Resultado del cuestionario para estudiantes de Fsica I en Ingeniera

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Resultado del cuestionario para estudiantes de
Física I en Ingeniería

• Juliana Restrepo Cadavid

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Motivación

• En la facultad de ingeniería de la universidad
  de Antioquia gran parte de los estudiantes
  pierden Física I más de una vez y se desconoce el
  porqué.
• Por este motivo, los estudiantes del curso de
  didáctica para físicos, liderados por el profesor
  Rodrigo Covaleda, realizaron un cuestionario para
  indagar sobre las posibles causas.

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Generalidades
Datos generales Número de encuestados 167 Fecha
de encuesta Principio del semestre 2006/01
Partes del cuestionario Definición de
conceptos Preguntas
Contenido del informe Resultados de la
encuesta Hipótesis que expliquen los resultados
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Contenido del cuestionario

• CONCEPTOS FÍSICOS
• Energía
• Fuerza
• Inercia
• Aceleración
• Velocidad
• Temperatura
• Calor
• Masa
• Peso
• CONCEPTOS MATEMÁTICOS
• Cantidad vectorial
• Cantidad escalar

• PREGUNTAS
• Movimiento rectilíneo uniforme y movimiento
  acelerado
• Diferencia entre peso y masa
• Diagrama de fuerzas
• Movimiento uniformemente acelerado
• Caida libre
• Lanzamiento de un proyectil

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Qué evalúa el cuestionario?

• El cuestionario, aunque estaba inicialmente
  pensado para ver que saben los estudiantes antes
  de entrar a los primeros cursos de física (o qué
  saben los que la repiten) evalúa muchas otras
  cosas que no están relacionadas con la física a
  nivel universitario cómo el nivel de la educación
  media, la comprensión de lectura de los
  estudiantes, el nivel que tienen para argumentar,
  la capacidad de interpretación y la capacidad que
  tienen para poner en palabras (científicas o
  comunes) un concepto que utilizan.
• Cómo siempre, evaluar algo muy especifico
  termina por evaluar algo muy general y se hace
  difícil discernir que tanto contribuye que parte.
  Por ejemplo, en una mala definición de energía
  pueden intervenir dos cosas el alumno no sabe
  escribir bien, no sabe realmente lo que es el
  concepto. En una mala interpretación de una
  gráfica pueden intervenir el alumno no sabe, el
  alumno sabe pero no sabe argumentar, el alumno no
  interpreta bien gráficas.

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CONCEPTOS
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Energía
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Energía

• Comentarios
• La mayor parte de las personas no responden o no
  saben que es energía, esto se entiende si se
  tiene en cuenta que algunos de los estudiantes
  acabaron de salir del colegio y que además el
  concepto de energía está en muchos dominios de la
  física y la vida diaria y mientras más amplio sea
  un concepto más difícil es explicarlo en pocas
  palabras. No nos concierne a nosotros, al menos
  no es el objetivo de ésta encuesta, mejorar el
  nivel de educación media del país pero si podemos
  enseñar el concepto de energía entendiendo todo
  lo que implica.
• Entre las personas que si respondieron la mitad
  coincide en que energía es la capacidad de
  realizar trabajo, la definición que encontramos
  en la mayoría de los textos de Física I
  utilizados y la que enseñan gran parte de los
  profesores.
• Resulta interesante ese 17 (un tercio de los que
  respondieron) que asocia energía a movimiento o
  calor en algunos casos de forma correcta porque
  muestra que un pequeño porcentaje entiende el
  concepto en una noción algo más amplia, no
  necesariamente mecánica.
• Nadie respondió que energía es una propiedad de
  un sistema, respuesta que se había considerado en
  el grupo de didáctica viendo todo desde un punto
  de vista más general que incluye más ramas de la
  física diferentes de la mecánica.

