces C-C, compuestos del carbono, aplicaciones, formulación, isomerías, petróleo y nuevos materiales Bloques de la parte de Física Bloque 6 “Cinemática”: Sistemas de referencia, relatividad de Galileo, composición de movimientos, movimiento armónico simple Bloque 7 “Dinámica” Fuerzas de contacto y elásticas, impulso, momento lineal y angular, ley de la Gravitación universal, ley de Coulomb Bloque 8 “Energía”: Energía mecánica y trabajo, sistemas conservativos, energía cinética y potencial del movimiento armónico simple, diferencia de potencial eléctrico Tabla 3: Contenidos de la asignatura “Física y Química” para 1º de bachillerato - 11 - 2º de bachillerato: Bloque introductorio Bloque 1 “La actividad científica”: estrategias necesarias de la actividad científica, TIC´s en el trabajo científico. Bloques de la parte de física Bloque 2 “Interacción gravitatoria”: campo gravitatorio, campo conservativo, potencial gravitatorio, relaciones entre energía y movimiento orbital Bloque 3 “Interacción electromagnética”: campo, intensidad y potencial eléctrico, flujo eléctrico y ley de Gauss, campo magnético y cargas en movimiento, Ley de Ampere, Inducción electromagnética, flujo magnético, leyes de Faraday-Hery y Lenz, Fuerza electromotriz Bloque 4 “Ondas”: Ecuación de ondas, enegía e intensidad, fenómenos ondulatorios, efecto Doppler, ondas transversales y longitudinales, sonido, efectos y aplicaciones, ondas electromagnéticas, espectro EM, dispersión, comunicaciones. Bloque 5 “Óptica geométrica”: Leyes de la óptica geométrica, lentes y espejos, el ojo humano, aplicaciones tecnológicas: instrumentos ópticos y la fibra óptica. Bloque 6 “Física del S.XX”, Teoría especial de la relatividad, energía relativista, física cuántica, orígenes, interpretación probabilística, aplicaciones, física nuclear, radiactividad, núcleo atómico, fusión y fisión nucleares, fuerzas y partículas fundamentales de la naturaleza, historia y composición del universo, fronteras de la física. Tabla 4: Contenidos de la asignatura “Física” para 2º de bachillerato Como se puede ver en los puntos anteriores, en los tres primeros cursos de secundaria, (3º, 4º de la ESO y 1º de bachillerato) la física y la química se dan en una sola asignatura, dedicando sólo dos bloques en 3º y 4º a la física, que son bloque 1 “actividad científica”, bloque 3 “fuerzas” y bloque 4 “energía”, cabe destacar, que aunque la programación en 3º y 4º sea la misma, lo que varía de 3º a 4º es la profundidad en la que se estudian esos mismos conceptos. En 1º de bachillerato se dedican 4 bloques a la física, bloque 1 “actividad científica”, bloque 6 “cinemática”, bloque 7 “dinámica” y bloque 8 “Energía”, donde se estudian ya aspectos más fundamentales como el momento lineal, campos y leyes como la de la gravitación y la ley de Coulomb. Es el curso de 2º de la ESO donde la física y la química se dan en asignaturas separadas, permitiendo profundizar en más temas que en los cursos previos, así se estudian por bloques separados la interacción gravitatoria, la interacción electromagnética, ondas, - 12 - óptica geométrica, y el último bloque, física del S.XX, donde se estudian breves pinceladas de la teoría de la Relatividad Especial, física nuclear y física cuántica. Aunque nuestra propuesta didáctica se podría adaptar a otros cursos como 4º de la ESO y 1º de bachillerato, se ha decidido que se lleve a cabo en 2º de bachillerato, porque es donde se estudia el electromagnetismo. Las particularidades de 2º de bachillerato suponen un reto añadido, ya que es un curso más corto en número de horas, más denso en contenidos, y en el cual los alumnos están enfocados en la realización de las pruebas EBAU, aun así, pensamos que esta propuesta aporta más ventajas que inconvenientes, permitiendo a los alumnos tener un mejor entendimiento de los conceptos del electromagnetismo y motivándoles a que se interesen por las carreras STEM. 2.5.- Didáctica del Electromagnetismo Como ya se comentó en la anterior sección, en el actual marco legislativo español hasta 2º de bachillerato no se comienza a ver electromagnetismo, hasta entonces, sólo se ven pequeñas pinceladas de electricidad y circuitos electrónicos en 3º de la ESO, mientras que en los dos cursos siguientes se centran más en cinemática, dinámica y energía. Habitualmente la enseñanza de Electromagnetismo en 2º de bachillerato y 1º de carrera se ha enfocado en un camino que parte desde la realidad cotidiana y de los conceptos aparentemente más simples hasta los conceptos más complejos y generales, este mismo camino es similar al desarrollo histórico del electromagnetismo. Así, el bloque de electromagnetismo de 2º de bachillerato consta de los siguientes epígrafes: Vectores, sistemas de coordenadas y cálculo integral: Se abre el bloque con una introducción a los instrumentos matemáticos que se van a manejar en el resto del bloque: las operaciones básicas del cálculo vectorial, sistemas de coordenadas cartesianas, campos escalares, campos vectoriales, y cálculo de integrales simples Electrostática: El segundo epígrafe está dedicado a la electrostática, donde se ven los conceptos de carga eléctrica, distribución de carga, materiales conductores, ley de Coulomb, campo eléctrico, líneas de fuerza del campo eléctrico, intensidad del campo eléctrico y ley de Gauss. - 13 - Potencial eléctrico: En este tercer epígrafe se trabajan los conceptos de potencial eléctrico, trabajo electrostático, energía potencial electrostática, y superficies equipotenciales. Campo magnético: Aquí se estudian los conceptos de campo magnético, experimento de Ørsted y su relación con cargas en movimiento, fuerzas ejercidas por el campo magnético, la acción de un campo magnético sobre un conductor de corriente rectilíneo y sobre un circuito, ley de Ampère, flujo magnético, campo magnético terrestre, fuerza de Lorentz, el espectrómetro de masas y los aceleradores de partículas. Inducción electromagnética: En el último epígrafe del bloque de EM se interrelacionan todos los conceptos vistos en anteriores temas y se formulan las leyes generales del electromagnetismo. Así se estudian el campo creado por distintos elementos de corriente, inducción electromagnética, leyes de Lenz y Farady-Lenz, fuerza electromotriz, y síntesis electromagnética de Maxwell. En cursos de la ESO La metodología a utilizar será una metodología más práctica y enfocada al nivel de conocimiento del alumno, así por ejemplo en vez derivar la ley de Ohm a partir de las definiciones de campo eléctrico y densidad de corriente, se explica la ley de Ohm a partir de circuitos eléctricos, también se trabaja más con aspectos experimentales, por ejemplo, con explicaciones sencillas de los efectos que provocan los imanes o incluso experimentos prácticos como la fabricación de un motor