“Teorías y modelos en la enseñanza -aprendizaje de la Física Moderna” Tesis de Doctorado

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“Teorías y modelos
en la enseñanza -aprendizaje
de la Física Moderna”

Tesis de Doctorado
Patricia Esther Fernández
([email protected])

Directores:
Dr. Eduardo M. González (FaMAF- UNC)
Dr. Jordi Solbes Matarredona (Univ. de Valencia, ESP)

Facultad de Matemática, Astronomía y Física
Universidad Nacional de Córdoba
Febrero 27, 2014

“Teorías y modelos en la enseñanza -aprendizaje de la Física Moderna”
por Patricia Esther Fernández se distribuye bajo una Licencia Creative Commonsution-
NonCommercial-SinDerivar 2.5 Argentina
I I Tesis de Doctorado Patricia Esther Fernández
Teorías y modelos en la enseñanza-aprendizaje de la Física Moderna

III
I V Tesis de Doctorado Patricia Esther Fernández
Teorías y modelos en la enseñanza-aprendizaje de la Física Moderna

FaMAF-UNC)
APFA)
FCEIA,UNR) FaMAF,UNC)
V
V I Tesis de Doctorado Patricia Esther Fernández
Presentación general:

La tesis doctoral que se presenta se fundamenta en la necesidad de analizar la formación
de los Profesores de Física, en temas de Física Cuántica relativos a la visión de la estruc-
tura de la materia. Estos contenidos fueron incluidos en la currícula del nivel secundario
de la escuela argentina a partir de la sanción de la Ley Federal de Educación Nro. 24195
1
en 1993, y no han sido modificados por la actual Ley de Educación Nacional Nro. 26.206.
El tratamiento de la física contemporánea, además, forma parte de los estándares re-
queridos en las carreras de ingeniería de nuestro país a partir del proceso de acredita-
ción vigente, es decir que, estos temas deberían estar incluidos tanto en el nivel secun-
dario como en el universitario básico.

Los modelos actuales de la estructura de la materia han posibilitado innumerables avan-
ces tecnológicos que contribuyen a mejorar la calidad de vida de los ciudadanos y que
hoy en día están al alcance de los estudiantes. Por ello entendemos que el tratamiento
de los principios físicos que fundamentan estas teorías no puede quedar fuera de la
enseñanza habitual. Pero por otro lado, somos conscientes de que su inclusión acarrea
problemas nada simples que es necesario analizar minuciosamente. Si bien estos pro-
blemas radican en gran parte en la complejidad de los temas y en la necesidad de elabo-
rar cuidadosas propuestas de trasposición didáctica, estamos convencidos también, que
una pobre formación de los docentes en la temática, colabora en la postergación de su
introducción en la currícula.

El tratamiento didáctico de la inclusión de la física cuántica en distintos niveles educati-
vos de nuestro país no ha sido discutido lo suficiente, probablemente por no formar
parte, hasta hace poco, de los contenidos curriculares tradicionales de ciencias para el

1 Debemos aclarar que si bien se han gestado cambios importantes en la organización institucional a partir
de la sanción la Ley de Educación Nacional Nro. 26.206 el 14 de diciembre de 2006, no se han discutido
modificaciones en los contenidos y es de esperar que la intención de incluir en la currícula temas de física
contemporánea se refuerce en procura de una adecuación de la formación general científica de los ciudada-
nos a los requerimientos del mundo actual.

1
nivel medio. Sin embargo, la comprensión de los fenómenos estudiados dentro de la
llamada Física Moderna y en particular dentro de la Mecánica Cuántica (MQ), merecen
una especial atención dado que su presentación involucra modelos muy poco intuitivos,
alejados de la experiencia cotidiana, y que introducen dificultades específicas que es
necesario superar.

Los estudios sobre los problemas que enfrentan los profesores en esta temática son
escasos, pero investigaciones anteriores muestran que, en otras áreas, las dificultades
detectadas en el nivel de los estudiantes no son exclusivas de los adolescentes sino que
también se plantean en el nivel de profesorado e incluso en el universitario básico (Por-
lán, 1997). La física moderna no es ajena a esta realidad (Solbes et al., 1988). Los profe-
sores enfrentan dificultades de comprensión específicas que obstaculizarán cualquier
intento de transposición de estos temas al aula si no se las trata convenientemente y no
se les brinda herramientas adecuadas.

Esta situación, resalta la importancia de investigar los modelos adquiridos por los profe-
sores de ciencias durante su formación y las posibles estrategias didácticas que faciliten
una presentación sencilla, pero significativa, de tópicos de interés de la Física Cuántica
(FQ). Sólo entonces, con docentes formados, podrá encararse la transposición didáctica
de estos temas al nivel del estudiantado.