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Fuerza
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Fuerza

• Comentarios
• Es increíble ver que un cuarto de las personas no
  respondieron que era fuerza pues siendo un
  concepto ampliamente utilizado en la vida y en la
  física se esperaría que todas las personas
  respondieran algo, por incorrecto que fuera.
• De los que si respondieron menos de un tercio
  dieron la respuesta correcta, donde correcta
  significa haber escrito o explicado la ley de
  Newton. Es importante añadir que muchos copiaron
  explícitamente Fma y esto no implica un
  entendimiento del concepto.
• Interesante que un tercio de los que si
  respondieron relacionaran la fuerza correcta o
  incorrectamente con trabajo y energía. Este
  comportamiento se puede interpretar pensando que
  ven los tres conceptos en un mismo momento
  (cuando ven dinámica) o que simplemente los
  confunden.
• Casi ningún estudiante utiliza la palabra
  interacción en sus definiciones, palabra que hace
  parte de la respuesta J1que había considerado
  el grupo de didáctica.
•  J1Agregue palabra que hace parte de la
  respuesta

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Inercia
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Inercia

• Comentarios
• Nuevamente un cuarto de la población no responde,
  era de esperarse porque esta palabra solo se
  aprende en un curso de física I y el nivel de la
  educación media colombiana muchas veces no llega
  ahí o llega pero no utiliza palabras que no estén
  en el léxico de los estudiantes.
• De los que si responden la mitad lo asocia con
  resistencia al movimiento o tendencia a
  permanecer, definición que encontramos en muchos
  textos de Física I y que utilizan los profesores.
  En muchos casos aparece tan textual que es
  imposible determinar si el estudiante entiende o
  si se la aprendió de memoria.
• Un porcentaje pequeño asocian la inercia al
  concepto de fuerza o dicen que inercia es un
  estado. Estas dos definiciones que sumadas
  alcanzan a ser considerables son incorrectas.
  Este resultado es preocupante pero explicable de
  dos formas después de aprendido el concepto rara
  vez es utilizado y lo que no se utiliza se
  olvida, es uno de los primeros conceptos que se
  aprende en un curso de Física I.

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Aceleración y velocidad
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Aceleración y velocidad

• Comentarios aceleración
• Un 63 de todos y un 77 de los que respondieron
  da la definición correcta de aceleración. Este
  alto porcentaje se puede explicar bien porque es
  un concepto muy utilizado durante todos los
  cursos de física y por ende no se olvida o porque
  el concepto de la vida diaria (acelerar de un
  carro por ejemplo) coincide en este caso con el
  concepto físico.
• Un pequeño porcentaje utilizo cómo definición la
  segunda ley de Newton, ésta respuesta es correcta
  pero no siempre implica entendimiento porque,
  como mencione anteriormente, escribir una
  ecuación no significa entenderla.
• Un pequeño porcentaje relaciona aceleración con
  velocidad y no con cambio en la velocidad.

• Comentarios velocidad
• Un alto porcentaje (66 de los que respondieron y
  60 del total) dio la definición correcta de
  velocidad. Las razones para esto son las mismas
  que las mencionadas para explicar el alto
  porcentaje en la respuesta anterior.
• Un 10 asocia velocidad con movimiento, aunque
  algo intuitiva, esta respuesta no se considera
  incorrecta pues no puede haber lo uno sin lo
  otro.
• Interesante y además correcta (aunque no es
  necesariamente una definición sino una
  afirmación) es la respuesta de que velocidad es
  la rapidez dirección. Esto da cuenta del
  énfasis tan marcado que hacen los profesores en
  diferenciar los dos conceptos que en la vida
  diaria son lo mismo.

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Cantidad vectorial y escalar

• Comentarios
• Aunque muchos no responden un 70 de los que si
  responden dan la respuesta correcta. Esto se
  puede explicar de la siguiente manera los que no
  responden son los estudiantes que nunca han visto
  el concepto y que muy probablemente vienen de los
  colegios, los que si responden es porque ya
  vieron el concepto.
• Vemos que una vez visto el concepto no se
  olvida, esto se debe a que, cómo en el caso de la
  aceleración, es algo muy utilizado durante el
  curso de Física y posteriormente.

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Temperatura
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Temperatura

• Comentarios
• Un porcentaje del 30 no sabe o no responde, lo
  cual es alto si consideramos que temperatura es
  un concepto que utilizamos en la vida diaria.
  Una explicación puede ser que muchas veces se
  utiliza una palabra y no se es capaz de explicar
  lo que significa.
• Muchas personas relacionan temperatura con calor.
  Un 50 lo hace de forma correcta Medida de
  calor y además similar a la que aparece en
  muchos textos de Física, puede que nuevamente
  estén repitiendo algo que aprendieron de memoria.
  Los otros piensan que son sinónimos pues en la
  vida cotidiana no es importante distinguir entre
  ambos conceptos.
• Interesante, aunque pequeño es el porcentaje de
  personas que consideran la temperatura como una
  propiedad de los cuerpos, aunque esta no es la
  definición que enseñan la mayoría de los
  profesores, es completamente válida y general.