electromagnético sencillo con un alambre, una pila y una espira de cobre, o la demostración de qué le pasa a una espira metálica cuando un imán se acerca o se aleja de la misma. En cursos superiores (2º de bachillerato y universitarios) se trabajan ya con aparatos matemáticos más complejos, las leyes generales del electromagnetismo vendrán expresadas en sus formas diferenciales y se trabajan con conceptos como la definición integral de campo, potencial, trabajo, energía, superficies equipotenciales, líneas de campo y flujo. Dos grandes dificultades a las que se enfrentan los alumnos a la hora de estudiar electromagnetismo son el alto nivel de abstracción que presentan los diferentes conceptos y definiciones manejados y el complejo aparato matemático con el que se trabaja, especialmente en cursos superiores, como consecuencia de ésto, los alumnos llegan a la universidad sin tener - 14 - una idea clara de la naturaleza de algunos conceptos clave en Física como son el campo y el flujo. Para superar estas barreras, las metodologías más recientes proponen la incorporación de experimentos demostrativos y aplicaciones prácticas del electromagnetismo, así como la incorporación de TIC´s La presente propuesta didáctica no busca solventar estas dificultades, como ya se mencionó en el capítulo de introducción, uno de los objetivos que se persiguen con esta propuesta es dotar al alumno de una cultura científica, que aprenda cómo ha sido el desarrollo de la ciencia y en concreto del electromagnetismo y cómo se construye el conocimiento científico a partir de dos vías principales, por un lado la experimentación, que permite analizar fenómenos naturales, y por otro lado la teoría, que pretende dar un formalismo coherente de los hechos conocidos, guiando a su vez la experimentación y anticipando nuevos hechos. Así, con la presente propuesta se estudiarán también las implicaciones físicas de los trabajos de los científicos más relevantes de la historia del electromagnetismo. En resumen, se pretende dar al alumno un una visión complementaria, y diferente a la habitual, de la ciencia y su desarrollo, que muchas veces queda relegada por falta de tiempo en el curriculum escolar. 2.6.- Empleo de recursos TIC en la enseñanza Las TIC’s durante los últimos 30 años han cambiado la forma en que los jóvenes aprenden y se relacionan con el mundo, hoy el día el acceso a ordenador, internet y smartphone está completamente extendido. Los nuevos enfoques de enseñanza de la física centrados en un aprendizaje constructivista basado en el desarrollo de competencias abren la posibilidad de la incorporación de las TIC’s en el aula. Como se ha comentado ya en la revisión bibliográfica, varias publicaciones (Bravo, B. et al. (2018) [4], Martín, M. y Barneto, A. (2006) [5], Cadena González, M. et al (2019) [6]) han demostrado que la inclusión de las tecnologías de la información y la comunicación en el proceso de enseñanza y aprendizaje mejoran la motivación y el rendimiento académico de los alumnos y les ayuda a crear nuevas formas de razonar. Con la incorporación de las TIC´s el docente añade nuevas prácticas y métodos de enseñanza, y dentro del marco del aprendizaje constructivista, el docente se vuelve más como un guía del alumno que como un profesor tradicional. A la hora de abordar el uso de las TIC’s dentro del aula las podemos dividir en diversas categorías: - 15 - TIC’s como apoyo en el proceso de enseñanza: En esta categoría hablamos de recursos digitales utilizados como apoyo al docente a la hora de enseñar, hoy en día cada vez es más normal encontrar aulas digitalizadas que se encuentran equipadas con conexión a internet, proyector y ordenador, e incluso las más modernas cuentan también con pizarras táctiles digitales. Así, el profesor incorpora recursos audiovisuales a sus sesiones de clase a través del uso de paquetes de ofimática para proyectar diapositivas, recursos web como blogs, canales de vídeo, podcasts y revistas de divulgación científica, plataformas online de gestión del aprendizaje como Moodle, y One-Note, que ayudan a la tarea de organización del profesor. TIC’s que ayudan a promover una participación activa del alumno: En esta categoría se incluyen todas aquellas herramientas y recursos que promuevan que el alumno sea más activo en el proceso de enseñanza-aprendizaje. Un recurso excepcional para el objetivo propuesto es el uso de simuladores de procesos físicos, ya sea en forma de programas específicos para tal menester, o de forma online, ejemplo de ésto son las simulaciones PhET, simulaciones interactivas online de distintos procesos físicos y químicos enfocadas a estudiantes de primaria y secundaria elaboradas por la Universidad de Colorado. - 16 - Figura 1 : Captura de pantalla del simulador interactivo PhET de la Universidad de Colorado. Simulación “Magnets and electromagnets”. Fecha de consulta: 04/07/2022. La gran ventaja de los simuladores es que permiten representar el comportamiento de diferentes fenómenos naturales que serían complicado de hacer por métodos tradicionales, otra ventaja igual de importante es que pueden repetir el proceso cuantas veces necesiten, cambiar variables, entender más a fondo el fenómeno sin tener que usar material caro o peligroso. Otro recurso parecido al anterior, pero que no es exactamente simulación, es el uso de prácticas de laboratorio virtuales, ejemplos de ésto son las herramientas de creación de contenido digital interactivo para la creación de experiencias de aprendizaje como son Genial.ly y Canva TIC’s dentro del laboratorio Gracias al avance en la tecnología y la informática, hoy en día se cuenta con multitud de recursos que se pueden utilizar dentro del laboratorio, por ejemplo, un smartphone cuenta con un procesador a la altura de cualquier equipo de sobremesa, una sofisticada óptica para la toma de imágenes y un conjunto de sensores de todo tipo, como pueden ser antenas de recepción de ondas de radio, acelerómetros, y los más sofisticados cuentan incluso con medidor de temperatura y presión. Con el software adecuado un smartphone se puede transformar en una poderosa herramienta de toma de datos, algunos ejemplos de apps para el laboratorio son Physics Lab, Labster y Lab4Physics. - 17 - de diferentes metales, y por otro lado, Alessandro Volta descubrió que algunas reacciones químicas eran capaces de producir corriente eléctrica, dando así origen a la celda galvánica en el 1800. La llegada del nuevo siglo, el S.XIX, vio el amanecer de las baterías y pilas galvánicas, siendo Alessandro Volta el creador de la primera pila, ésta consistía en varias placas de zinc y cobre unidas en paralelo y sumergidas en una salmuera donde se producían reacciones de oxidación-reducción de manera espontánea. Una iteración posterior la realizó John Frederic