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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y
Tecnología Avanzada
Unidad Legaria
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE PROTOTIPOS CON
MATERIALES DE FÁCIL ADQUISICIÓN PARA EL
APRENDIZAJE ACTIVO DEL CAMPO ELÉCTRICO Y
MAGNÉTICO ESTACIONARIO EN EL
BACHILLERATO
T E S I S
QUE PARA OBTENER EL GRADO
DE MAESTRO EN CIENCIAS
EN FÍSICA EDUCATIVA
P R E S E N T A :
G E R M Á N M E Z A O L E A
Directores: Dr. Daniel Sánchez Guzmán
Dr. Ricardo García Salcedo
México, D. F., 12 marzo de 2013
2
3
4
Lo que escucho, lo olvido
Lo que veo, lo recuerdo
Lo que hago, lo comprendo
5
Confucio, (hace 2400 años)
RESUMEN
En este trabajo de tesis se presenta una propuesta para el aprendizaje activo de los
conceptos del campo eléctrico y magnético estacionario en el bachillerato basado en el
diseño y construcción de prototipos de fácil adquisición y/o bajo costo propuesto por
Monasterio (2001) el cual considera a su vez el esquema metodológico de la enseñanza por
descubrimiento basado en prototipos experimentales de Falcón (1989). Para el desarrollo
de la estrategia didáctica se ha tomando como punto de partida el programa estándar
propuesto por Guisasola, Almudí, Zubimendi y Zuza (2005) que considera las dificultades
de aprendizaje de estos temas.
Dicha estrategia fue aplicada a estudiantes del Plantel “Felipe Carrillo Puerto” del Instituto
de Educación Media Superior del Distrito Federal (IEMSDF) considerando dos grupos
experimentales y tres grupos de control. La aplicación de la estrategia en los grupos
experimentales fue dirigida por el autor de esta tesis y los estudiantes realizaron las
actividades basadas en la construcción de prototipos usando trabajo colaborativo en un
ambiente de aprendizaje activo. En los grupos de control se aplicó una instrucción
tradicional basada en el mismo programa estándar y fue aplicado por otro profesor del
mismo plantel.
Cabe señalar que la estrategia propuesta se aplicó en el semestre 2011-2012 B durante las
sesiones de aula y de laboratorio correspondientes al tema de electricidad y magnetismo.
Por lo tanto, los estudiantes trabajaron con la construcción de los prototipos solamente
durante las sesiones correspondientes a estos temas.
Se presentan en la tesis los resultados obtenidos para los grupos experimentales en el
ambiente de aprendizaje activo basado en la construcción de prototipos en contraste con la
instrucción tradicional en los grupos de control.
Para el análisis de los resultados obtenidos, se usó un esquema como el presentado por
Lara-Barragán (2008) en la que se considera un pre-test, contra la aplicación del post-test.
En la sección de resultados se muestran las distribuciones de respuestas para el pre-test y
post-test. A partir de los resultados se calculo la ganancia normalizada de Hake (Hake,
2007) encontrándose que los grupos experimentales obtuvieron una ganancia media (0.55)
6
mientras que en los grupos de control la ganancia fue baja (0.18). Así mismo se encontró
un incremento favorable en la motivación y actitudes de los estudiantes hacia el aprendizaje
de la Física en particular de estos temas.
Se concluye en base a los estadísticos y la t de Student (Box E., Hunter G., Hunter S.,
2002), que esta propuesta incide de manera significativa en la enseñanza-aprendizaje de los
conceptos de campo eléctrico y magnético estacionario y podría ser útil para la enseñanza
de un curso completo de Física introductoria de Electromagnetismo. Además la propuesta
de prototipos se pone a disposición de los profesores de bachillerato del IEMSDF con el
propósito de contribuir con materiales didácticos que incidan en una mejora en la
enseñanza y aprendizaje de la Física en este nivel educativo.
7
ABSTRACT
The present research work describes an implementation of an active learning scenario for
teaching physics; this implementation was based on the use of low-cost and easy-made
prototypes by students as proposed by Monasterio (2001), it also considers the discovery
learning based on experimental prototypes proposed by Falcon (1989). The stationeries
electric and magnetic fields concepts were a boarded. For the development of the teaching
strategy it was used from its starting point the standard program proposed by Guisasola,
Almudí, Zubimendi and Zuza (2005) that considers the learning difficulties of these issues.
This strategy was applied to high school students Campus "Felipe Carrillo Puerto" of
Instituto de Educación Media Superior del Distrito Federal (IEMSDF) considering two
experimental groups and three control groups. The implementation of the strategy in the
experimental groups was addressed by the author of this thesis and the students did the
activities based on prototyping using collaborative work in an active learning environment.
