VI RELAEF REUNI

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VI RELAEFREUNIÓN LATINO AMERICANA DE EDUCACIÓN
EN FÍSICAUniversidad de Antioquia

• Symulaciones y modelages computacionales como
  apoyo al aprendizaje de la Física
• Eliane Veit
• eav_at_if.ufrgs.br
• Instituto de Física - UFRGS
• Medellín
• Del 19 al 21 de Octubre de 2005

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Posibilidades actuales de el computador en la
enseñanza de la Física

• recolección de datos
• comunicación
• 
  tutorial
• . . .

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Simulación y modelages computacionalesen la
enseñanza de la Física

• el computador como una herramienta cognitiva (de
  la mente)
• modelos científicos y modelage computacional
• ejemplos de distintos softwares
• actividades exploratorias y de creación
• Metodologías de apoyo
• Diagrama AVM un instrumento heurístico para
  facilitar el modelage computacional

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El computador como herramienta de la mente
o sea, alargando la capacidad de la mente del
hombre para la solución de problemas
DiSessa Jonassen
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Evolución humana y herramientas

• Edad de la piedra lascada (paleolítico)
• Edad de la piedra polida (neolítico)
• Edad de los metales

La especie humana se distingue de la animal por
la construcción de instrumentos. La evolución
humana está íntimamente asociada a la invención
de instrumentos.
(DiSessa)
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Las herramientas humanas han evolucionado

• Los primeros instrumentos eran de materiales
  concrectos, para extender las capacidades
  físicas.
• Ahora hay instrumentos que permiten extender la
  capacidad mental.

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Herramientas cognitivas (o herramientas de la
mente)

• mapas, figuras, símbolos, alfabeto ...
• permiten que se represente gran parte del
  pensamiento en una
• forma física, estable, transportable,
  reproducible, manipulable
• El Álgebra y el Cálculo, vistos como herramientas
  de la Física son herramientas cognitivas.
• Planillas electrónicas son ejemplos de
  herramientas cognitivas actuales.

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Potencialidad de los computadores

• (abstractos gt concrectos)
  
• (Ej. vectores no Modellus)
• ecuaciones, funciones, vectores y relaciones
  geométricas pueden ser manipulados directamente
  
  (Ej. funciones en Modellus , Excel)
• Representaciones múltiples
  
• (Ej. gráficas, tablas y animaciones con
  Modellus)

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Física
modelage computacional recolección automática de
datos
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Qué es un modelo en Física?

• representación simplificada y idealizada de un
  sistema o fenómeno físico
• constituido por proposiciones semánticas
• y modelos matemáticos subyacentes
• representaciones (externas)
• aceptado por los científicos

Son abstracciones creadas por los científicos,
que no existen en la naturaleza!
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Ejemplo modelo del gas ideal

• el gas es constituido por partículas puntuales
  (con toda la masa concentrada en un punto)
• que interactúan vía colisiones perfectamente
  elásticas
• No hay en la naturaleza tal sistema. Ésta es una
  idealización de los físicos, que sirve como punto
  de partida para la descripción de propiedades
  características de los gases, como presión,
  volumen y temperatura.

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Ejemplo modelo planetario

• En la descripción del movimiento de translación
  de los planetas, estos son considerados como
  partículas puntuales, en una clara idealización.
• En la descripción del movimiento de rotación,
  pasan a ser tratados como cuerpos esféricos,
  rígidos, aunque que en la realidad su forma no
  sea esférica y tampoco sean rígidos.

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Con respecto a modelos

• Es esencial darse cuenta que la Ciencia tiene
  origen en la mente de los científicos.
• O sea, es una construcción humana que busca
  describir el universo, a través de teorías,
  modelos, probando hipótesis y sometiendo a la
  evaluación empírica.
• Los modelos no son cristalizados en su forma de
  creación, sino reformulados, mejorados o
  abandonados, dependiendo de su éxito en la
  descripción de los resultados experimentales o
  con razonamiento teóricos.
• Presentan contexto de validez y distintos grados
  de precisión.

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Qué es modelage en Física?
Modelage de un sistema físico es el proceso
cognitivo de construcción de un modelo científico
para describir este sistema.
Modelage computacional en la enseñanza de la
física modelage de un sistema físico con uso de
el computador con objetivos didácticos.
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Simulaciones y modelages
computacionales como apoyo al aprendizaje de la
Física

• Proveen alguna representación de un modelo
• científico (animación, gráfica, tabla).

• Muchas veces alumnos (y profesores) no ponen
  atención en los modelos.

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Por que simulaciones y modelage en la enseñanza
de la Física?

• facilitar la comprensión de modelos físicos
• facilitar la construcción e investigación de
  situaciones-problemas
• desarrollar la capacitad de predecir, evaluar y
  analizar predicciones
• posibilitar el tratamiento de problemas más
  generales y actuales

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Simulación y modelages computacionalesen la
enseñanza de la Física

• el computador como una herramienta cognitiva
  (de la mente)
• modelos científicos y modelage computacional
• ejemplos de distintos softwares
• actividades exploratorias y creación
• Metodologias de apoyo
• Diagrama AVM un instrumento heurístico para
  facilitar el modelage computacional

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Tipos de actividades de simulación y modelage
computacionales

• exploratorias

• creación

Ex Modellus, Physlets, Interactive Physics,
Powersim, Excel
19
Fuente renovable de energía
Q gt biomasa de la selva J gt energia solar JR gt
energia solar disponible
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Simulación y modelage computacionales
Simulación Modelage
acceso a los primitivos del modelo matemático o
icónico subyacentes a la implementación del
modelage
El alumno no tiene