Daniell en 1836 creando la Pila Daniell, para crearla sumergió dos electrodos de zinc y cobre en dos disoluciones ácidas separadas unidas mediante un puente salino y los electrodos unidos por un hilo conductor. La pila Daniell está basada en dos semirreacciones de oxidación-reducción que ocurren cada una de ellas en el ánodo y en el cátodo. En el ánodo el zinc se oxida pasando de zinc metálico a zinc catión en disolución y desprendiendo dos electrones según la siguiente reacción: Zn (s) ==> Zn+2 (ds) + 2 e- En el cátodo el sulfato de cobre en disolución se reduce tomando electrones y produciendo cobre metálico que se deposita en el electrodo según la siguiente semirreacción: Cu+2 (ds) + 2 e- ==> Cu (s) Figura 3: Esquema original de la Pila Daniell Otra contribución importante al electromagnetismo durante los primeros años del S.XIX son la teoría del potencial eléctrico y cómo se distribuye la carga sobre la superficie de un cuerpo, formulada en 1813 por el físico y matemático francés Siméon-Denis Poisson. El experimento de Hans Christian Ørsted en 1819, demostró que una aguja imantada se mueve cuando está en las proximidades de un hilo por donde circula corriente eléctrica, - 24 - dejando patente la relación existente entre electricidad y magnetismo, un tiempo después, Jean Baptiste Biot y Félix Savart, científicos franceses, formularon las bases teóricas de éste fenómeno, dando origen a la ley que lleva sus nombres. En 1820 André-Marie Ampère demostró que dos corrientes eléctricas paralelas son capaces de atraerse o de repelerse dependiendo de si estás circulan en la misma dirección o en dirección contraria. Otro hito importante lo marcaron por separado Michael Faraday y Joseph Henry, con el descubrimiento de la inducción electromagnética, que es como el “reverso” del experimento de Ørsted, demostraron que cuando existe un campo magnético variable en las proximidades de un circuito eléctrico, éste crea una corriente eléctrica inducida, también demostraron que un circuito por donde circula una corriente de electricidad variable en el tiempo es capaz de crear una corriente eléctrica inducida, que es la base de las dinamos y los transformadores, así Hippolyte Pixii en 1832 creó la primera dinamo, y el Dr. Antonio Pacinotti de Pisa en 1860 creó la primera máquina eléctrica “reversible” que podía ser utilizada para la generación de corriente o como motor eléctrico. Otros científicos dignos de mencionar son por ejemplo Georg Simon Ohm, físico y matemático alemán, en 1827 formuló la ley que lleva su nombre, la cual relaciona la intensidad, resistencia y voltaje en un circuito eléctrico, o James Prestcott Joule, físico inglés, que en 1841 encontró la relación entre la corriente eléctrica y el calor disipado en el metal conductor. Uno de los mayores avances del S.XIX lo aportó el matemático alemán Friedrich Gauss, que contribuyó a aplicar la matemática pura al electromagnetismo, formulando así la ley de Gauss en 1835, la cual sienta las bases teóricas para el desarrollo de las ecuaciones de Maxwell unas décadas después. La segunda mitad del S.XIX vio hitos tan importantes como la pugna entre las redes de corriente continua de Thomas Edison y las redes de corriente alterna propuestas por Nikola Tesla, el descubrimiento de la propagación de las ondas electromagnéticas en el vacío en 1887 por Heinrich Hertz y su mentor Hermann Helmholtz basados en el trabajo de James Maxwell, permitiendo el desarrollo de la telegrafía sin hilos, el descubrimiento de la bombilla por Thomas Edison, el motor polifásico de Tesla, la invención del tubo de Crookes en 1874 por Sir William Crookes, donde se pudo observar la formación de plasma, el establecimiento del electrón como unidad de carga en 1874 por G. Johnstone Stoney, el establecimiento de las leyes de los circuitos electrónicos por Gustav Kirchhoff en 1850, el descubrimiento de los - 25 - rayos catódicos en 1896 por Joseph John Thompson, y así un sin fin de descubrimientos. No podemos saltar al S.XX sin mencionar a James Clerk Maxwell, un científico y matemático de Edimburgo, que en 1865 publica su trabajo “Una teoría dinámica del campo electromagnético”, donde sienta las bases de la teoría clásica de la radiación electromagnética, en ella demuestra que el magnetismo, la electricidad y la luz son manifestaciones distintas de un mismo fenómeno, previendo así que las ondas eléctricas y magnéticas viajan por el vacío a la velocidad de la luz. Las ecuaciones de Maxwell unifican las fuerzas eléctricas y magnéticas bajo un mismo marco teórico y sentaron las bases para el posterior desarrollo de la física moderna del S.XX. Figura 4: Retrato de James Clerk Maxwell procedente de la James Clerk Maxwell Foundation. A primeros del S.XX Robert Millikan midió la carga del electrón, Albert Einstein tomando como cimientos las ecuaciones de Maxwell, postuló la teoría de la relatividad especial y formuló el efecto fotoeléctrico, donde propuso que la luz podía existir en forma de cuantos llamados fotones. En 1900 Max Planck demostró la radiación del cuerpo negro, los cuerpos calientes emitían una cierta radiación cuya frecuencia es proporcional a la temperatura, sin embargo la teoría electromagnética clásica no podía dar una solución a la catástrofe del ultravioleta. Las investigaciones de Einstein y Planck dieron origen a la mecánica cuántica en 1925, y a la formulación de una teoría cuántica del electromagnetismo en los años 40. Otros - 26 - hitos dignos de mencionar del S.XX son la invención de la radio, el rádar, la televisión, la radioastronomía, la telefonía móvil etc... Metodologías a utilizar: Desde las fases iniciales del diseño de la propuesta se ha trabajado con la idea de que sean los alumnos quienes vayan “descubriendo” por sí mismos la historia del electromagnetismo, la construcción del conocimiento científico a lo largo del tiempo y cómo se conecta con sus realidades cotidianas. También las diferentes actividades se han articulado de tal forma que una actividad lleve de forma más o menos intuitiva a la siguiente actividad, de manera que formen un conjunto coherente, e integrado y que no sean actividades aisladas. Por último, se ha buscado que el alumno, además del aprendizaje teórico, también desarrolle otras habilidades y competencias como la comunicación interpersonal y la competencia digital. Así, la metodología didáctica que más se adapta a la filosofía de la propuesta es el aprendizaje por descubrimiento, a continuación se darán unas pequeñas pinceladas: Aprendizaje por descubrimiento El aprendizaje por descubrimiento es un método enmarcado dentro del aprendizaje constructivista que pone el foco de atención en el alumno. Fue impulsado por el psicólogo y pedagogo estadounidense Jerome Bruner en varias de sus obras a lo largo de los años 60 del