In the control group applied a traditional instructional program based on the same standard
program and was applied by another teacher of the same school.
It should be noted that the proposed strategy was applied in the 2011-2012 semester B
during classroom sessions and laboratory for the issue of electricity and magnetism.
Therefore, the students worked with the construction of the prototypes only during the
session for these topics.
In the thesis are presented the obtained result for the experimental groups in the active
learning environment based on building prototypes in contrast to traditional instruction in
the control groups.
For the analysis of the results, we used a scheme like the one presented by Lara-Barragán
(2008) which is considered a pre-test, against the implementation of the post-test. In the
results section shows the distributions of responses to the pre-test and post-test. From the
calculation results are normalized gain Hake (Hake, 2007) and it was found that the
experimental group received a half gain (0.55) while the gain control group was low (0.18).
It was also found a favorable increase in motivation and attitudes of students towards the
teaching of physics in particular in these issues.
The conclusion is based on the statistical and Student’s t (Box E., G. Hunter, S. Hunter,
2002), that this proposal will significantly impact on the teaching and learning of the
concepts of electric field and stationary magnetic and could be useful for teaching a full
course of introductory physics of electromagnetism. Furthermore the proposed prototypes
are available to high school teachers of IEMSDF with the aim of contributing to teaching
materials that contribute to an improvement in the teaching and learning of physics in this
educational level.
8
AGRADECIMIENTOS
A las autoridades educativas CICATA Legaria del Instituto Politécnico Nacional por
hacer posible el postgrado en Física Educativa y brindarme la oportunidad de adquirir una
formación en la enseñanza de la ciencia.
Al Dr. César Eduardo Mora Ley por brindarme la oportunidad de estudiar, participar y
contribuir a la ciencia de enseñar Física.
Al Dr. Daniel Sánchez Guzmán por el seguimiento, retroalimentación, comprensión y
paciencia que me brindo en mi trayectoria académica y por su acertada dirección, amistad y
apoyo durante la realización de esta tesis.
Al Dr. Ricardo García Salcedo por el seguimiento, retroalimentación, comprensión y
paciencia que me brindo en mi trayectoria académica y por su acertada dirección, amistad y
apoyo durante la realización de esta tesis.
A los profesores del Posgrado en Física Educativa por su colaboración y apoyo en mi
formación académica.
A las autoridades del Instituto de Educación Media Superior del Distrito Federal (IEMSDF)
por brindarme el tiempo y los espacios necesarios para la realización de esta tesis.
Al M. en C. y profesor del IEMSDF Humberto Ramos Saavedra por su valiosa
colaboración para la realización de la investigación de campo.
A los profesores del IEMSDF: M. en C. María de la Cruz Medina Ramos, M. en C.
Ernesto Zamora Martínez, Físico Vicente Antonio Pérez y al M. en C. Miguel Ángel
Hernández Cruz por su colaboración y participación de la investigación de campo.
A los estudiantes de los Grupos 204, 205, 207, 208, 209 del Plantel Iztacalco “Felipe
Carrillo Puerto” del IEMSDF que participaron en este trabajo de investigación, por su,
disposición, cooperación y trabajo de equipo, valores que hicieron posible la obtención de
resultados tan satisfactorios.
A todos aquellos que siempre me brindaron su apoyo, comprensión, paciencia y ánimo
para seguir adelante gracias.
9
DEDICATORIA
A mis padres:
Por su amor incondicional, comprensión y apoyo.
A mi esposa e hijo:
María de la Cruz Medina Ramos, Eduardo Meza Medina
Por su apoyo, comprensión y motivación que siempre me brindaron.
