PROPUESTA PARA DETERMINAR LAS CONCEPCIONES ALTERNATIVAS (Ideas previas)

ANÁLISIS DIDÁCTICO

LAS “CONCEPCIONES ALTERNATIVAS” DE LOS ESTUDIANTES RELACIONADAS CON EL TEMA DE LA LUZ.

Óptica Geométrica.

Los estudiantes se aproximan al estudio de la Óptica, a través de sus concepciones ingenuas. Aunque usualmente los estudiantes saben que “la luz viaja en línea recta”, pocos pueden dar argumentos convincentes del significado de esa frase (Knigth 2002) Muchos Estudiantes no reconocen que la luz es un ente físico con existencia independiente de las fuentes y sus efectos. No hacen una clara distinción entre luz y visión. Por ejemplo muchos estudiantes creen que la luz presenta un alcance finito después del cual se extingue. Aunque muchos estudiantes conocen que la luz esta compuesta de colores, pocos pueden interpretar este enunciado. Muchos estudiantes piensan que un filtro de color agrega color a la luz blanca. En conclusión, los estudiantes presentan ideas dispersas sobre la luz, pero no un modelo que resulte coherente en sus razonamientos.

Así, en resumen, se tendrían los siguientes resultados obtenidos de la investigación:

Muchos estudiantes no entienden las ideas fundamentales del modelo de rayos de la luz

Los estudiantes visualizan los rayos como entes físicos, no como representaciones

Los estudiantes no entienden el papel de los tres rayos principales en las lentes.

Los estudiantes no entienden la función de las lentes convergentes en la formación de imágenes.

Los estudiantes no entienden el papel de la pantalla en la formación de imágenes

Los estudiantes no entienden el papel del ojo en la formación de imágenes.

Un uso exitoso de la ecuación de las lentes no indica una comprensión de la Óptica Geométrica.

LA ENTREVISTA COMO HERRAMIENTA PARA DETECTAR “CONCEPCIONES ALTERNATIVAS”

LA LUZ

Para los físicos, la luz es una entidad que se propaga en el espacio a partir de una fuente, que interactúa con los objetos que se encuentra a su paso y produce entonces diversos efectos perceptibles (calentamiento, contrastes entre zonas iluminadas de un modo diferente o que reflejan la luz de manera diversa). Posee ciertas propiedades: en un espacio homogéneo se propaga en líneas rectas; su velocidad de propagación es finita, o sea, tarda cierto tiempo en viajar de un lado a otro; puede desaparecer, parcial o totalmente, cuando atraviesa un medio material, y se conserva en tanto cuanto no encuentre ningún medio absorbente.

¿Qué es la luz para los jóvenes del bachillerato? Nos proponemos indagar sus conceptualizaciones, examinando lo que les evoca la palabra luz, las propiedad es que le atribuyen y la forma de interpretar los fenómenos que para el físico, implica luz: como las sombras, la visión o porque sucede que al colocar un pedazo de papel atrás de una lupa éste combustione.

Seguiremos la técnica de la entrevista individualizada y en algunos casos, mediante cuestionarios. Consideramos que los alumnos han recibido alguna enseñanza formal de la luz. Tienen ideas asociadas a la luz e interpretaciones de los fenómenos relacionados con ella.

¿En donde hay luz?

¿Dónde hay luz en esta habitación?

La entrevista se hará con luz artificial y con natural en una habitación soleada. La habitación contará con los materiales necesarios, el profesor podrá usar una grabadora o un cuaderno de notas, para tener referencia de las concepciones alternativas.

Se anotará la respuesta y dependiendo de ésta se podrán hacer más pregunta, como ¿Por qué dices eso?

Pueden relacionar su respuesta con su fuente, con su efecto o con un estado. Los alumnos pueden emplear una u otra concepción, según la situación e incluso pasar de una a otra durante la explicación del mismo fenómeno. Hay que tener cuidado al hacer juicios, estos no pueden

hacerse sobre la visión de una sola respuesta. Es importante evaluar el ámbito en el que aplica esta noción planteando diversas situaciones.

Si en la respuesta verificamos un progreso, la adquisición de la noción de “luz-entidad en el espacio” no implica necesariamente una concepción que satisfaga por completo al físico.

La luz y las sombras

¿Qué es una sombra y cómo se forma?

¿Hay alguna luz en las sillas de la habitación?

¿Atrás de los objetos de la habitación hay luz?

Verificar si los alumnos asocian que la “luz fuente” es la responsable del fenómeno o utilizan la noción de “luz entidad en el espacio”.

Verificar si establece la relación correcta de causa y efecto entre un objeto y el que desaparezca la luz.

De acuerdo a las respuestas, debemos de verificar si de una noción “luz entidad en el espacio” no ha podido rebasar la de “luz efecto” y “luz estado” y puede pasar de una a otra.

LA PROPAGACION DE LA LUZ

El tiempo de propagación.