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Calor
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Calor

• Comentarios
• La mitad de las personas no respondió esta
  pregunta. Esto muestra que se desconoce el
  significado de una palabra muy utilizada en la
  vida diaria y que existe una dificultad para
  definir calor como algo físico.
• Solamente un 9 de las respuestas totales es
  correcta, algo que es preocupante. Hay
  confusiones entre calortemperatura y
  calor-energía. Esto se podría mejorar haciendo
  más énfasis en las palabras que conectan los dos
  conceptos, por ejemplo, calor ES energía
  intercambiada o temperatura ES medida de calor,
  es que tan frío o caliente esta algo.
• La confusión entre energía y calor se puede
  explicar bien porque en la vida diaria se
  utilizan de forma similar o porque son conceptos
  que se aprenden por separado y en distintos
  momentos de un curso y después se mezclan sin
  ninguna explicación.
• Siendo calor un concepto utilizado en casi todas
  las ramas de la ciencia biología, química,
  física y siendo además un concepto tan intuitivo
  (un niño podría decir es que tan frío o caliente
  está algo y su respuesta no sería incorrecta) es
  inconcebible que personas que estén en la
  universidad no tengan una definición mínima del
  concepto.

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Masa
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Masa

• Comentarios
• Un 32 no responde, probablemente son las
  personas que apenas comienzan su carrera de
  ingeniería y nuevamente muestra el nivel de
  educación media. Se puede también considerar que,
  al ser ésta una de las últimas preguntas, ya
  tienen menos ganas de responder. En caso de que
  ese 32 incluya repitentes es una situación grave
  pensar que alguien que ha asistido a un curso de
  física no tenga claro que es masa.
• De los que si responden más de la mitad da una
  respuesta correcta (aunque no la única). Muchos
  de ellos la escriben tal cual aparece en los
  textos lo que muestra que aprendieron de memoria
  y no interiorizando el concepto. Cómo la masa
  realmente se utiliza de forma trivial (no hay que
  entenderla para usarla) no hacen esfuerzo por
  entender que es.
• Nadie dijo que la masa era la constante que
  aparecía en la segunda ley de Newton y/o en la
  ley de gravitación universal, significado que,
  aunque exige cierto conocimiento, sería correcto.
  Esto muestra que los profesores de Física de la
  Universidad de Antioquia nunca le dan a la masa
  el significado de simple constante como algunos
  físicos de otras partes.
• No hay confusión entre masa y peso. Esto puede
  ser porque la educación media ha mejorado en ese
  aspecto. Lo ideal sería que la educación media
  progresara en un desarrollo completo y no por
  partes pequeñas. Puede ser también porque en
  Física I se utiliza mucho pmg y cómo lo que se
  utiliza se aprende, el estudiante aprende que son
  dos conceptos claramente diferentes.
• Si hay confusión entre masa y volumen y vemos que
  muchos estudiantes utilizaron la definición de
  densidad para definir la masa. Esto es explicable
  porque en el bachillerato se utiliza mucho dicha
  definición y cuando uno no sabe que es algo por
  si mismo, lo define en términos de algo que si
  conoce.

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Peso
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Peso

• Comentarios
• Un 25 no sabe o no responde, el comentario es el
  mismo que explicaba las no respuestas en la
  pregunta anterior.
• Un 25 de la población utiliza define peso como
  masa por gravedad. Esta respuesta, claramente
  correcta, no implica entendimiento por parte de
  los estudiantes en cuanto al concepto pero si
  entendimiento en cuanto a la utilización del
  mismo.
• Cerca de un 50 dan una respuesta incorrecta,
  este porcentaje es alto comparado con el de las
  otras preguntas y muestra confusión entre
  gravedad-peso y masa-peso. La última confusión es
  interesante porque la pregunta anterior no
  mostraba ese comportamiento. Qué quiere decir
  esto? Realmente si existe una falta de claridad,
  cuándo les preguntaron por masa sin mencionarles
  peso escribieron la definición de ambos pero
  cuándo les volvieron a preguntar ya no supieron
  que decir.

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PREGUNTAS

• Nota
• En esta parte de la encuesta la información
  proviene de los informes de otros estudiantes, no
  se tuvo acceso a las 167 respuestas directamente.