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CONTENIDO
INTRODUCCIÓN………………………………………………………………………….9
CAPÍTULO I. PLANTEAMIENTO GENERAL DE LA INVESTIGACIÓN……......12
I.1Planteamiento del problema…………………………………………………………..12
I.2 Justificación……………………………………………………………………….....13
I.3 Hipótesis………………………………………………………………………….…..14
I.4 Objetivos…………………………………………………………………………..…14
CAPÍTULO II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS……………………………...………...16
II.1 Aprendizaje activo…………………………………………………………….…….16
II.2 ¿Qué es una estrategia de aprendizaje activo?………………………………….…...17
II.3 El modelo tradicional y el aprendizaje activo…………………………………….…17
II.4 El diseño y construcción de prototipos……………………………………………...20
CAPÍTULO III. DISEÑO EXPERIMENTAL………….……………………………....23
III.1 Contexto de la investigación……………………………..………………….……..23
III.2 Muestra……………………………………..……………………………………....23
III.3 Variables……………………………………………………..……………………..24
III.4 Instrumentos de medida……………………………………….…………………...25
CAPÍTULO IV. METODOLOGÍA PARA LA INSTRUMENTACIÓN……………....26
IV.1 El currículum y los ejes de formación……………………………………..……….26
IV.2 Metodología para la selección de prototipos de Física……………………………..27
IV.3 Estrategia de elección de preguntas para las secuencias didácticas…………..…....28
IV.4 Metodología de trabajo en los grupos experimentales….……………………..…...29
IV.5 Metodología de trabajo en el aula……………………….…….…...........................31
IV.6 Características de los instrumentos de recolección de datos………………..……...32
IV.7 Ganancia de Hake……………………………………………………...…..………33
IV.8 La distribución t de Student………………………………………………..………33
IV.9 La distribución ji-cuadrada
CAPÍTULO V. PROPUESTA DE PROTOTIPOS………………………...…………...37
V.1 Prototipos de electricidad……………………………………………………………...37
V.1.1 Evidencias eléctricas de la materia…………………………………..………37
V.1.2 El electroscopio…………………………………………………...…………37
V.1:3 Electróforo y botella de Leyden……………………………………………..38
V.1.4 Generador Van de Graaff……………………………………………...…….38
V.1.5 Líneas de campo eléctrico…………………………………………..……….39
V.1.6 Jaula de Faraday……………………………………………………………..39
V.1.7 El Lifte……………………………………………………………………….40
V.2 Prototipos de magnetismo…………………………………………………………..…40
V.2.1 Magnetismo………………………………………………………………….40
V.2.2 Campo magnético……………………………………………………………41
11
V.2.3 La brújula………………………………………………………………….…41
V.2.4 Campo eléctrico contra campo magnético………………………………..…42
V.2.5 Experimento de Orested y espectro de corriente rectilínea………………….42
V.2.6 El electroimán………………………………………………………………..43
V.2.7 El levitron……………………………………………………………………43
V.3 Manual del docente, estudiante y secuencia didáctica……………………………..44
CPITULO VI. ANALISIS Y RESULTADOS………………………………………..…45
VI.1 Descripción del análisis de resultados.......................................................................45
VI.2 Resultados del pretest y postest de los grupos experiemntal y de control................45
VI.3 Ganancia de Hake y análisis de resultados...............................................................47
VI.4 Los resultados con la prueba t de Student................................................................49
VI.5 Los resultados con la prueba ................................................................................51
VI.6 Ganancia de Hake post post instruccional y análisis de resultados..........................52
VI.7 Resultados de la valoración por los estudiantes de la enseñanza recibida…….…...54
VI.8 Incremento en la valoración por los estudiantes de la enseñanza recibida……...…56
VI.9 Resultados de la encuesta de opinión sobre los prototipos………………………...58
CAPÍTULO VII. CONCLUSIONES………………………………………………...…..60
VII.1 Conclusiones…………………………………...………………………….............60
VII.2 Perspectivas……………………………………………………………………….61
ANEXOS…………………………………………………………………………….….…63
Anexo 1………………………………………………………….…………...….…….....63
Anexo 2……………………………………………………………………….……….…68
Anexo 3………………………………………………………………….……………….69
Anexo 4………………………………………………………………………………..…70
APENDICE………………………………………………………………………………128
Apéndice A……………………………………………………………………..……….128
Apéndice B…………………………………………………………………..………….130
REFERENCIAS…………………………………………………………………………131
12
INTRODUCCIÓN
Investigaciones consistentes han mostrado que la enseñanza de la ciencia, en la mayoría de
las instituciones en el nivel medio superior, sigue siendo tradicional la cual supone que el
alumno aprenderá por repetición cada uno de los conceptos de la disciplina y formará con
ello la estructura conceptual de la Física. La instrucción, en este caso, es esencialmente
deductiva, con el docente irradiando conocimiento, mientras que el alumno deberá
recibirlos en una actitud esencialmente pasiva. En consecuencia, la clase magistral sigue
siendo la predominante en la escuela secundaria, bachillerato y universitario básico, aun
cuando esta metodología ha sido probada como muy ineficiente para producir aprendizajes
significativos (Campanario, 1999).
En España, por ejemplo, el informe del Plan Nacional de Evaluación de las Universidades
indica que la clase magistral sigue siendo la predominante, aun cuando esta metodología ha
sido probada como muy ineficiente para producir aprendizajes significativos, como también
es el caso de los países de América Latina (Benegas, 2001).
