EL METODO DE MODELAMIENTOPARA ENSEÑANZA/APRENDIZAJE

DE LA FISICA

Prof. Carl WenningDirector del Programa de Educación de Profesores de Física

Dpto. de Física – Universidad Estatal de Illinois

Traducción, fotografías y exposición: Prof. Claudio Pérez Matzen

Director Dpto. de FísicaUniversidad Metropolitana de Ciencias de la Educación

Antecedentes del Método de Modelamiento

• Tesis doctorales de Malcom Wells e Ibrahim Halloun, Universidad Estatal de Arizona

• Investigaciones del Dr. David Hestenes y colaboradores durante las últimas 2 décadas, en el Dpto. de Física de la Universidad Estatal de Arizona

• Talleres para Profesores de Física en servicio en varios Estados, con apoyo de la NSF y apoyo financiero gubernamental

¿Por qué un enfoque distinto para la enseñanza de la Física?

• La investigación muestra que después de la enseñanza convencional, los estudiantes no pueden explicar correctamente ni siquiera los conceptos físicos más simples, aunque muchos de ellos puedan resolver problemas numéricos sobre las materias.

• Lo que es peor, la enseñanza convencional cuidadosamente planeada, impartida por docentes talentosos (e incluso premiados por sus capacidades) no ha contribuido a remediar la situación en forma significativa.

¿Qué NO ha significado diferencias en la comprensión de los estudiantes?

• Explicaciones lúcidas y entusiastas, ejemplos

• Demostraciones dramáticas• Uso intensivo de la tecnología• Libros de texto• Resolución de muchos problemas y tareas

Cualquier teoría de la instrucción debería responder 2 preguntas:

• ¿Qué es lo que los estudiantes aprenden?• ¿Cómo deberían aprender nuestros estudiantes?

Respuesta de la instrucción convencional:

• Decir a los alumnos tanto como uno pueda.

• Mostrar a los alumnos tanto como uno pueda.

¿Qués lo que los estudiantes consideran importante en una clase tradicional?

• Ecuaciones• Pasos similares al enfrentar problemas• Respuestas numéricas

Pero ¿dónde queda la comprensión de la Física?

¿En qué aspectos es distinta la clase basada en el Método de Modelamiento?

• Centrada en el estudiante, no en el profesor.• Estudiantes activos, en vez de pasivos.• Enfasis en desarrollo de habilidades cognitivas,

en lugar de en transferencia de conocimientos.• Los estudiantes construyen y evalúan

argumentos, en lugar de tratar de hallar la respuesta correcta.

• El docente es un guía socrático, en vez de la autoridad frente a los alumnos.

El Método de Modelamiento busca fomentar estas visiones:

• La Física es coherente – Opuesta a una visión de la Física como conjunto de

conceptos y problemas vagamente relacionados• El aprendizaje ocurre por medio de una

búsqueda activa de la comprensión – Opuesta a la visión de que el aprendizaje consiste en

tomar notas, escuchar al profesor, momorizar hechos y fórmulas, etc.

¿Problemas en vez de Modelos?

El problema con la resolución de problemas:– Los estudiantes llegan a concebir los problemas

y sus respuestas como las unidades del conocimiento.

– Los estudiantes no logran visualizar elementos comunes en los problemas nuevos.» “¡Pero si nunca hicimos un problema como éste!”

¡Modelos en vez de Problemas!

Modelos como las unidades básicas de conocimiento– Se pone énfasis en la identificación y

comprensión de la estructura del sistema.– Los estudiantes identifican o crean un modelo y

realizan inferencias a partir del modelo para generar una solución.

– Unos pocos modelos básicos se usan una y otra vez, con solamente pequeñas modificaciones.

¿Qué es un Modelo?

• Un modelo es la representación de la estructura de un sistema físico y/o de sus propiedades.

• El modelo tiene múltiples representaciones, las que tomadas en conjunto definen la estructura del sistema.

El modelo está distribuido entre sus múltiples representaciones

REPRESENTACIONES SIMBOLICAS

VERBAL

ALGEBRAICA

DIAGRAMATICA

GRAFICA

SISTEMAFISICO

MODELOMENTAL

Representaciones Múltiplesuna partícula que se mueve con velocidad constante

Con enunciados explícitos para describir las relaciones.

• El Modelamiento es consistente con los estándares nacionales de contenidos de educación en ciencias para los grados 9-12.– Formula y revisa explicaciones y modelos científicos

usando lógica y evidencias.• “La indagación del estudiante debería culminar con la

formulación de una explicación o modelo.”• “En el proceso de responder interrogantes, los estudiantes

deberían involucrarse en discusiones y argumentos que se traduzcan en la revisión de sus explicaciones.”

El Modelamiento es Ciencia como Indagación

¿Cómo logra el Método de Modelamiento fomentar la compresión de los estudiantes?

– Los estudiantes diseñan sus propios procedimientos experimentales.

– Los estudiantes deben justificar sus interpretaciones de los datos en diálogos socráticos guiados por el profesor.