El presente proyecto de tesis, intenta abordar esta problemática desde dos aspectos
relacionados. Por un lado, caracterizar la formación de los profesores de física que debe-
rán asumir el dictado de estos temas, sus dificultades en esta temática tanto para su
comprensión como para su implementación en el aula y, por otro, plantear alternativas
didácticas que faciliten la labor docente.

Si bien se han realizado algunos estudios en esta dirección, no hemos encontrado sufi-
cientes investigaciones que traten los problemas de formación a nivel del profesorado y
que a la vez colaboren con sugerencias de implementación en el aula.

2 Tesis de Doctorado Patricia Esther Fernández
Teorías y modelos en la enseñanza-aprendizaje de la Física Moderna

La didáctica de las ciencias aporta valiosos elementos de interpretación en este campo.
A lo largo del desarrollo de esta tesis, intentaremos caracterizar los modelos intuitivos
expresados por los profesores y describir cómo evolucionan a lo largo de una instancia
de formación especialmente diseñada. También la epistemología de las ciencias contri-
buirá a esclarecer los cambios de paradigmas y los obstáculos cognoscitivos que es
necesario superar. Analizaremos en qué casos se producen cambios conceptuales y
cómo los modelos inicialmente intuitivos se acercan a los modelos consensuados por la
ciencia.

La metodología utilizada para la búsqueda de resultados consistió en un abordaje del
problema desde diferentes aspectos para los que se diseñaron múltiples instrumentos
convergentes. Los recursos variaron desde encuestas con preguntas abiertas y semia-
biertas, a entrevistas semiestructuradas y cuestionarios temáticos a partir de párrafos
extraídos de la bibliografía tradicional en uso. Se diseñó además una alternativa didácti-
ca que fue implementada en forma piloto y a partir de la cual se pudo estudiar la evolu-
ción de los modelos de los profesores en algunos tópicos particulares.

Finalmente presentamos las conclusiones arribadas y las perspectivas abiertas que se
plantean a futuro.

Con el ánimo de ofrecer al lector una presentación organizada de este informe de tesis,
la redacción se estructura en tres partes.

En la Parte I se contextualiza la investigación, se plantea el problema y se presenta el
estado del arte. Esta primera parte consta de dos capítulos. En el Capítulo 1 se plantea el
problema a investigar y se comentan aspectos de la enseñanza de la Física Moderna como
novedad curricular, por qué actualizar contenidos curriculares en el área, la enseñanza de
la física en nuestro país a partir de la Reforma Educativa de los ´90, la situación actual de
los profesorados en física en nuestro país y las dificultades derivadas de la enseñanza
aprendizaje de la FQ y de la formación de profesores. En el Capítulo 2 se presenta el marco
teórico y se describen: los aportes de la didáctica de las ciencias a la enseñanza y su evo-
3
lución desde el aprendizaje por recepción a las concepciones alternativas y las teorías
implícitas hasta el nacimiento del cambio conceptual, los mecanismos de cambio concep-
tual y su naturaleza según diversos autores, las estrategias de cambio conceptual, en
particular, la enseñanza a través de modelos y algunas investigaciones sobre EA de la FQ
en otros países

La Parte II constituye la “primera etapa” de la investigación y en ella se caracteriza el
pensamiento del profesor en temas de FQ. A través de instrumentos especialmente
diseñados, se profundiza la caracterización en aproximaciones sucesivas que dividimos
en dos etapas: una caracterización inicial del pensamiento de los profesores sobre la
ciencia en general, su posicionamiento didáctico frente a la enseñanza, su opinión res-
pecto a la propia formación y sobre aspectos generales de la formación en mecánica
cuántica (capítulos 3 y 4), y una caracterización específica posterior, en la que se investi-
garon cuestiones particulares de la formación en MQ surgidas de la caracterización
inicial (capítulos 5 y 6). Para cada instrumento de investigación utilizado se presenta:
una descripción del instrumento tal como se lo presentó a los profesores, el objetivo
general del instrumento (aspecto a investigar), el objetivo o propósito particular de
cada pregunta (en caso de las encuestas) o de cada cuestión (en caso de entrevistas o
situaciones problemáticas a resolver) y resultados obtenidos e interpretación.

La Parte III corresponde a la “segunda etapa” de la investigación. En ella se describe
propuesta didáctica diseñada con el objetivo de superar algunas de las dificultades de
comprensión detectadas en la caracterización realizada en la primera etapa (capítulo 7) y
se analiza la evolución del pensamiento del profesor en temas de FQ (capítulo 8). Para
concluir, se identifican etapas en el desarrollo del pensamiento de los profesores y se
presentan los resultados a través de diagramas de evolución que describen el proceso.

Para terminar, en el capítulo 9, se presentan las conclusiones generales y sugerencias
para futuras investigaciones.
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