En México, la situación de la enseñanza de la física en el bachillerato es similar y puede
ser tipificada como “tradicional”, como en muchos otros países (Ángel, 2000). Esto
significa que la enseñanza está centrada en la transmisión de contenidos y supone la
comprensión de los conceptos físicos por parte de los estudiantes; una suposición basada,
principalmente, en la lógica de los contenidos objetivados en los programas de estudios.
Esta forma de enseñanza permea ampliamente la práctica docente, a pesar de las
intenciones declaradas por los profesores de promover otras concepciones de aprendizaje.
Gallagher (1991) señala que existe una diferencia muy grande entre las intenciones
manifestadas por los docentes acerca de la enseñanza y lo que realmente sucede en el salón
de clases (Ángel, 2000).
En contraste, la investigación educativa en Física ha rendido excelentes resultados en sus
investigaciones, con el consecuente desarrollo de muy exitosas estrategias de enseñanza, las
cuales son fruto de diversas circunstancias que rodean la educación de las ciencias en la
actualidad y que nacen del paradigma de “física para todos” que reclama una sociedad
basada en el desarrollo tecnológico. En primer lugar, se debe dejar de considerar que las
clases de Física deben ser para unos pocos “elegidos”, es decir, aquella pequeña fracción de
la población con intereses y aptitudes especiales para la Física, para convertirse en clases
multitudinarias, donde la enorme mayoría de estudiantes no tienen a la Física como eje de
sus estudios. Después de experiencias con una importante motivación y asignación de
recursos humanos y materiales que no fueron exitosas en las décadas del 60 y del 70,
alrededor de 1980 se comenzó, con una aproximación diferente, poniendo esta vez al
estudiante y a su proceso de aprendizaje en el centro del proceso de enseñanza
(Lin, 1994). Se comprendió que el estudiante debía construir su propio proceso de
aprendizaje, partiendo de un estado inicial de conocimientos proveniente de sus
experiencias de vida, el cual debe ser modificado por la instrucción para llegar al estado
final deseado de comprensión de la disciplina. Comenzaron en ese tiempo los estudios de
dificultades características de aprendizaje, sobre todo lo que se entiende como
13
concepciones alternativas, o concepciones de sentido común (McDemont, 1993),
(McDemont, 2001). Por éstas entendemos aquellas explicaciones que se tienen sobre cómo
funcionan las cosas en el mundo físico (o real), pero que se contraponen a las explicaciones
actualmente aceptadas como correctas por los expertos de la disciplina. Los resultados de
estos estudios han sido tomados como base para el desarrollo de metodologías de
enseñanza activa y para la confección de diagnósticos especializados (Benegas, 2001).
La enseñanza activa sugiere que los estudiantes deben de hacer más que sólo escuchar de
una manera pasiva, los estudiantes deben leer, escribir, discutir, abordar la solución de
problemas y tareas que impliquen análisis, síntesis y evaluación (Benítez, 2010; Garcia,
2009). En este contexto, se propone que las estrategias utilizadas involucren a los
estudiantes haciendo cosas y pensando acerca de las cosas que ellos están haciendo. El uso
de esas técnicas en el salón de clases es esencial porque de ello depende fuertemente que se
tenga impacto en un aprendizaje significativo en los estudiantes (Bonwell, 1999).
Este trabajo de tesis parte de reconocer una preocupación en el profesorado de bachillerato
del Instituto de Educación Media del Distrito Federal (IEMSDF) y por los resultados de la
enseñanza tradicional que se imparte en el área del electromagnetismo en general y del
campo eléctrico y magnético estacionario en particular. A pesar de los esfuerzos que se
hacen por parte del profesorado y del tiempo que se invierten en el IEMSDF en la escaza
formación y actualización docente en el área de física, los resultados que se obtienen son
poco satisfactorios, como lo muestra el alto índice de fracaso escolar que se produce. En
términos de esta inquietud y, de buscar una solución a esta problemática se propone la
construcción de prototipos experimentales de bajo costo y/o fácil adquisición como una
estrategia de aprendizaje activo que puedan promover la motivación y propiciar un
aprendizaje significativo en electricidad y magnetismo tomando en cuenta las dificultades
de aprendizaje de los estudiantes de bachillerato y la metodología de construcción de
prototipos de física. Cabe mencionar algunos trabajos realizados con implementaciones en
el IEMSDF como el de Barrera (2009), Medina (2011) y Orlaineta (2011).