pasado siglo, algunos de sus trabajos más relevantes son “Toward a Theory of Instruction” (1966) [17] y “Processes of Cognitive Growth: Infancy” (1968) [18] . El proceso de enseñanza parte de los intereses y las motivaciones de cada alumno, y el aprendizaje se produce debido al trabajo por parte del alumno. En esta metodología, el docente más que impartir conocimientos, actúa como guía del alumno, dirigiéndole en el proceso de búsqueda de resolución de los temas y preguntas planteadas. El aprendizaje por descubrimiento pretende que el alumno forme nuevas relaciones entre conceptos, busque nuevos conocimientos, los asimile y los integre con los conocimientos previos, de esta manera, el alumno no aprende solo teoría, también aprende una serie de herramientas y habilidades que le permitan al alumno ir construyendo el conocimiento de forma autónoma. Para que se pueda desarrollar el aprendizaje por descubrimiento, todo el proceso de enseñanza-aprendizaje debe estar sustentado por las siguientes bases - 27 - Conocimiento activo: el conocimiento debe ser adquirido por el estudiante, así el profesor deberá acotar el proceso de búsqueda a un tema y unos objetivos concretos. Exploración creativa: El aprendizaje debe ser el resultado de la experimentación, búsqueda e investigación por parte del alumno y no debe estar basado en la transmisión de conocimientos por parte del profesor. Asimilación de nuevas competencias: El descubrimiento es la técnica más eficaz para fijar e integrar un conocimiento nuevo. Personalización por interés: Las materias a estudiar deben partir siempre desde el entorno cotidiano del alumno, sus motivaciones e intereses personales. Aprendizaje experimental: Los temas trabajados, ya que parten de los intereses de los alumnos y tienen contenido práctico, quedan mejor retenidos en la memoria, y sirven de base para posteriores procesos de aprendizaje, contribuyendo así al desarrollo integral del alumno. Las ventajas más importantes del aprendizaje por descubrimiento son que el conocimiento nace de la propia experiencia y búsqueda del alumno, por lo tanto la importancia del aprendizaje meramente memorístico es menor, y el conocimiento pasa a ser significativo y es mejor retenido por el alumno a largo plazo. Otra ventaja es que se potencian capacidades como el interés, la curiosidad por aprender y la creatividad, también promueve el pensamiento crítico, el razonamiento y la reflexión, y el desarrollo de habilidades para la búsqueda y solución de problemas. Al ser un aprendizaje activo y que nace del propio alumno, es un aprendizaje que resulta más fácil de asimilar, se refuerza la autoestima y la seguridad del alumno, fomentando así su crecimiento personal y maduración. Algunas de las herramientas que el profesor puede utilizar para llevar esta metodología al aula son las siguientes: Aprendizaje por proyectos: Los contenidos curriculares se estudian mediante la proposición de un tema central, y a partir de ese tema, se van estudiando diferentes aspectos del mismo para los diferentes contenidos curriculares a tratar. Por ejemplo, un tema central puede ser la creación de un pequeño invernadero para la producción de frutas con un sistema de riego automático, a partir de este tema se pueden ver materias tan variadas como biología, ecología, física de fluidos, electrónica y - 28 - programación, etc.… Webquests: son procesos de investigación online dirigida que los alumnos realizan sobre un tema concreto. La particularidad del webquest es que el camino, objetivos y puntos a investigar ya están fijados de antemano por el profesor, evitando así que los alumnos se dispersen y tomen líneas de investigación que les alejen de los objetivos de la investigación. Infografías: son diagramas visuales de mayor o menor complejidad cuyo objetivo es resumir y explicar de forma sencilla información compleja. Es una gran herramienta para incitar a los estudiantes a analizar, comprender y sintetizar las principales ideas de un texto para luego poderlas expresar de manera clara y resumida en forma figurativa, ya sea a través de esquemas, pictogramas, creaciones animadas, infografías interactivas etc. Talleres: son metodologías que fomentan que el alumno trabaje en la resolución de problemas de forma autónoma mediante la provisión de los recursos necesarios que el alumno necesite y la guía del propio docente. Debates, reflexiones, intercambios de ideas: otra herramienta eficaz es la implementación en el aula de sesiones de debates donde los alumnos pongan en común sus propias ideas, resultados, experimentos que están desarrollando, de ésta manera los estudiantes pueden expresarse, compartir conocimientos con otros alumnos y aprender de sí mismos y de las experiencias de sus compañeros. - 29 - Figura 5: Ejemplo de infografía. Plantilla con licencia Creative Commons del repositorio Freepik.es Se han incorporado los fundamentos del aprendizaje por descubrimiento en nuestra propuesta a través de las diferentes actividades propuestas, así, la motivación en los alumnos es trabajada por el debate inicial y las experiencias de cátedra realizadas en la sesión 1, la exploración creativa se desarrollan en las actividades de las sesiones 2 y 3 con la búsqueda bibliográfica y la elaboración de las infografías. La asimilación de nuevas competencias y el aprendizaje experimental se trabajan en las sesiones 2, 3 y 4, donde el alumno aprenderá a buscar y organizar información por sí mismo en la actividad de búsqueda bibliográfica, mientras que en la actividad de la elaboración de infografías aprenderá a desenvolverse en un entorno digital, a trabajar en la nube y a presentar información en formato visual, finalmente en las exposiciones orales y el debate final de la sesión 4 el alumno aprende a presentar públicamente los resultados de su trabajo previo y a expresar sus opiniones y puntos de vista. Se ha intentado que las herramientas incorporadas en la propuesta sean lo más variadas posible, para que el alumno pueda desarrollar diversas habilidades, sepa trabajar con distintos recursos y expresarse a través de diferentes medios de comunicación, las principales herramientas usadas en la propuesta son los webquests, las infografías, las exposiciones orales, las experiencias de cátedra en el aula y los debates. - 30 - 3.2.