Simulación y Modelado computacionales para facilitar la

interpretación de gráficas en cinemática

II CURSO BOLIVIANODE ENSEÑANZA DE LA FÍSICA

Carrera de Física, UMSA

Eliane VeitInstituto de Física - UFRGS

La PazAgosto 2005

Gráficas en cinemática, o sea,, o sea, ... ...

¿¿Por qué el estudio de gráficas de la Por qué el estudio de gráficas de la cinemática ?cinemática ?

• Una gran cantidad de información puede ser resumida en una gráfica.

• La comprensión de contenidos de Física requiere de la construcción e interpretación de gráficas.

• Los gráficos de cinemática son los primeros tratados en la enseñanza de la Física.

• Los profesores suelen usar gráficas como si los alumnos los comprendiesen, pero muchas veces esto no es verdad.

Referencial TeóricoReferencial Teórico

• Teoria del Aprendizaje Verbal Significativo de Ausubel:

• Teniendo en cuenta los conocimientos previos de los estudiantes.

• Utilizando el software Modellus como un elemento motivador para el estudiante.

• Construyendo un material potencialmente significativo.

En esta presentación:En esta presentación:

• dificultades de aprendizaje en la interpretación

de gráficas de cinemática.

• actividades de modelado y simulación

computacionales creadas para facilitar el

aprendizaje de los alumnos.

• resultados de un trabajo de investigación sobre

las mejoras en interpretación de las gráficas de

cinemática.

Dificultad 1: Visión de gráficas como una Dificultad 1: Visión de gráficas como una fotografia del movimientofotografia del movimiento

DificultadDificultad 1: Visión de gráficas como 1: Visión de gráficas como una fotografia del movimientouna fotografia del movimiento

Observar el movimiento junto con el trazado de la gráfica no ayuda a vencer esta dificultad. (Beichner)

Dificultad 2: Confusión entre altura y Dificultad 2: Confusión entre altura y inclinacióninclinación

¿¿ Dónde la velocidad és máxima?

Dificultad 3: Confusión entre Dificultad 3: Confusión entre variables cinemáticasvariables cinemáticas

¿¿ En cuántos puntos las velocidades de los automóviles A y B son la misma?

Dificultad 4: Errores en la Dificultad 4: Errores en la determinación de la inclinación de determinación de la inclinación de líneas que no pasan por el origenlíneas que no pasan por el origen

Dificultad 5: Desconocimiento del Dificultad 5: Desconocimiento del significado de las áreas bajo de las significado de las áreas bajo de las curvas cinemáticascurvas cinemáticas

¿¿Quál és lo significado físico da área en azul?

Dificultad 6: Confusión entre Dificultad 6: Confusión entre área / inclinación / altura área / inclinación / altura

Dificultades de los estudiantes en Dificultades de los estudiantes en interpretación de gráficas de cinemática:interpretación de gráficas de cinemática:

dificultades

1) Visión de gráficas como una fotografia del movimiento

2) Confusión entre altura y inclinación

3) Confusión entre variables cinemáticas

4) Errores en la determinación de la inclinación de líneas que no pasan por el origen

5) Desconocimiento del significado de las áreas bajo de las curvas cinemáticas

6) Confusión entre área / inclinación / altura

BEICHNER; McDERMOTT

En esta presentación:En esta presentación:

dificultades de aprendizaje en la interpretación de gráficas de cinemática.

• actividades de modelado y simulación computacionales creadas para facilitar el aprendizaje de los alumnos.

• resultados de un trabajo de investigación sobre las mejoras en interpretación de las gráficas de cinemática.

Objetivos de las actividades Objetivos de las actividades computacionales creadascomputacionales creadas

Dado El estudiante deberá

1 Gráfica de posición versus tiempo Determinar la velocidad

2 Gráfica de la velocidad versus tiempo Determinar la aceleración

3 Gráfica de la velocidad versus tiempo Determinar el desplazamiento

4 Gráfica de la aceleración versus tiempo

Determinar la variación de la velocidad

5 Gráfica de Cinemática Seleccionar la gráfica correspondiente

6 Gráfica de Cinemática Selecionar a descripción textual adecuada

7 Descripción textual del movimiento Selecionar la gráfica correspondiente

Guía para los alumnos en cada una de Guía para los alumnos en cada una de las actividadeslas actividades

Guia para el alumno

Guia para el profesor (1, 2, 3, 4)