Esta tesis consta de seis capítulos: En el capítulo I se plantea la problemática particular que
hay en el aprendizaje de la física en el bachillerato del IEMSDF, en base a ésta se da la
justificación y el planteamiento del trabajo, se establecen los objetivos y las hipótesis que
han de contrastarse.
El capítulo II establece los fundamentos teóricos en que fue desarrollada la investigación.
Aquí se explica que es el aprendizaje activo, se contrasta el aprendizaje activo contra la
enseñanza tradicional y se establecen la metodología de construcción de prototipos de
física.
El capítulo III se describe el contexto en que fue hecho el experimento, se describir la
muestra y las variables así como los instrumentos utilizados en el experimento.
La metodología de trabajo se describe en el capítulo IV, en este se explica la metodología
seguida para la selección de los prototipos, la estrategia de elección de preguntas que han
sido de interés para el campo eléctrico y magnético estacionario en los diseños de los
prototipos, así como la metodología de trabajo seguida en el aula. Además se consideran
14
las características de los instrumentos de recolección de datos y las características del
análisis de datos utilizadas en esta investigación.
En el capítulo V se proponen los prototipos para el aprendizaje activo del campo eléctrico y
magnético estacionario con su respectiva secuencia didáctica en base a la elección de un
programa estándar y de tal manera que incida en los ejes de formación del IEMSDF, que
corresponden a una formación crítica, científica y humanística.
El capítulo VI recoge el análisis de datos y los resultados obtenidos de la investigación para
los grupos experimentales y de control en donde el conocimiento obtenido se infiere de los
resultados recogidos mediante el test de electricidad y magnetismo que se aplicó antes y
después de la instrucción. Así mismo se contrastan las hipótesis planteadas en la
investigación basada en los resultados obtenidos.
Por último en el capítulo VII se presentan las conclusiones más relevantes como
consecuencia del trabajo y el análisis de la investigación, así como sus implicaciones
didácticas para la enseñanza de la física en el bachillerato.
15
CAPÍTULO I. PLANTEAMIENTO GENERAL
DE LA INVESTIGACIÓN
I.1 Planteamiento del problema
Este trabajo de tesis parte de reconocer una preocupación en el profesorado de bachillerato
en particular del Instituto de Educación Media Superior del Distrito Federal (IEMSDF) y
por los resultados de la enseñanza tradicional que se imparte en el área del
electromagnetismo en general y del campo eléctrico y magnético estacionario en particular.
A pesar de los esfuerzos que se hacen por parte del profesorado y del tiempo que se
invierten en el IEMSDF en la escaza formación y actualización docente en el área de física,
los resultados que se obtienen son poco satisfactorios (Barrera, 2009), (Medina, 2011),
(Orlaineta, 2011).
Lo anterior pone de manifiesto diferentes causas, entre las cuales se pueden mencionar: la
enseñanza de la física continúa siendo “tradicional”, la falta de formación y actualización
docente para la enseñanza de la física, la insuficiencia de materiales de laboratorio, la
saturación de contenidos en los programas vigentes, entre otras.
Por otro lado, la problemática particular que caracteriza a la mayoría de los alumnos de
bachillerato es la siguiente: se observa una deficiente comunicación oral y escrita de sus
ideas, tienen escasa o nula participación en las actividades del aula, presentan deficiencias
en el trabajo individual y grupal, son poco capaces para obtener información por sí
mismos, presentan falta de iniciativa y un alto grado de pasividad como resultado de las
etapas educativas previas y que les impide pensar críticamente, tienen dificultades en las
interpretaciones conceptuales en torno al aprendizaje de la física, (SBGDF, 2006),
(www.iems.df.gob.mx).
Aunado a la problemática anterior se puede mencionar que el conocimiento escolarizado en
el sistema educativo mexicano fomenta un aprendizaje poco útil para el alumno, por lo que
es necesario contar con modelos que propicien la integración de los conocimientos con
entorno cultural. Se debe replantear la manera de enseñar, para brindar una alternativa en la
que se fomente la práctica y la motivación al mismo tiempo que el aprendizaje en los
estudiantes (Barrera, 2009).
Hoy en día, el conocimiento escolarizado está descontextualizado, centrado en contenidos
declarativos, tiene una ruptura entre la teoría y la práctica, es poco útil y está inerte, es
poco motivante y significativo, tiene una relevancia social y personal limitada (Barrera,
2009).
Ante este panorama, es de suma importancia replantear la práctica docente, asumir que el
aprendizaje activo es una de las tendencias actuales más representativas y promisorias en la
enseñanza de las ciencias y que puede permitir un cambio de paradigma en la enseñanza de
la física.