- Contexto y destinatarios Se ha elaborado la propuesta didáctica para ser aplicada en un instituto de barrio de clase media-baja de tamaño medio en una ciudad castellanoleonesa. En el capítulo anterior ya se habló del marco legislativo en el que debe desarrollarse la propuesta, en éste epígrafe se describirán las características más importantes de Castilla y León a nivel educativo, y se hará una breve reseña del hipotético escenario para el cual se ha diseñado la propuesta. Educación en Castilla y León Castilla y León es una comunidad autónoma ubicada en la submeseta norte de España, con una superficie total de 94 226 km², convirtiéndola en la comunidad autónoma más grande de todo el país. La comunidad está dividida en 9 provincias. Posee una población total de 2,3 millones de personas repartidas en más de 2200 municipios de pequeño tamaño, siendo Valladolid la ciudad más habitada, con 350.000 personas, un aspecto demográfico importante a destacar es la baja densidad de población en la región, siendo incluso más baja en la zona Oeste de Castilla y León, en las provincias de León, Zamora y Salamanca. Otro aspecto demográfico a remarcar está marcado por la economía, la cual a estar centrada en el turismo, la producción agroganadera y la producción energética, no ofrece suficientes oportunidades laborales, provocando así la emigración de los jóvenes y un envejecimiento de la población. El sistema educativo presenta unas inversiones económicas algo superiores a la media nacional, lo que ha posicionado a la comunidad como una de las comunidades con menor fracaso escolar, y unos resultados en las pruebas PISA que oscilan entre la primera y segunda posición a nivel nacional, y entre los diez primeros puestos a nivel internacional. La comunidad además posee una red de bibliotecas públicas repartidas a lo largo de toda la región, y a nivel universitario tiene 4 universidades públicas, Universidad de León, Universidad de Valladolid, Universidad de Salamanca y Universidad de Burgos, y 5 privadas, entre ellas destacan el Instituto de Empresa Universidad en Soria, la Universidad Católica Santa Teresa de Jesús en Ávila o la Universidad Europea Miguel de Cervantes en Valladolid. Otro punto a destacar de la educación en Castilla y León es que durante los últimos 15 años se han estado impulsando programas bilingües de inglés-español tanto en la educación primaria como en la educación secundaria, y bachilleratos de excelencia en distintas ramas, como el bachillerato de excelencia en ciencias, o el bachillerato de excelencia de artes, entre otros. - 31 - Escenario hipotético Para la realización de la propuesta educativa, se ha supuesto un instituto público de tamaño medio, de cerca de 1000 alumnos, situado en un barrio de clase media de una capital de provincia de Castilla y León. Se ha supuesto que la mayoría de los alumnos del instituto proceden de familias que ya viven en las cercanías del instituto y que proceden de clase media-baja. Como ya se comentó en capítulo dedicado el marco teórico, se ha decidido centrar la propuesta en los alumnos que estudian la asignatura de Física en el 2º curso de bachillerato de la especialidad de ciencias, debido a que es en este curso donde se ve el bloque del electromagnetismo con cierta profundidad. Se asumirá una clase tipo compuesta de 20 alumnos de ciencias cuyas edades oscilan entre los 17 y 20 años y que en su mayoría son hispanohablantes y no presentan alumnos con necesidades educativas especiales. Igualmente, también se asume que todos ellos se están preparando para presentarse a las pruebas EBAU, un aspecto que puede tener influencia en la motivación de los alumnos a la hora de implicarse con la actividad propuesta. Para los fines de la propuesta, es irrelevante la presencia de alumnos repetidores, la distribución por sexos en la clase, así que no se tendrá en cuenta estas variables. También se deben de tener en cuenta las particularidades del curso de 2º de bachillerato. Como es un curso enfocado para la preparación de las pruebas EBAU de acceso a la universidad, las cuales siempre se celebran sobre la segunda semana de junio, normalmente para la tercera semana de mayo el curso ya está terminado, lo que corresponde a unos 7 meses de curso en vez de los 9 meses que suele durar un curso normal. Además el temario a impartir es más extenso que el de 1º de bachillerato, lo que supone una dificultad añadida. Respecto a los conocimientos previos relevantes que los alumnos tienen al comienzo de la actividad, asumimos que ya se vio el bloque 3 “interacciones electromagnéticas“ cuyos contenidos se encuentran detallados en la tabla 4 del anterior capítulo, y que ya han aprendido conceptos básicos del electromagnetismo como el campo eléctrico y magnético, líneas de fuerza, potencial eléctrico, inducción electromagnética. En cuanto a las herramientas matemáticas, en este punto los alumnos de 2º de bachillerato ya han visto el manejo de operaciones básicas con vectores, composición y descomposición de - 32 - vectores, producto escalar vectorial de vectores así como algunas nociones de ángulos y trigonometría. Respecto al cálculo integro-diferencial los estudiantes de 2º de bachillerato ya han visto los conceptos de derivada e integral, y cómo calcular derivadas e integrales de funciones simples y algunos métodos de integración como el cambio de variable, la integración de funciones racionales y trigonométricas, y la integración por partes, cabe destacar que conceptos más avanzados como las integrales de superficie y volumen no se estudian en bachillerato. Respecto al manejo de las TIC’s por parte de los estudiantes, se asume que están familiarizados con el manejo de dispositivos móviles y redes sociales, pero tienen una experiencia limitada en el uso de paquetes ofimáticos y la búsqueda de fuentes de información online fiables, realizar una búsqueda bibliográfica, o la elaboración de contenido visual, ya sea con aplicaciones ofimáticas u otro tipo de recursos, para la realización de presentaciones orales 3.3.- Descripción de actividades y recursos En esta sección se describirán todas las actividades, recursos y secciones programadas en la propuesta didáctica. Antes de proceder a la descripción de las actividades, se debe encuadrar la propuesta en un marco temporal y dividirla entre sesiones presenciales en clase y trabajo en casa por parte de los alumnos. Como ya se comentó anteriormente, El Bloque 3 “interacciones electromagnéticas” termina de impartirse a primeros de diciembre, y se propone realizar la propuesta didáctica durante las dos semanas de diciembre anteriores a las vacaciones de navidad, entre el 10 de diciembre y el 23 de diciembre. En esas dos semanas, los alumnos ya han terminado los exámenes de la primera evaluación y tienen menos carga de trabajo. Se propone repartir la propuesta didáctica en 4 sesiones distintas de trabajo a lo largo de dos semanas, correspondiendo a dos sesiones por semana, permitiendo a los alumnos trabajar tanto en clase como en casa si así fuera preciso. A la hora de establecer los recursos empleados para cada actividad, se supondrá que el aula del instituto está equipada con ordenador, altavoces, conexión a internet, pantalla y cañón proyector, además se parte de la premisa que todos los alumnos tienen