• El alumno tiene

Ex Modellus, Excel, Powersim
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Tipos de actividades de simulación y modelage
computacionales

• exploratorias

El sujeto observa, analiza e interactúa con
modelos ya construidos
A los primitivos del modelo matemático o icónico
de simulación sin acceso
de modelage con acceso
El sujeto pasa por todo el proceso de
construcción del modelo desde su estructura
matemática o icónica hasta el análisis de
resultados

• creación de un modelo

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Simulación con el Modellus
23
Modelage com el Modellus
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Simulación y modelages computacionalesen la
enseñanza de la Física

• el computador como una herramienta cognitiva
  (de la mente)
• modelos científicos y modelage computacional
• ejemplos de distintos softwares
• actividades exploratorias y creación
• Metodologías de apoyo
• Diagrama AVM un instrumento heurístico para
  facilitar el modelage computacional

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Que metodología utilizar para implementarla?

• Método Predecir Observar Explicar (P. O. E.)
  (White Gunstone)
• Diagrama AVM Adaptación do V de Gowin para el
  Modelage computacional
• (Araujo,Veit Moreira)

• es necesario tener en cuenta que la metodología
  es parte fundamental del proceso
• y que la interactividad del estudiante con los
  otros estudiantes, con el profesor y con la
  tecnología es indispensable

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Método Predecir Observar Explicar(P. O. E.)

• Predecir cómo evolucionará una determinada
  situación-problema
• Observar lo que de hecho ocurre en una simulación
  del evento
• Explicar eventuales divergencias entre lo
  esperado y lo observado

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Diagrama AVM (Adaptación del V de Gowin para el
Modelage Computacional)

• el formato en Ve pone de manifiesto la
  interacción entre el domínio teórico-conceptual y
  el metodológico en el proceso de modelado
  computacional

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Diagrama AVM
fenómeno de interés Pregunta(s)-foco
DOMINIO METODOLÓGICO
DOMÍNIO CONCEPTUAL
Posibles generalizaciones y expansiones del
modelo Afirmaciones del modelo Validación del
modelo Categorización del modelado Representacio
nes Elementos interactivos Registros
Filosofia(s) Teoria(s) Princípios y
Idealizaciones(contexto de validez) Entidades/Sig
nos Conceptos Variables Parámetros Relaciones
Resultados conocidos Predicciones
Implementación y exploración del modelo
computacional
Concepción del modelo computacional
Interación
Situaciones-problema
29
Diagrama AVM - Ilustración
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Formas de aplicación del diagrama AVM Modelo
(exploratorio o de creación) dirigido
fenómeno de interés Pregunta(s)-foco
DOMINIO METODOLÓGICO
DOMINIO CONCEPTUAL
?
?
Interacción
Situaciones-Problema en investigación
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Formas de aplicación del diagrama AVM Modelo
(exploratorio o de creación) abierto
Fenómeno de interes ? Pregunta(s)-foco ?
DOMINIO METODOLÓGICO
DOMINIO CONCEPTUAL
?
?
Interación
Situaciones-problema en investigación ?
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• Yo escucho y yo me olvido
• Yo veo y yo recuerdo
• Yo hago y yo comprendo
• Proverbio Chino

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Cuál es el rol de el computador en la enseñanza
en la escuela o universidad?

• Yo no lo sé, pero si la enseñanza desconsidera
  los instrumentos que permiten extender la
  capacitad humana, no estará preparando a sus
  estudiantes para el mundo fuera de la escuela o
  de la universidad.

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Referencias principales

• ARAUJO, I. S. VEIT., E. A. Uma revisão da
  literatura sobre estudos relativos a tecnologias
  computacionais no ensino de Física, Revista
  Brasileira de Pesquisa em Educação em Ciências,
  v. 4, 2004.
• ARAUJO, I. S. VEIT, E. A. MOREIRA, M. A.
  Adaptação do Vê de Gowin para a modelagem
  computacional o diagrama AVM. Em preparação,
  2005.
• DiSESSA, A. A. Changing Minds Computers, Learning
  and Literacy, MIT Press, 1999.
• ESQUEMBRE, F., Computers in Physics Education,
  Computer Physics Communications 147, 13-18 2002
• HALLOUN, I. Schematic modeling for meaningful
  learning of physics. Journal. Research in Science
  Teaching, New York, v. 33, n. 9, p. 1019-1041,
  Nov. 1996.
• JONASSEN, D. H. Computadores como herramientas da
  mente. Disponível em http//tecnologiaedu.us.es/b
  ibliovir/pdf/efect_cog.pdf Acesso em 10 de julho
  de 2005.
• VEIT, E. A. ARAUJO, I. S. Tecnologias
  Computacionais no Ensino de Ciências, Programa
  Internacional de Doutorado em Ensino de Ciências.
  Universidade de Burgos, Espanha Universidade
  Federal do Rio Grande do Sul, Brasil. Texto de
  Apoio N24.

35
Agradecimientos

• Agradeco
• - la invitación para participar de este evento,.
• En caso de dudas al respecto de mi charlas,
  espero que me escriban a eav_at_if.ufrgs.br.
• Gracias
• Eliane
  Veit

36
(No Transcript)
37
http//webphysics.davidson.edu/Applets

• Magnetismo

Gauss
Ondas
http//fem.um.es/Fislets/