Como la física se imparte desde el primer semestre del bachillerato, el reto o problema
16
principal es desarrollar estrategias y material didáctico que logre, con su aplicación en el
aula, estimular la motivación y la voluntad de aprender de estos alumnos y puedan
desarrollar poco a poco los conocimientos, habilidades y actitudes básicos para integrarse a
su comunidad de manera natural, logren entenderla y tengan la posibilidad de transformarla
en un futuro (SBGDF, 2005), (SBGDF, 2006),
Lo anterior implica un cambio radical en el desempeño docente, transmitiendo la
información de forma diferente a lo tradicional, para que los alumnos construyan su
conocimiento, y logren elaborar modelos que interpreten la estructura y el funcionamiento
de la naturaleza de la mejor manera posible (Barrera, 2009).
La implicación más importante del cambio que se propone, es concebir al currículo como
un conjunto de conocimientos, habilidades y actitudes que pretenda la construcción y el
significado de estos y que incida en los tres ejes de formación del plan de estudio del
IEMSDF, eje crítico, eje científico y eje humanístico (SBGDF, 2005), (SBGDF, 2006).
I.2 Justificación
En base a las consideraciones anteriores el presente trabajo es propiciado por:
1. La necesidad de ubicar el objeto de estudio en un trascendente espacio educativo como
es el bachillerato y donde se dan las bases necesarias para que un individuo que se
forma en ese nivel elija lo que estudiará en el futuro.
2. El rescate de los conocimientos, habilidades y actitudes que adquirirá el estudiante
derivado del trabajo realizado durante su estancia en los cursos de física.
3. Ofrecer la posibilidad de contribuir en la actualización y en la formación docente, de
tal manera que, los profesores cuenten con herramientas didácticas que los apoyen a
realizar una dinámica de trabajo acorde a lo que la física demanda en una actual
sociedad globalizada.
4. Intentar construir un conocimiento más profundo en el campo de la física, en particular
de la electricidad y el magnetismo, que coadyuve en la formación de los estudiantes,
proporcionándoles los elementos teórico-metodológicos suficientes para desarrollar sus
habilidades del pensamiento.
5. Mostrar que se puede hacer una mejora en la práctica docente y trabajar lo más
cercano posible a los perfiles educativos institucionales.
El anterior marco motivacional dio origen a las siguientes preguntas de investigación:
1. ¿Cómo se puede implementar la construcción de prototipos de bajo costo como una
estrategia de aprendizaje activo de la física en el bachillerato?
2. ¿En qué medida el diseño y construcción de prototipos favorece en los estudiantes el
pensamiento formal y el desarrollo de habilidades propias de la metodología científica
en particular en el aprendizaje conceptual del campo eléctrico y magnético
estacionario?
3. ¿En qué medida el ejercicio de esta estrategia en el aula puede incrementar la
motivación de los estudiantes y propiciar una mejor significatividad en la calidad de su
aprendizaje?
4. ¿Cuál es la retención obtenida respecto al aprendizaje conceptual después de la
instrucción con la implementación de ésta estrategia?
17
5. ¿Cómo se puede sistematizar la construcción de prototipos experimentales para la
aplicación del trabajo en el aula en los temas de campo eléctrico y magnético
estacionario?
I.3 Hipótesis
Para responder a las preguntas que se han planteado, esta tesis desarrolla una investigación
aplicada en la que se han considerado aspectos cuantitativos y cualitativos. Dentro de los
aspectos cuantitativos de la investigación se pretende contrastar las siguientes hipótesis:
1. El aprendizaje activo basado en la construcción de prototipos de bajo costo y/o fácil
adquisición para el campo eléctrico y magnético estacionario promueve en los alumnos
de bachillerato una ganancia en el aprendizaje conceptual de estos temas en relación a
la enseñanza tradicional.
2. La construcción de prototipos utilizados como herramienta metodológica incide en el
proceso de enseñanza-aprendizaje en los temas de campo eléctrico y magnético
estacionario.
3. El aprendizaje activo basado en la construcción de prototipos favorece una evolución
significativa de las ideas previas a una perspectiva científica del concepto de campo
eléctrico y magnético en los estudiantes de bachillerato.
4. El aprendizaje conceptual logrado con la estrategia de construcción de prototipos es
retenido en cierta medida en el tiempo.
En el aspecto cualitativo se espera contrastar la hipótesis:
5. El aprendizaje activo basado en la construcción de prototipos de física promueve
significativamente el interés y motivación en los estudiantes del nivel medio superior
en relación a estrategias tradicionales.
