Simulaci

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Simulación y Modelado computacionales para
facilitar la interpretación de gráficas en
cinemática
II CURSO BOLIVIANODE ENSEÑANZA DE LA
FÍSICACarrera de Física, UMSA

Eliane Veit Instituto de Física - UFRGS La
Paz Agosto 2005
2
Gráficas en cinemática, o sea, ...
3
Por qué el estudio de gráficas de la
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.

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Referencial 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.

5
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.

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Dificultad 1 Visión de gráficas como una
fotografia del movimiento
7
Dificultad 1 Visión de gráficas como una
fotografia del movimiento
Observar el movimiento junto con el trazado de la
gráfica no ayuda a vencer esta dificultad.
(Beichner)
8
Dificultad 2 Confusión entre altura y inclinación
Dónde la velocidad és máxima?
9
Dificultad 3 Confusión entre variables
cinemáticas
En cuántos puntos las velocidades de los
automóviles A y B son la misma?
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Dificultad 4 Errores en la determinación de la
inclinación de líneas que no pasan por el origen
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Dificultad 5 Desconocimiento del significado de
las áreas bajo de las curvas cinemáticas
Quál és lo significado físico da área en azul?
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Dificultad 6 Confusión entre
área / inclinación / altura
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Dificultades de los estudiantes en 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
14
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.

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Objetivos de las actividades computacionales
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
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Guía para los alumnos en cada una de las
actividades
Guia para el alumno Guia para el profesor (1, 2,
3, 4)
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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
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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.

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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.
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Diseño de la investigación
Diseño
Grupo experimental O1 X O2
Grupo de control O1 O2
01 Test inicial X actividades
computacionales 02 Test final
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Instrumentos de la investigación

• Test inicial
• Test final
• Relevamiento de opiniones y entrevistas

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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).

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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
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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).

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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_cinematic
  a.zip
• eav_at_if.ufrgs.br

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Referências

• 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.