acceso a ordenador portátil, ya sea utilizando sus ordenadores propios, o usando los portátiles que el instituto pone a disposición del alumnado. En cuanto al software utilizado, se utilizarán herramientas - 33 - De nuevo, como en las sesión 2, los alumnos trabajarán por grupos y confeccionarán las infografías utilizando como punto de referencia los esquemas que se elaboraron en la sesión previa. No se pedirá a los estudiantes que incluyan más información de la recogida en los esquemas de la sesión 2, pero serán libres de incorporar nuevos hitos dentro de la infografía si el grupo así lo cree oportuno. Se prevé que los alumnos trabajen en la elaboración de las infografías durante los 50 minutos que dure la sesión, pero en caso de que no puedan terminarla a tiempo, trabajarán desde casa. Se ha calculado que el trabajo en casa no suponga más allá de dos horas por grupo. Se entregarán dos infografías por grupo, la primera infografía recogerá la línea de tiempo, donde se incorporarán entre 5 y 10 hitos históricos, junto con el nombre del descubridor, fecha y una breve descripción. En la segunda infografía se recogerá la biografía de un científico, inventor, descubridor, o filósofo relevante relacionado con el electromagnetismo. Las infografías se entregarán por e-mail en formato digital con fecha límite el día anterior a que de comienzo la sesión 4. Aunque los grupos cuentan con libertad creativa para diseñar la infografía como deseen, sí que se les va a proporcionar unas mínimas especificaciones con vistas a unificar criterios: Tamaño de la infografía: Será tamaño A3 en formato vertical o formato apaisado Debe contener un título claro que haga referencia a la época en la que se basa la infografía presentada. Se incluirá una breve descripción general de la época a tratar. En la infografía de la línea del tiempo se recogerán un mínimo de 5 y un máximo de 10 hitos históricos del electromagnetismo Además en cada hito debe quedar claro el título del hito, el año del hito, autor o autores (si los hubiere) y una breve descripción de cada hito. En la infografía biográfica se insertarán al menos 3 imágenes relacionadas con el científico y sus descubrimientos. En cada infografía, se debe insertar al menos un enlace a un recurso online en forma de código QR. - 40 - Una buena práctica que se encuadra dentro de la competencia digital y que se quiere promover desde ésta propuesta es el respeto a los derechos de autor en internet y evitar el uso ilícito de material protegido por copyright, para ello se promoverá entre los alumnos el uso de recursos públicos y con licencia “Creative Commons”. Existen repositorios especializados en proporcionar imágenes libres de derechos de autor, algunos de ellos son Unsplash, Pixabay, Openphoto o Freepik. También es posible encontrar iconos e imágenes vectoriales libres para incorporarlos a las infografías, dos repositorios populares son Flaticon y Endless Icons. Wikipedia y Google también permiten la búsqueda de imágenes libres de autor, desde el banco Wikimedia Commons en el caso de Wikipedia, y desde la búsqueda avanzada de imágenes en el caso del motor de búsqueda de Google. Un recurso que puede ayudar a los estudiantes a la hora de realizar las infografías es Ancestry Images, un repositorio con imágenes históricas como fotos, mapas, retratos, pinturas, grabados de épocas tan tempranas como el S. XI, también libres de derechos de autor. Otros recursos online a tener en cuenta son las páginas web de museos de ciencias y bibliotecas, por ejemplo la Hemeroteca de la Biblioteca Nacional de España cuenta con revistas científicas del S.XIX, o el museo virtual del consejo superior de investigaciones científicas, donde se pueden encontrar colecciones de instrumentos científicos de épocas pasadas y salas temáticas, una de ellas dedicada al electromagnetismo. Las fundaciones científicas y los museos dedicados a científicos de renombre también son un gran recurso de consulta, por ejemplo el Faraday Museum, y la James Clerk Maxwell Foundation son fuentes excepcionales. Por último, una posibilidad que ofrece el trabajar en la nube de forma online, es la difusión de las infografías en otros medios, así algunas de las posibilidades existentes son incluirlas en forma de enlace, código QR o imagen en redes sociales como Instagram, Twitter y Wordpress, aplicaciones de mensajería instantánea o por e-mail. Otras plataformas populares para subir creaciones digitales son Flickr, y Pinterest, o si se desea, se puede subir a repositorios de infografías para que queden disponibles para otras personas, las herramientas anteriormente mencionadas, como Canva y Genial.ly, ofrecen esta posibilidad. Si las infografías son animadas, cabe la posibilidad de editarlas y subirlas en formato de vídeo a Youtube o Vimeo. Para la generación de códigos QR existen webs online que generan un código QR a partir del enlace web que se les proporciona, algunos ejemplos son Qrcode.es y - 41 - Codigos-qr.com. En los anexos de la presente memoria se recogen dos ejemplos de las infografías que deben entregar cada grupo. Como actividad voluntaria en ésta sesión 3 se propone a los alumnos que además de las infografías los alumnos tengan la posibilidad de traer a clase materiales de apoyo a las infografías para las exposiciones de la sesión 4 o la realización de un experimento sencillo en forma de experiencia de cátedra para realizarlo durante el tiempo de la exposición oral. Si el grupo opta por realizar la actividad voluntaria, se entregará junto con el esquema la idea que el grupo quiere llevar a cabo en la exposición oral junto a las infografías, el profesor antes de la sesión 4 revisará la idea y en el caso de que haya que corregir o cambiar algo de la propuesta, se pondrá en contacto con el grupo para enfocar mejor la idea. Algunos ejemplos, materiales e ideas que los alumnos pueden implementar junto a las infografías son las siguientes: Motor electromagnético sencillo realizado con una pila, un alambre en forma de espira y un imán. Electroimán consistente en un cable enrollado alrededor de un núcleo de metal, como un tornillo, y conectado a una pila. Brújula casera, consistente en un alfiler imantado sujeto a un tapón de corcho flotando en agua. Experiencias de electricidad estática: frotando un globo, o materiales de plástico y metal, estos objetos son capaces de atraer pequeños objetos como trocitos de papel o una pequeña bola de papel de aluminio suspendida de un hilo. Dinamo y lámpara de bicicleta. Experiencia de inducción electromagnética: tubo de cartón forrado con papel de aluminio por donde se deja caer un imán por dentro, éste caerá más lentamente. Finalmente, la sesión 4 dará cierre a la propuesta didáctica: - 42 - “Sesión 4: Presentemos: Reconstruyamos la historia del electromagnetismo”. La