I.4 Objetivos
Dada la complejidad del fenómeno educativo, esta investigación concibe los aspectos
cualitativo y cuantitativo como complementarios y necesarios para construir nuevos
conocimientos acerca del aprendizaje de la Física. Por consiguiente no sólo no basta con
establecer hipótesis a contrastar, sino que también deben fijarse los siguientes objetivos:
Objetivo general de la investigación
Investigar si la enseñanza basada en la construcción de prototipos de física de fácil
adquisición y/o bajo costo es viable como una estrategia de aprendizaje activo que permita
ayudar a los estudiantes de bachillerato del IEMSDF a comprender significativamente los
conceptos de campo eléctrico y magnético estacionario y propiciar el interés y motivación
en la física.
Objetivos particulares
1. Diseñar una propuesta didáctica para el aprendizaje activo del campo eléctrico y
magnético estacionario en el bachillerato basado en la construcción de prototipos de
fácil adquisición y/o bajo costo y que incida en los ejes de formación del IEMSDF, eje
crítico, eje científico y eje humanístico.
2. Aplicar la estrategia didáctica propuesta a estudiantes del IEMSDF.
3. Fomentar el aprendizaje colaborativo entre los estudiantes.
4. Introducir a los estudiantes en la cultura científica actual.
18
Se pretende que el trabajo aporte al profesorado del IEMSDF un nuevo enfoque, que tenga
en cuenta no sólo la estructura lógica de la física y el marco teórico del aprendizaje de la
misma, sino también los esquemas conceptuales iniciales y las dificultades de aprendizaje
de los alumnos de tal manera que brinde una alternativa para la construcción de los
conceptos en este tema, salvando la problemática de presentar los conceptos de la física
como un conocimiento acabado y abstracto y con el propósito de contribuir con
materiales didácticos que incidan en una mejora en la enseñanza y aprendizaje de la física
en éste nivel educativo.
Así mismo, se espera lograr un aprendizaje significativo el cuál se entiende como aquel
que se elabora de forma no arbitraria, de forma sustantiva y con incorporación no mecánica
de conocimientos en la estructura cognitiva en los alumnos y el incremento del interés y la
motivación por la física.
19
CAPÍTULO II. FUNDAMENTOS TEÓRICOS
II.1 Aprendizaje activo
El aprendizaje activo es aquel aprendizaje basado en el alumno, es decir, es un aprendizaje
que sólo puede adquirirse a través de la implicación, motivación, atención y trabajo
constante del alumno: el estudiante no constituye un agente pasivo, puesto que no se limita
a escuchar en clase, tomar notas y, muy ocasionalmente, plantear preguntas al profesor a lo
largo de la clase, sino que participa y se implica en la tarea, necesariamente, para poder
obtener los conocimientos o informaciones que se plantean como objetivos de la asignatura
(Bonwell, 1999; Benítez, 2010; García, 2009).
En otras palabras el aprendizaje activo es, simplemente, "aprender haciendo". El
aprendizaje activo se puede explicar mediante las siete características:
a. Aprendizaje activo es una aventura.
b. El aprendizaje activo es divertido y/o motivante.
c. El aprendizaje activo involucra a todos.
d. El aprendizaje activo se basa en el alumno, no en el maestro.
e. El aprendizaje activo es un proceso orientado.
f. El aprendizaje activo está enfocado a través de la participación.
g. El aprendizaje activo es relacional.
El método de aprendizaje activo ha mostrado considerablemente una mejoría en el
entendimiento de los conceptos físicos. Este método reproduce, además, el proceso
científico en el salón de clases o en el laboratorio y apoya el buen desarrollo de habilidades
de razonamiento en física, (Günter, 2008).
En la tabla I se dan algunas características comparativas entre el aprendizaje tradicional o
pasivo y el aprendizaje activo.
20
Tabla I
Ambientes de aprendizaje pasivo vs. aprendizaje activo
Aprendizaje pasivo Aprendizaje activo
Transmitir contenidos. Enseñar a aprender.
El profesor y/o los libros de texto son la
autoridad y la única fuente de
conocimiento.
El profesor y/o los libros de texto son una guía
en el proceso de aprendizaje. Las
observaciones del mundo físico real son la
autoridad.
Las concepciones de los estudiantes son
raramente analizadas y comprendidas.
El Aprendizaje Activo de la Física permite el
cambio conceptual a través del compromiso y
la participación.
Las asignaturas son el eje principal del
proceso enseñanza aprendizaje.
El alumno es el centro del proceso de
enseñanza-aprendizaje.
No existe un cambio conceptual de
forma abierta.
