REVISTA COLOMBIANA DE FÍSICA, VOL. 38, No. 1, 2006

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CONTRIBUCIÓN EXPERIMENTAL PARA LA ENSEÑANZA DE LA ELECTROSTÁTICA

E. Vera, E. Leiva Universidad Distrital Francisco José De Caldas Proyecto Curricular de Licenciatura en Física

(Recibido 21 de Sep.2005; Aceptado 13 de Enr.2006; Publicado 28 de Abr. 2006)

RESUMEN Este trabajo surge de la necesidad de plantear alternativas experimentales de complemento, para la enseñanza-aprendizaje de la electrostática en alumnos de bachillerato y primeros semestres de ciencias e ingeniera. Tomando como ejemplo la campana de Franklin y basados en el modelo de aprendizaje como investigación orientada, se pretende guiar a los estudiantes a modificar los tra-tamientos habituales, que suelen centrarse en simples formalismos matemáticos, sin comprender en esencia el fenómeno físico.

Palabras claves: enseñanza-aprendizaje, electrostática

ABSTRACT This work came about from the necessity to suggest experimental complementary alternatives to teaching electrostatics to students of high school and first semesters of science and engineering. Taking the Franklin bell as an example and based on the model of learning as oriented research, we seek to guide the students into modifying the habitual approach, which often centers on simple mathematic formalisms without understanding in essence the physical phenomenon.

Keywords: Electrostatics, Teaching

INTRODUCCIÓN. La enseñanza de la Física debe servir de puente a los estudiantes, el cual les permita,

pasar de un conocimiento común a uno más elaborado, sistemático y científico. Para transfor-mar un conocimiento dogmático y mítico en uno más cercano al mundo que encierra el avance de la ciencia y la tecnología; proporcionado los medios para lograr una comprensión adecuada de los procesos del mundo físico, permitiendo así traspasar las barreras de la pasividad a la acción, de la mediocridad a la efectividad, del oscurantismo a la claridad, del mecanicismo a la innovación, de la individualidad a la solidaridad y de la repetición a la creación.

En estudios realizados sobre las principales dificultades que presentan los estudiantes en el aprendizaje de la electrostática [1], se puede apreciar que existe en su conjunto un alto índice de estudiantes, que después de la enseñanza recibida en el aula de clase no dominan los conceptos básicos impartidos y luego cuando el maestro hace algún tipo de pregunta que exigen no sólo la repetición de la teoría impartida sino la aplicación y análisis de dichos conocimien-tos, las respuestas que se obtienen en su mayoría son erróneas. Este tipo de situaciones conlleva a percibir que los estudiantes desarrollan ciertas fijaciones y tendencias de razonamiento, que en la mayoría de los casos, se caracteriza por la simple utilización y manejo de unos procedi-

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mientos rutinarios (ecuaciones, formulas, etc.), comunes en la solución de problemas de aplica-ción de los libros de texto sin priorizar en la comprensión del fenómeno físico; “fueron estas nuevas formas de preguntar –no las de repetición rutinaria-- las que llevaron a la detección de respuestas erróneas, ya que estas «preguntas inteligentes» son las que obligan a una aplicación significativa de los conocimientos aprendidos”[2]. La necesidad de generar propuestas y alternativas pedagógicas que permitan corregir este tipo de situaciones, ha dado lugar a una de las líneas de investigación en didáctica de las ciencias que más se ha desarrollado en los últimos años, la cual se ha centrado en el estudio de los «errores conceptuales», «preconcepciones», etc. o, como actualmente se les denomina “concep-ciones alternativas de los estudiantes” [1]. Abordar el problema de dichas preconcepciones y transformarlas en concepciones científicas; ha llevado a precisar “que todas ellas tienen un denominador común: representan un conoci-miento de la apariencia de las cosas, un conocimiento superficial. Las concepciones científicas constituyen, por el contrario, un conocimiento en profundidad, más amplio e integral de dichas cosas” [3]. Lo anterior se constituye en esencia, en el modelo de aprendizaje como investigación orientada, donde se busca guiar al estudiante al tratamiento de situaciones-problema familiarizándolo con elementos del que hace científico, el cual pretende generar un cambio conceptual, metodológi-co y sobre todo actitudinal en los estudiantes, a través de un acercamiento análogo a la activi-dad científica, a partir de la cualificación del problema, la formulación de hipótesis y diseño experimental; de tal forma que se socialicen los resultados, se formulen nuevas preguntas y se elaboren memorias, apuntes, notas entre otras cosas, como lo hacen los científicos. Con el modelo de aprendizaje como investigación orientada se pretende hacer frente a las si-guientes problemáticas: a) las dificultades en la enseñanza-aprendizaje de los conceptos bási-cos, y b) la necesidad de relacionar a los estudiantes con métodos y formas de trabajo actual-mente utilizados en la actividad científica; cambiando en esencia el modelo de enseñanza por transmisión de contenidos, por un modelo que permita una enseñanza contextualizada, en la cual el estudiante construya, reconstruya y analice los conceptos. CAMPANA DE FRANKLIN: HACIA UN APRENDIZAJE COMO INVESTIGACIÓN ORIENTADA.

La curiosidad, las conductas exploratorias y la indagación, han estado siempre presen-tes en la acción humana, conformando una actitud activa que nos sitúa continuamente antes situaciones-problema. En efecto todo auténtico problema provoca durante su tratamiento, la evolución de las concepciones preexistentes; en este sentido, se puede decir que aprendemos en cuanto a que resolvemos problemas que se presentan en nuestro entorno.