sesión 4 estará dedicada a la presentación y puesta en común de todas las infografías presentadas, con vistas a la creación de una línea de tiempo global de la historia del electromagnetismo que comience en los tiempos antiguos y acabe en la actualidad. El tema central de la sesión es que cada grupo presente su infografía, y en un tiempo de exposición no mayor de 5 minutos cuenten en qué época se han centrado, el personaje histórico que han elegido y los descubrimientos más importantes que han decidido incluir dentro de la infografía. Se propone que las infografías sean expuestas en el proyector para las exposiciones orales, y que se entregue una versión impresa en papel tamaño A2 para ser colgadas posteriormente todas ellas en las paredes del aula, o del pasillo para ser vistas a lo largo del curso. Así, los primeros minutos de la sesión se dedicarán a preparar los materiales de la actividad voluntaria de la anterior sesión para ser mostrados durante la presentación oral. El tiempo de cada presentación será de 5 minutos por cada grupo, y deben intervenir en la presentación todos los componentes del grupo, debido a que ya está la infografía, no será necesario que se prepare a mayores una presentación de Power Point. Debido a la dinámica adoptada en la clase, no habrá turno de preguntas justo después de cada exposición oral se propone que todas las exposiciones orales se hagan sin interrupciones entre una y otra exposición, y acabadas las exposiciones, que se calcula que no lleve más de 25-30 minutos, el resto del tiempo se dedicará a realizar un debate final El objetivo de este debate final para el cierre de la actividad es la puesta en común entre todos los alumnos de dudas y preguntas que se hayan tenido sobre los trabajos de otros grupos. También el debate final pretende ser un espacio dar la oportunidad a los estudiantes para que puedan explicar en público sus impresiones sobre la actividad, dónde han encontrado mayores dificultades, si les ha parecido útil o no la actividad, si ha cambiado algo sobre su visión de la ciencia y el método científico. Con el debate final también se pretende que el profesor pueda tener un feedback de los alumnos, para poder evaluar después el éxito a la hora de implantar la actividad y poder realizar propuestas de mejoras para el futuro, y para poder evaluar mejor a cada grupo. Finalmente, se propone que todas las infografías realizadas por cada grupo puedan estar - 43 - disponibles para toda la clase en formato online, ya sea a través de lista de correo electrónico o colgadas en el Moodle del curso para que les sirvan de futuras referencias. En los siguientes epígrafes se hará una descripción pormenorizada de la distribución temporal de la propuesta didáctica y se recogerá cómo se va a evaluar, tanto a los alumnos como a la implementación de la propuesta. 3.4.- Temporalización En apartados anteriores ya se comentó el número de sesiones y en qué semanas del calendario lectivo de 2º de bachillerato se llevaría a cabo, pero en esta sección se hará una descripción pormenorizada de la secuencia temporal que seguirá la propuesta didáctica. En el siguiente cuadro se recogen cada una de las sesiones y actividades divididas por tiempos: Tabla 5: Distribución temporal de las semanas, sesiones y actividades que componen la propuesta didáctica. Así, las sesiones 1 y 2 se llevarán a cabo durante la primera semana en días alternos, y las sesiones 3 y 4 durante la semana 1. En el cuadro también se ha incluido la duración en minutos de cada actividad, así, la sesión 1 está compuesta por las actividades de “Introducción”, “Experiencia de Cátedra”, “Brainstorming” y el reparto de grupos y temas, con una duración de 10, 30, 30 y 10 minutos respectivamente. Las experiencias de cátedra y Brainstorming se realizan a la vez. Las actividades incluidas para la sesión 2 son la investigación bibliográfica, que durará 30 minutos, y la elaboración de los esquemas a entregar, que tendrá una duración de 20 minutos, - 44 - se ha previsto que los alumnos terminen los esquemas en casa si no les da tiempo a realizarlos, se calcula que el trabajo en casa para la sesión 2 no debería sobrepasar los 60 minutos. En la sesión 3 las actividades incluidas son una introducción a Genial.ly por parte del profesor, que durará entre 10 y 15 minutos, y el resto del tiempo, 40 minutos, se dedicará a la realización de las infografías. De nuevo, si los alumnos no han terminado las infografías en clase, se prevé que las terminen en casa, de nuevo, se calcula que no deban de invertir más de 60 minutos de trabajo en casa. Finalmente para la última sesión, se han programado 3 actividades, la primera de todas, es preparar las infografías y colgarlas en en aula, se ha calculado que no debería llevar más de 5 minutos, la segunda actividad son las presentaciones orales, dedicándole para ello media hora, aunque es probable que se alargue debido a la organización. Para el debate final se ha decidido reservar al menos 15 minutos. 3.5.- Evaluación En éste último epígrafe del capítulo “Metodología” se va a abordar la parte de evaluación, la cual tendrá dos ramas. Una primera rama será la evaluación a los alumnos, la segunda rama consistirá en la evaluación de la implementación de la propia propuesta didáctica, con vistas a poder introducir cambios y mejoras para el futuro. Evaluación a los alumnos. Para la evaluación a los alumnos se tendrán en cuenta varios puntos, el primero de ellos, es el comportamiento de cada alumno en clase durante la realización de la propuesta didáctica, el segundo punto que se tendrá en cuenta serán los entregables, el esquema con los hitos y la bibliografía, y la infografía, por último el tercer punto que será tenido en cuenta para la evaluación es la exposición oral. El sistema de evaluación utilizado será una evaluación por rúbrica donde se recogerán varios aspectos relacionados con la consecución de cada actividad. En los anexos se incluye la rúbrica completa con cada actividad desglosada por criterios de evaluación, pero a continuación se incluye un breve extracto de la rúbrica. - 45 - Tabla 6: Extracto de la rúbrica de evaluación de los alumnos. En la rúbrica cada criterio evaluable tiene 4 niveles de desempeño, que son “Mal”, “Regular”, “Bien” y “Excelente”, que se traducen en nota numérica con base 10 según la siguiente equivalencia: “Mal” = 2.5 puntos “Regular” = 5 puntos “Bien” = 7.5 puntos “Excelente” = 10 puntos. Se ha propuesto que el entregable de la Sesión 2 pese un 20% de la nota final, la infografía un 30% de la nota final, y la exposición oral otro 30% de la nota final. El restante 20% de la nota final provendrá de la nota ponderada del resto de actividades evaluadas según la rúbrica adjunta en los anexos. No se va a entrar en qué peso tiene la nota