Modelos, dificultades y objetivos:Modelos, dificultades y objetivos:Modelo dificultades Objetivos

Gposhv.mdl 1,3 1,6

Espiral.mdl 1,3 6,7

Mov_h1.mdl 1,2,3 1,6

Noel_bar.mdl 1,2,3,4 1,6,7

Incl_xt.mdl 1,2,3, 1,6

V1_area1.mdl 2,3,4,5,6 1,2,3,5

Mov_h2.mdl 1,3 2,3,4,5

Areas.mdl 2,3,4,5,6 1,2,3,4,5

Acelera.mdl 1,3,4 1,2,3,5,7

Ac_incl.mdl 2,3 2,4,6

Quant.mdl 2,3,4,5,6 2,3,4,6

Revesam.mdl 1,3 1,6

En esta presentación:En esta presentación:

dificultades de aprendizaje en la interpretación de gráficas de cinemática.

actividades de modelado y simulación computacionales creadas para facilitar el aprendizaje de los alumnos.

• resultados de un trabajo de investigación sobre las mejoras en interpretación de las gráficas de cinemática.

¿¿Qué investigaciones se han hecho?Qué investigaciones se han hecho?

• uso de un conjunto de actividades de simulación y modelado computacionales exploratorias y de creación en 12 horas-aula extra clase

Hipótesis de investigación:

• el uso de actividades de simulación y modelado computacionales promueven la predisposición del alumno para aprender de modo que él perciba la relevancia de los contenidos estudiados.

Araujo, I.S.; Veit, E. A; Moreira, M. A.

Diseño de la investigación:Diseño de la investigación:

01 = Test inicial X = actividades computacionales 02 = Test final

Diseño

Grupo experimental O1 X O2

Grupo de controlO1 O2

Instrumentos de la investigación:Instrumentos de la investigación:

• Test inicial

• Test final

• Relevamiento de opiniones y entrevistas

Experiencia didáctica:Experiencia didáctica:

• alumnos trabajaron en actividades de simulación y modelado computacionales, en pares o individualmente, siempre con la supervisión del profesor.

• Duración (12h-aula extra-clase).

Comparación entre las medias de los dos grupos en los tests inicial y final:

Comparación entre las medias ajustadas del test final para los dos grupos:

Conclusiones:Conclusiones:

El desempeño de los alumnos en el grupo experimental fue mejor que en el grupo control (diferencia estadísticamente significativa).

Las actividades de simulación y modelado computacionales con el software Modellus pueden facilitar la interpretación de gráficas de cinemática en los alumnos.

El procedimento didáctico adoptado requirió mucha interacción de los estudiantes con las actividades computacionales, de los estudiantes entre sí y con el profesor, tornándose un elemento motivador en el aprendizaje de los estudiantes (análisis cualitativo).

Creemos que:Creemos que:

Para mejorar la enseñanza de la Física es importante incorporar resultados de investigación en la práctica docente.

Estos materiales didácticos están disponibles en:

http://www.if.ufrgs.br/gpef/graficos_cinematica.zip

eav@if.ufrgs.br

ReferênciasReferências• ARAUJO, I. S.; VEIT, E. A; MOREIRA, M. A.

Atividades de modelagem computacional no auxílio da interpretação de gráficos da Cinemática Rev. Bras. Ens. Fís., v. 26, n. 2, p. 179 - 184, 2004.

• BEICHNER, R. J. The effect of simultaneous motion presentation and graph generation in a kinematics lab. Journal Research in Science Teaching, New York, v. 27, n. 8, p. 803-815, Nov. 1990.

• BEICHNER, R. J. Testing student interpretation of kinematics graphs. American Journal of Physics, Woodbury, v. 62, n. 8, p. 750-768, Aug. 1994.

• BEICHNER, R. J. The impact of video motion analysis on kinematics graph interpretation skills. American Journal of Physics, Woodbury, v. 64, n. 10, p. 1272-1277, Oct. 1996.

• BRASSEL, H. The effect of real-time laboratory graphing on learning graphic representations of distance and velocity. Journal of Research in Science Teaching, New York, v. 24, n. 4, p. 385-395, Apr. 1987.

• McDERMOTT, L. C.; ROSENQUIST, M. L.; van ZEE, E. H. Student difficulties in connecting graphs and physics: examples from kinematics. American Journal of Physics, Woodbury, v. 55, n. 6, p. 503-513, June 1987.