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Movimiento rectilíneo uniforme vs movimiento
acelerado

• Uno de los siguientes movimientos es rectilíneo
  uniforme y otro es acelerado.
• Identifíquelos. Explique la opción escogida.

x x
t t
a v

t t
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Movimiento rectilíneo uniforme vs movimiento
acelerado

• Comentarios
• Se observa que la mayoría de las personas
  responden la pregunta, esto se debe a que como ya
  los diagramas están dibujados contestar es
  rápido, sea correcta o incorrectamente.
• El porcentaje de personas que respondieron
  incorrectamente es del 68 lo cual muestra una
  baja interpretación de gráficas que es
  consecuente con el hecho de que algunos estén en
  primer semestre o con el no entendimiento de los
  conceptos. Es probable que algunos profesores no
  enfaticen en éste enfoque ni en una
  representación gráfica de los problemas pues no
  es necesario para la solución de problemas. Como
  mencione antes, si los alumnos no necesitan algo
  para la solución de problemas, no lo aprenden.
• Algunas de las respuestas eran correctas pero
  estaban mal justificadas, lo que puede significar
  que hubieran adivinado o que, aun entendiendo un
  concepto, no sean capaces de expresarlo con
  palabras.

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Masa vs peso
Comentarios Los resultados de esta pregunta no
son concluyentes porque al ser tan cualitativa
las respuestas fueron muy variadas. Una
respuesta correcta implicaba entender el concepto
de masa y cómo vimos anteriormente, menos del 10
sabe que es. Así pues, los resultados se
esperaban, si no se entiende un concepto no se
puede aplicar para la solución exitosa de una
situación planteada a no ser que se conozca de
antemano la respuesta. Si no se entiende un
concepto, no se puede ser ingenioso.
Pregunta Suponga que tiene dos latas idénticas,
una llena con plomo y otra vacía y se encuentran
en el espacio en un lugar donde ambas latas
carecen de peso. Como puede decir cuál tiene
mayor masa?.
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Diagrama de fuerzas
El siguiente diagrama muestra un péndulo simple
que cuelga de un techo y se encuentra en
movimiento hacia la derecha. Dibuja todas las
fuerzas que actúan sobre la esfera, incluyendo la
fricción debida al contacto con el aire.
Comentarios La mitad de los estudiantes
identifican bien al menos una fuerza de las que
actúan sobre el cuerpo. Parcialmente incorrecto
significa que les faltó alguna o que pusieron
alguna de forma incorrecta. El porcentaje de
personas que no responde es muy pequeño y el
porcentaje de respuestas incorrectas es muy alto
si se tiene en cuenta que para que una respuesta
estuviera incorrecta tenían que haber dibujado
todo mal. Esto puede implicar que los
conocimientos básicos de dinámica no se aprenden
bien en el colegio.
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Movimiento uniformemente acelerado

• Cuando alguien le dice que vio pasar un tren con
  movimiento uniformemente acelerado Usted
  entiende
• Que el tren iba muy rápido
• Que el tren se movía en línea recta
• Que el tren aumentaba su aceleración
  constantemente.
• Que el tren aumenta su velocidad en un valor
  constante.

30
Caída libre

• Se deja caer simultáneamente una tiza y un
  borrador. Cuál de las siguientes afirmaciones
  es incorrecta?. Se desprecia la fricción del
  aire.
• Cae primero el borrador
• Caen los dos al mismo tiempo
• El tiempo de caída de los objetos no depende de
  la masa.
• La aceleración de la gravedad es la misma para
  todos los cuerpos sin importar su masa.

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Caída libre
Un objeto lanzado en caída libre Cae 9.8 m cada
segundo. Cae 9.8 m durante el primer
segundo. Tiene un incremento de rapidez de 9.8
m/s cada segundo. Tiene un incremento de
aceleración de 9.8 m/s2 cada segundo.
32
Caída libre
Cuando un objeto es lanzado verticalmente hacia
arriba, despreciando la resistencia del aire a.
Su velocidad cambia no uniformemente b. Su altura
máxima es independiente de la velocidad
inicial c. El tiempo de viaje hacia arriba es
ligeramente mayor que su viaje hacia abajo d. La
rapidez al regresar a su punto de partida es la
misma que la velocidad inicial.
33
Movimiento parabólico
En el lanzamiento de un proyectil su trayectoria
es Una línea recta Una elipse Una
circunferencia Una parábola
El movimiento parabólico es Un movimiento en
caída libre Un movimiento circular Un movimiento
rectilíneo uniforme Una combinación de dos
movimientos perpendiculares, uno rectilíneo
uniforme y el otro con aceleración.
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Conclusiones generales