– Los modelos generados a partir de interpretaciones experimentales se despliegan en problemas cuidadosamente seleccionados, cada uno de los cuales está diseñado para ilustrar aspectos del modelo.

– Los estudiantes presentan sus soluciones a la clase entera, usando pizarras blancas.

¿Cómo logra el Método de Modelamiento fomentar la compresión de los estudiantes?

Soluciones aceptables– Revelan cómo un

modelo (o modelos) da cuenta de la conducta de algún sistema físico.

– Son completamente explicadas usando representaciones múltiples.

Justificación del modelo

Apelación explícita a una interpretación de un resultado experimentalPreguntas comunes:– “¿por qué Ud. hizo eso?”– “¿de dónde viene eso?”– “¿cómo supo Ud. que tenía

que hacer eso?”¡A menos que los estudiantes puedan explicar algo completamente, ellos en verdad no lo comprenden!

¿Cómo cambia el Modelamiento el trabajo del profesor?

• Diseñador de ambientes experimentales.

• Diseñador de problemas y actividades.

• Oyente crítico de las presentaciones de los estudiantes, focalizando lo que representa buenos argumentos en ciencias.

• Establece en su clase una atmósfera de apertura, confianza y tolerancia a los errores.

• No es más “el sabio en la sala”.

Resultados de implementación

• 20,000 estudiantes a través del país, sobre 300 clases, desde High School hasta nivel de graduados

• Ganancias sustanciales en resultados del Inventario del Concepto de Fuerza (FCI)

• Retención a largo plazo de conceptos físicos fundamentales

Efectividad de la enseñanza por Modelamiento

20

40

60

80

26

4252

29

69

Traditional NoviceModelers

FCI meanscore (%)

Post-test

Pre-test

FCI mean scores under different instruction types

InstructiontypeExpert

Modelers

26

Etapa I: Desarrollo del Modelo

• Descripción• Formulación• Ramificaciones• Validación

Etapa I: Desarrollo del ModeloDescripción.

• Los estudiantes describen sus observaciones de la situación bajo examen.

• El profesor es un moderador no enjuiciador.

• Los estudiantes son guiados para identificar variables medibles.

• Se determinan variables dependientes e independientes.

Etapa I: Desarrollo del ModeloFormulación.

• Búsqueda de consenso para la relación deseada entre las variables.

• Discusión del diseño experimental.• Los estudiantes desarrollan los detalles

de un procedimiento.• Intrusión mínima de parte del profesor.

Etapa I: Desarrollo del ModeloRamificación.

• Los estudiantes construyen representaciones gráficas y matemáticas.

• Los grupos preparan y presentan resúmenes de sus resultados en las pizarras blancas.

• Se propone un modelo.

Etapa I: Desarrollo del ModeloValidación.

• Los estudiantes defienden sus diseños, resultados e interpretaciones.

• Se seleccionan otros grupos para refutar o corroborar resultados.

• La discusión socrática se enfoca hacia la búsqueda de consenso para una interpretación precisa del modelo.

Etapa II: Despliegue del Modelo

En las actividades de despliegue, los estudiantes• Aprenden a aplicar el

modelo a una variedad de situaciones relacionadas.

» identifican la composición del sistema

» representan con precisión su estructura

✿ Articulan su comprensión en presentaciones orales

• Son guiados por preguntas del profesor:

• ¿por qué hizo Ud. eso?• ¿cómo sabe Ud. eso?

Etapa II: Despliegue del Modelo• Nuevas situaciones para el

mismo modelo.• Corte del enlace

contextual al paradigma del laboratorio.

• Los grupos trabajan en la resolución de problemas cuidadosamente seleccionados, cada uno de los cuales muestra una aplicación del modelo.

• Cada grupo expone en la pizarra blanca un problema para su presentación a la clase.

• Defensa y discusión de resultados.

Chicago ITQ Science Project(Last updated July 11, 2007)

~The Physics Teacher Education Program

of theDepartment of Physics at Illinois State University

in cooperation with theUniversidad Metropolitana de Ciencias de la Educación, Santiago, Chile

announce a summer 2007 workshop~ Modeling Instruction in High School Physics - Mechanics ~

Dominican University, Priory Campus, River Forest, ILplus a follow-up workshop for experienced users of the Modeling Method of Instruction.

Project Leader: Carl J. Wenning, CoordinatorPhysics Teacher Education Program

Illinois State University

Unidades del Taller• Pensamiento científico en entornos experimentales• Modelos Cinemáticos:

– Partícula con velocidad constante– Partícula con aceleración constante

• Modelos Dinámicos:– Partícula libre– Partícula bajo una fuerza constante

• Modelos de Partículas en 2 Dimensiones:– Movimiento parabólico

• Energía:– Energía transferida como trabajo de una fuerza– Conservación de la energía

• Modelos de Partículas bajo Fuerza Central:– Movimiento circunferencial

• Modelo de Partícula bajo Fuerzas Impulsivas:– Choques en 1 y 2 dimensiones– Conservación del momentum lineal