¿La luz se mueve?

Verificar si dentro de sus respuestas no mezclan la entidad en el espacio, o al movimiento de la fuente o con sus efectos.

Proponer en equipo algún diseño experimental adecuado para determinar la velocidad de la luz.

1. ¿Cómo pueden explicarse las características del movimiento de la luz?

2. ¿Que tan rápido se mueve la luz?

Lee el siguiente texto sobre la velocidad de la luz y elabora un resumen a partir de él.

LA VELOCIDAD DE LA LUZ

En el libro de Galileo, Diálogos sobre dos nuevas ciencias, podemos escuchar una conversación del maestro y sus alumnos sobre la velocidad de la luz:

«SAGREDO: ¿Pero qué naturaleza y qué magnitud debemos atribuir a la velocidad de la luz? ¿Es instantáneo su desplazamiento o no? ¿No po-dríamos decidir esta cuestión mediante un experimento?

»SIMPLICIO: Las experiencias diarias muestran que la propagación de la luz es instantánea; cuando vemos disparar una bala de cañón a gran distancia, su fogonazo llega a nuestros ojos instantáneamente, mientras que el sonido lo percibimos después de un intervalo notable.

»SAGREDO: Bien, Simplicio, lo único que podemos inferir de esta expe-riencia familiar es que, para alcanzar nuestros oídos, el sonido viaja más lentamente que la luz; esta experiencia no me informa de si la luz se pro-paga instantáneamente o si, siendo inmensamente rápida, emplea un tiempo muy pequeño en llegar a nuestros ojos...

»SALVIATI: Lo poco concluyente de ésta y otras observaciones me ha conducido, una vez, a crear un sistema que permitiría decidir con precisión si la iluminación, o sea, la propagación de la luz, es realmente instan-tánea...»

Salviati continúa explicando su método. Para entender su idea imaginemos que la velocidad de la luz no sea sólo finita sino, además, que su valor real se reduzca en una proporción apreciable, análogamente a lo que hacemos al pasar un trozo de una película cinematográfica a cámara lenta.

A.5. Contesta las siguientes preguntas relacionadas con la lectura.

1. ¿Qué suposiciones hace Galileo cuando intenta medir la velocidad de la luz?

2. ¿Qué otros métodos existen para medir la velocidad de la luz? Investiga en qué consiste alguno de ellos.

3. ¿Qué tan grande es la velocidad de la luz? Compárala con algún dato conocido de velocidad.

4. Verifica el cálculo del tiempo que se menciona en el texto cuando dice que:

¡A la distancia real de una milla, tendría que haber podido registrar intervalos de tiempo del orden de una cienmilésima de segundo!

1.1.1 Propagación rectilínea de la luz

1.1.1 Leyes de reflexión y refracción de la luz

¿Cómo se propaga la luz?

¿Qué fenómenos ocurren cuando la luz llega de un medio a otro?

A.6. Presentación del profesor, de algunas demostraciones simples relacionadas con el fenómeno de reflexión y refracción de la luz (ver anexo 11):

Describe por escrito cada una de las observaciones y trata de dar una explicación de cada fenómeno presentado. Presentación por escrito de la explicación.A.7. Lee el texto que se presenta a continuación: “La luz considerada como sustancia” y elabora un resumen a partir de él.

LA LUZ CONSIDERADA COMO SUSTANCIA

Primeramente empezaremos con unos pocos hechos experimentales. La cifra que acabamos de dar concierne a la velocidad de la luz en el vacío. La luz no perturbada viaja con esta velocidad a través del espacio vacío. Se puede ver a través de un recipiente de vidrio después de extraído el aire de su interior. Nosotros vemos planetas, estrellas, nebulosas, aún cuando la luz viene de ellos hasta nosotros a través del espacio vacío. El simple hecho de que podamos ver a través de un recipiente, contenga o no aire en su interior, muestra que la presencia del aire afecta muy poco la transmisión de la luz. Por esta razón es posible realizar experimentos ópticos en una habitación común con el mismo resultado que si en ella no hubiera aire.

A.8. Contesta el autocuestionario siguiente relacionado con la lectura.

Responde detalladamente, justificando ampliamente tus respuestas. Pide a tu profesor que revise tus respuestas.

1. ¿Cuáles son las ideas principales del texto?

2. ¿He encontrado aparentes inconsistencias entre partes diferentes del texto? ¿Cuáles son?

3. ¿Puedo repetir las ideas centrales del texto con mis propias palabras? Escríbelas.

4. ¿Son «razonables» las afirmaciones o resultados a los que se llega? ¿Por qué creo que lo son?

5. ¿Hay diferencias entre mis ideas iniciales sobre el contenido del texto y lo que se afirma en él? ¿Cuáles son esas diferencias?

6. ¿Qué problemas de comprensión he encontrado? Algunos términos, o ideas presentadas en el texto que no comprendo son:

7. ¿Puedo relacionar el contenido del texto con el de otras lecciones o unidades estudiadas anteriormente? ¿De qué forma?