• Hay una capacidad de redacción y expresión
  reducida y el uso acertado del lenguaje
  científico es prácticamente inexistente. Esto se
  debe al nivel de los estudiantes, a la
  preparación que tuvieron como bachilleres y
  también a que en las ingenierías (así como en las
  ciencias) no se hace énfasis en éstos aspectos.
• A muchos conceptos se les asocia el significado
  que tienen en la vida diaria (ejemplo trabajo)
  que a veces no coincide con el concepto físico.
• Muchas respuestas muestran que los estudiantes no
  leen bien. Este problema es grave y pertinente.
  Se debe hacer algo al respecto porque mejorando
  la comprensión de lectura se mejoran muchos
  aspectos de la vida académica.

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Conclusiones generales

• El cuestionario refleja un nivel de educación
  media en física malo. El hecho de que no sepan
  responder puede ser explicable de varias formas
  los alumnos no alcanzan a ver todos los temas que
  deberían ver, el método de aprendizaje en el país
  (por descubrimiento, en una clase) esta
  equivocado o no se da suficiente importancia a la
  enseñanza de esta materia. Para entender más esta
  conclusión sería necesario ver la correlación que
  tiene con las pruebas ICFES y saber cómo esta
  planteado el esquema educativo en el país.
• Los estudiantes de ingeniería no saben leen bien
  y no argumentan bien sus respuestas.
• La forma en la que les enseñaron física se ve
  reflejada en sus respuestas. Muchas de ellas son
  aprendidas de memoria y las utilizadas en los
  textos de física más comunes. Esto muestra que
  los estudiantes las estudian solo para
  recitarlas pero no las entienden y muestra
  además que los profesores tienden a seguir un
  libro y no a proponer nuevas formas de ver los
  conceptos desde marcos mucho más generales.

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Conclusiones generales

• El uso de expresiones matemáticas muestra el
  conocidísimo fenómeno fórmula mediante el cual
  el ingeniero se aprende de memoria todas las
  expresiones del libro y gana los exámenes siendo
  un mago en reemplazar sin que en ningún momento
  pase por su cabeza el significado de los
  conceptos físicos. Aquí hay contribución de dos
  partes el profesor que siempre hace los exámenes
  de tal forma que un estudiante así gane y el
  estudiante que, aprovechándose de la situación,
  se aprende la ley de newton sin entender nada.
• Hay mucha confusión entre conceptos y este tema
  es preocupante porque ahí por ejemplo no puede
  ser fruto de la mala redacción, confundir dos
  conceptos es No tener ni idea que significa
  ninguno de los dos.
• Los conceptos más claros son aquellos más
  utilizados en la resolución de problemas,
  aquellos que si se necesitan interiorizar para
  solucionar situaciones que se presentan en las
  clases, los talleres y los exámenes, un ejemplo
  claro es la fuerza. Conceptos que no se utilizan
  se desconocen, un ejemplo es la masa, dichos
  conceptos se tienen como objetos abstractos que
  guardan poca relación con la realidad.

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Conclusiones generales

• Otros conceptos que tienen claros son aquellos en
  los que la relación matemática es lo
  suficientemente parecida a la interpretación como
  aceleración (adv/dt, cambio de la velocidad en
  el tiempo)
• Entendiendo que la física se puede ver y entender
  utilizando varios modelos y matemáticas
  (geometría, gráficas, derivadas, conceptual) se
  ve muy poca utilización de un modelo gráfico para
  entender los problemas, puede ser porque los
  profesores lo usen y los estudiantes no lo
  entiendan o porque los profesores ni siquiera lo
  usen.

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Un último comentario

• Es importante ANALIZAR y ENTENDER cual es el
  objetivo de la enseñanza de la física en las
  ingenierías y a partir de dicho objetivo mirar
  este cuestionario y sus resultados. Las
  interpretaciones de que tan malos o buenos son
  los resultados del cuestionario dependerán de si
  el objetivo de dicha enseñanza es entrenar a los
  ingenieros en la resolución de problemas, si es
  que logren un entendimiento de lo que es la
  física en su forma más general o si es que
  aprendan conceptos importantes para la práctica,
  conceptos y leyes al servicio de lo práctico.