La campana de Franklin, es fundamentalmente una maquina (motor) electrostático cu-ya cualidad fundamental es la acción de fuerzas de atracción entre cargas de diferente signo y de repulsión entre cargas de signos iguales. Esta constituida por una pequeña rueda aislante dotada de rayos, también aislantes, capaces de girar en el plano horizontal alrededor de un eje

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con un rodamiento de esferas de bajo rozamiento. Cada rayo de esa rueda, originalmente varilla de vidrio, lleva una pequeña “esfera” o “dedal” de bronce en su extremidad libre. Para poner en marcha, el motor, se almacena cargas en las botellas de Leyden, que es una ver-sión primitiva de los condensadores modernos, Franklin en aquella época, cargaba las botellas con un generador electroestático. Cada botella debe tener un tipo de carga, las botellas deben ser ubicadas diametralmente opuestas, apuntando cerca de los dedales de la rueda. Desde cada terminal de la botella de Leyden salta una chispa al dedal que pasa a una distancia mínima y le trasmite una carga de la misma polaridad del terminal. La fuerza de repulsión entre cargas del mismo signo contribuye a proporcionar momento angular a la rueda. Pero también los dedales antes de cambiar de polaridad son atraídos por el terminal de la botella de Leyden. El momento total es la suma de los momentos correspondientes a las fuerzas atractivas y repul-sivas.

El motor electrostático de Franklin es un ejemplo ilustrativo de la interacción entre cargas eléctricas y desde el punto de vista de la mecánica, nos permite revisar el concepto de momento de una fuerza relativo a un punto, la intensidad de la fuerza y el brazo de palanca. METODOLOGIA Esta propuesta se realizó con estudiantes de undécimo grado, Ingeniería Catastral y licenciatura en física, los cuales cursaban asignaturas relacionadas con la electrostática, (física II en ingenie-ría y electricidad y magnetismo en licenciatura). Para desarrollarla se contemplaron tres líneas de trabajo: Línea 1: Análisis cualitativo de la situación problema. Línea 2: Trabajo experimental en clase. Línea 3: Actividad evaluativa como instrumento de aprendizaje significativo. En la línea 1, se tomo como punto de partida, las observaciones hechas por los estudiantes sobre la situación problema, lo cual les permitió tomar las consideraciones y pautas necesarias para acotar y definir dicha situación, en este caso el motor electrostático de Franklin; explicando las condiciones que consideraron reinantes y primordiales.

Al hacer este tipo de consideraciones se paso a otro aspecto del análisis, la construc-ción y formulación de hipótesis. La formulación de hipótesis permite focalizar y orientar la resolución e indicar los parámetros a tener en cuenta, son las hipótesis y los conceptos previos los que permiten analizar los resultados y todo el desarrollo del proceso; sin hipótesis una inves-tigación no puede ser sino ensayo y error. En ocasiones, cuando se formularon las hipótesis, fue común que se plantearan ideas erróneas “preconcepciones” y en este caso es donde se hace necesaria la buena y oportuna asesoría del profesor, que permita corregir estas dificultades y aclarar dudas.

Para la línea 2, se contempla la parte experimental, para ello se construye el motor electrostático de Franklin. Un aspecto fundamental a tener en cuenta en esta línea, es la elabora-ción y explicación de las posibles estrategias de construcción antes de proceder a esta, evitando así el puro ensayo y error. Para la construcción del motor o campana de Franklin, se busco que el estudiante, realizara las modificaciones que considerara pertinentes para mejorar y rediseñar el funcionamiento de la

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maquina, por ejemplo: los materiales, en cuanto a la forma, el tamaño y sus propiedades, el modo y fuente de alimentación, etc. En la evaluación, que corresponde a la línea 3, se desarrollo un cuadro de evolución de conoci-miento, donde se planteo un antes, un durante y un después de la actividad; este proceso permi-tió identificar un nivel de evolución de los conceptos referentes a la electrostática, y sobre todo un cambio en la actitud de los estudiantes frente a la resolución de problemas, al ser estos de tipo abierto. CONCLUSIONES Con este trabajo se logró inducir al estudiante hacia una metodología no tradicional para el trabajo en clase, permitiéndoles acercarse hacia un trabajo de tipo investigativo y a su vez com-plementar los conceptos de electrostática vistos en clase; cambiando en gran parte el tratamien-to habitual de resolución de problemas, por un modelo más abierto y dinámico, que integra de forma directa un aprendizaje teórico-experimental, dejando de lado la simple utilización de ecuaciones o “recetas” y recalcando en todos sus aspectos, sobre una mayor apreciación y cua-lificación del fenómeno electrostático. REFERENCIAS [1] FURIÓ, CARLES y GUISASOLA, Jenaro; Concepciones alternativas y dificultades de aprendizaje en

electrostática. Selección de cuestiones elaboradas para su detección y tratamiento; Enseñanza de las ciencias, 1999, 17 (3), 441-452.

[2] GUISASOLA, Jenaro, GRAS-MART, Alberto, MARTINEZ-TORREGROSA, Joaquín et al. ¿Puede ayudar la investigación en enseñanza de la Física a mejorar su docencia en la universidad?. Rev. Bras. Ens. Fis., 2004, 26(3), p.197-202.

[3] VALDÉS CASTRO, PABLO y VALDÉS CASTRO, ROLANDO.; Características del Proceso de Enseñanza-Aprendizaje de la Física en las Condiciones Contemporáneas,;Enseñanza de las ciencias, 1999, 17 (3)521-531.