8. ¿Se plantea explícitamente algún problema conceptual en el texto o es una mera exposición de información? ¿Qué problema se presenta?

9. ¿Se discuten los límites de aplicabilidad de los conceptos, ecuaciones, principios o teorías que se presentan?

La propagación en linea recta.

Hay que tener cuidado con las respuestas, por ejemplo; la noción de que la luz se propaga en línea recta puede estar completamente disociada de la del tiempo de propagación, se solicitará el uso de lapiz y cuaderno para explicar la propagación, y así verificaremos la noción de la propagación.

Se propone el uso de dispositivos experimentales durante la entrevista.

1. Colocar un foco (desconectado) frente a un cilindro de madera vertical y una cartulina blanca en la parte trasera.

Se pedirá a los alumnos que dibujen ántes de encender el foco, el tamaño y la posición exactos de la sombra del cilindro, en la cartulina.

2.- Un segundo dispositivo (ver figura)

Se le preguntará ¿la segunda pantalla se iluminará? Si contesta afirmativamente, le pediremos que con sumo cuidado trace la parte que quedará iluminada, cuando el foco estubiera conectado.

Se podrán hacer preguntas con respecto a su entorno, como por ejemplo:

¿tú sombra esta detrás o delante de ti? Si miras de frente al sol o el sol te da en la espalda.

En la siguiente figura se podrá hacer la siguiente pregunta ¿donde se encuentra la sombra del árbol? ¡Dibujala¡

L a luz y sus interacciones con la materia

El papel de la lupa o lente

Sol

Árbol

La conservación de la luz

¿Con una lupa o lente se puede iluminar un objeto en un día asoleado?

¿La lupa o lente agranda la luz o la concentra?

Se le pedirá al alumno dibujar su interpretación.

La luz y sus interacciones con la materia

La reflexión de la luz en los objetos

Poner a prueba la noción que tienen los alumnos de la reflexión de la luz en un espejo.

¿Por qué un objeto ordinario se ve de un color determinado? ( se le colocan tres cartulinas de diferente color?.

Se le pedirá al alumno que dibuje la reflexión de los objetos en un espejo.

La situación de la entrevista

Mediante la presente entrevista, deberemos comprobar la noción que tienen los alumnos sobre el tema de la reflexión de la luz en los espejos y en los objetos ordinarios, presentandoles un pedaso de papel blanco, y después un espejo, colocado frente a una linterna (ver figura).

¿Qué hace la luz desde el momento en que enciendo la linterna?

El entrevistador encedenderá la linterna e iluminará la pantalla y el papel.

Preguntará ¿Qué es la luz?

Una segunda prueba

Cuando queremos comprobar la idea de la reflexión de la luz por los objetos ordinarios. En esta situación en la que el alumno explicará como

se refleja la luz en una pared blenca y en una negra. Se pedirá a los alumnos que decidan si el objeto colocado a la derecha de la lámpara se iluminará con el foco dirigido hacia la pared.

Luz y Visión

Determinar si el alumno establece una relacón entre la luz y la visión, fundamentados en las respuestas que al inicio se hicieron ¿Qué es la luz? Y ¿qué hace la luz? Nos aportaran las ideas dominantes, para descubrir en consiste el mecanismo de la visión y qué papel desempeña en él la luz. Para esto se harán dos preguntas: una, relativa a la visión de una fuente primaria, una barita de incienso encendida colocada a un metro del observador; la otra a la visión de un objeto ordinario, un cubo de cartulina multicolor, colocado a la misma distancia.

¿Se concibe al ojo como un receptor de luz?

Encendamos primero la barita de incienso, preguntemos al alumno si ve el extremo encendido. Para inmediatamente preguntarle ¿produce luz?, ¿te llega la luz?con el fin de establecer si, para él, la visión esta relacionada con la recepción de la luz por el ojo.

Si no reconocen la precencia de la luz y no reconocen que sus ojos pueden ser receptores de la luz, estaremos remontandonos a las ideas del siglo VI con los pitagóricos, que creían que “la visión era unicamente el resultado de un fuego invisible que salia del ojo; este fuego (según Euclides, esta colección de rayos) tocaban los objetos y los hacian reconocibles como formas y colores”. Al final del siglo IV, Zeon de Alejandría pensaba que los rayos luminosos emitidos por el ojo debían estar algo separados uno de otro, porque:

CONCLUSIONES

Objeto Objeto

Al final de la entrevista se elavorarán una serie de conclusiones de acuerdo a cada rubro sobresaliente de la entrevista:

¿Dónde hay luz?

La luz y las sombras

La propagación de la luz

El tiempo de propagación

La propagación en línea recta.

La luz y su interacción con lamateria

El papel de la lupa

La reflexión de la luz en los objetos

Luz y luz diurna

Luz y visión

¿Se concibe al ojo como un receptor de luz?