de la actividad dentro de la evaluación trimestral, pues queda fuera del ámbito de aplicación de la presente memoria. Evaluación de la actividad. Para la evaluación de la actividad se tendrá en cuenta la valoración propia del profesor, así como el feedback de los alumnos a lo largo de las cuatro sesiones y sobre todo del debate final. - 46 - Además, después de finalizar la sesión 4, se pasará un cuestionario anónimo en forma de preguntas abiertas, el cual se encuentra en los anexos, a los alumnos donde se les pedirá opiniones sobre aspectos relacionados con la propuesta didáctica, aspectos como qué iban a esperar de la actividad antes de realizarla, qué puntos de la actividad les ha gustado más, qué puntos les ha gustado menos, cuáles serían aquellos aspectos a mejorar y qué cambios propondrían. Se realizarán también otro tipo de preguntas no ya relacionadas directamente con las actividades, si no más generales, por ejemplo si su visión sobre el método científico y cómo se construye el conocimiento científico ha cambiado tras la realización de la actividad, si ésta actividad les ha motivado para hacer carreras STEM, si creen que han aprendido herramientas y habilidades útiles para sus futuras carreras profesionales. Con toda esta información, se evaluarán de forma cualitativa las siguiente variables de la propuesta: Duración de la actividad en número de sesiones y su lugar dentro del calendario escolar Impacto en los alumnos sobre 2 aspectos: nivel de conocimientos científicos y nivel de habilidades adquiridas y manejo de herramientas y recursos Idoneidad de los contenidos teóricos incluidos en la actividad, cantidad y tipo de actividades propuestas. Evaluación del impacto de la actividad en la motivación de los alumnos para la ciencia y tecnología. Una vez evaluadas todas las variables, e identificados los puntos de mejora, se prevé que se realicen cambios en la presente propuesta con vistas a aplicarla en años sucesivos, tomando como base los resultados de la evaluación. - 47 - 4.- CONCLUSIONES Gracias a la propuesta didáctica presentada en esta memoria, se ha diseñado una serie de actividades que ayudan al alumno a comprender mejor los conceptos básicos del electromagnetismo. El estudio de los descubrimientos más importantes del electromagnetismo a lo largo de la historia permite al alumno a acercarse al proceso de construcción de conocimiento científico y despertar su inquietud hacia la ciencia y la tecnología. La metodología de indagación escogida para la propuesta incentiva que el alumno tenga una participación más activa, y desarrolle su pensamiento crítico, ayudando así al alumno a comprender la evolución de las teorías y experimentos más importantes de la historia del electromagnetismo y a relacionarlos con los conceptos aprendidos en clase. La inclusión de las TIC´s para la investigación bibliográfica y la confección de infografías a partir de aplicaciones interactivas virtuales dotan al alumno de una serie de habilidades y competencias digitales claves para el mundo de hoy. Esta propuesta, además de dotar al alumno con más recursos de aprendizaje, también pretende fomentar un uso crítico y seguro de las TIC´s. Todas las actividades propuestas se confeccionaron en torno al trabajo colaborativo en grupos de 4 personas, de esta forma se desarrollan las habilidades interpersonales de comunicación, trabajo en equipo, organización grupal y la gestión de tiempos, tareas y objetivos por parte de los alumnos. Además la Sesión 4, donde se ponen en común todas las infografías, tiene como objetivo no sólo la colaboración dentro del grupo, si no la colaboración entre los distintos grupos para la consecución de objetivos globales, en este caso, la línea de tiempo completa del electromagnetismo. Los diferentes entregables propuestos aseguran que el alumno aprenda a buscar, consultar y referenciar fuentes bibliográficas, y a entender, organizar, clasificar y resumir la información científica. Mediante la entrega del esquema de la Sesión 2, la infografía de la Sesión 3, y la exposición oral de la Sesión 4, se consigue que el alumno aprenda a comunicarse mediante diversos medios, de forma escrita, de forma visual, y de forma oral. El sistema de evaluación elaborado para la propuesta permite evaluar tanto al alumno como a la propuesta en sí, además de los entregables, el sistema de rúbricas recogido evalúa el - 48 - rendimiento del alumno en los diferentes criterios que envuelven cada actividad. Para la evaluación de la actividad se ha elaborado un cuestionario final anónimo en el que pregunta a los alumnos sobre su nivel de motivación con la propuesta, y puntos relacionados con la duración, contenido teórico y actividades de la misma. Toda esta información sirve para evaluar la viabilidad de la propuesta y poder introducir mejoras con vistas a volver a implementar la propuesta educativa en el futuro. Esta propuesta didáctica sienta las bases para poder elaborar en un futuro nuevas propuestas y métodos didácticos centrados en el aprendizaje significativo en el campo de la ciencia, incorporando para ello las TIC’s, el trabajo colaborativo y la formación en las 7 competencias claves dentro del marco de la próxima ley educativa española LOMLOE. - 49 - Referente a la duración de la actividad y el calendario: Pregunta 7: ¿Ves correcta la duración de la actividad o debería haber sido más corta o más larga?, Respuesta: Pregunta 8: ¿Ves bien que la actividad se haya puesto en las dos semanas antes de navidad o crees que debería haberse elegido otra semana? Respuesta: Referente al crecimiento personal: Pregunta 9: ¿Ha cambiado tu visión sobre la ciencia y el método científico después de realizar ésta actividad? Respuesta: - 56 - Pregunta 10: ¿Te ha motivado esta actividad para interesarte más por la ciencia y tecnología? Respuesta: Muchas gracias. - 57 - Anexo III: Ejemplos de Infografías entregables de la Sesión 3 Figura 8 : Ejemplo 1 de infografía* sobre la historia del electromagnetismo que los estudiantes deben realizar en la sesión 3. - 58 - Figura 9: Ejemplo 2 de infografía** sobre la historia del electromagnetismo que los estudiantes deben realizar en la sesión 3. - 59 - ________________________________________________________________________ * Fuente: Elaboración propia en la plataforma Genial.ly. Fecha de creación: 04/07/2022 Link de consulta: https://view.genial.ly/62c2cdbf2d287d0011fefb43/interactive-content- infografia-sxix ** Fuente: Elaboración propia en la plataforma Genial.ly. Fecha de creación: 04/07/2022 Link de consulta: https://view.genial.ly/62c2a42af9c5030018c99306/interactive-content- infografia-james-maxwell Disclaimer: Todas las imágenes utilizadas para la elaboración de las infografías recogidas en la presente memoria están bajo licencia Creative Commons. - 60 -