Se generan cambios conceptuales cuando los
estudiantes confrontan las diferencias entre
sus predicciones y lo observado.
Los estudiantes pueden nunca reconocer
las diferencias entre sus concepciones y
lo que se dijo en clase.
Los estudiantes reconocen las diferencias
entre sus ideas previas y lo observado.
El profesor construye el conocimiento
del alumno, asume la responsabilidad del
aprendizaje.
Los estudiantes construyen su propio
conocimiento y asumen la responsabilidad de
su aprendizaje.
No es posible el trabajo colaborativo. El trabajo colaborativo permite realizar el
análisis conceptual de forma cuidadosa.
Las lecturas presentan frecuentemente
preguntas de Física con una pequeña
referencia al experimento.
Los resultados experimentales reales son
entendibles de forma clara en diversas formas.
El trabajo de laboratorio, es utilizado
para confirmar las teorías leídas.
El trabajo de laboratorio se usa para aprender
conceptos básicos.
(Benítez y Mora, 2010)
II.2 ¿Qué es una estrategia de aprendizaje activo?
Se entiende por estrategia de aprendizaje activo aquella que propicia una actitud activa del
estudiante en clase, en contraposición con lo que ocurre en el método expositivo clásico, en
el que el alumno se limita a tomar notas de lo que ve en la pizarra (se dice que en una clase
expositiva la información pasa directamente de las notas del profesor a la libreta del
alumno, sin pasar por sus cabezas), (Silberman, 1998).
Existe una diversidad de metodologías para propiciar el aprendizaje activo de la física,
como pueden ser: el método de proyectos, el método de aprendizaje basado en problemas,
los métodos de enseñanza y aprendizaje mutuos, las demostraciones interactivas en el aula,
(Günter, 2008). Pueden mencionarse también los experimentos discrepantes (Barbosa,
2008), los tutoriales para física introductoria (Benegas, 2007), la investigación dirigida
(Guisasola, 2005), entre otras (Silberman, 1998).
21
II.3 El modelo tradicional y el aprendizaje activo
En muchas aulas el predominio del modelo “tradicional” y su dificultad para promover el
aprendizaje significativo tiene su fundamento en ciertas suposiciones inadecuadas del
docente al solo precisar las deficiencias de los estudiantes que enfrentan el aprendizaje de
las ciencias. Adicional a lo anterior, algunas de las situaciones que en ocasiones se le
plantean al estudiante chocan con sus pre-saberes (concepciones alternativas,
preconcepciones) (Colombo, 1990). De otra manera, muchas de estas situaciones físicas
resultan discrepantes para el estudiante (Barbosa, 2008); sin embargo, el factor mente del
sujeto que aprende, no juega un rol importante en el modelo de enseñanza “tradicional”.
Algunos estudios muestran que estas concepciones alternativas constituyen una red de
creencias, verdaderas teorías alternativas, que se contraponen a las estructuras científicas
aceptadas y que, por lo tanto, se constituyen en importantes barreras u obstáculos para el
aprendizaje. McDermott (1993) y DiSessa (1990) encuentran que estas estructuras de
conocimiento alternativas se conforman con débiles patrones de asociación, formando
estructuras difusas, a veces inclusive contradictorias entre sí y dependientes del contexto de
aplicación (Benegas, 2001).
Para poder abordar este problema desde una base científica, a partir del año 1980 se han
llevado a cabo estudios de concepciones alternativas y de dificultades características en la
mayoría de los temas importantes de la física (McDermott, 1999). En particular tenemos
los estudios sobre concepciones alternativas y dificultades de aprendizaje en electrostática
realizados por Furio y Guisasola (1999) y las concepciones alternativas sobre el campo
magnético estacionario realizado por Guisasola, et al. (2003) las cuales han sido tomadas
como base para el desarrollo de la propuesta de enseñanza activa en esta tesis.
Por otro lado, en su libro sobre enseñanza de la física, Arons (1990) escribió:“…debo
puntualizar ahora la siguiente verdad no deseada: tanto como rechacemos las
implicancias, la investigación (en aprendizaje de la física) está mostrando que la simple
exposición de ideas abstractas y desarrollos matemáticos (tan atractivos y lúcidos como
podamos hacerlos) a oyentes pasivos conduce a resultados patéticamente bajos de
aprendizaje y comprensión, excepto en aquel pequeño porcentaje de estudiantes
especialmente dotados para la disciplina…”.
Al respecto, McDermott (2001) expone seis generalizaciones en enseñanza aprendizaje que
sintetizan los resultados de estas investigaciones:
1. La facilidad para resolver problemas cuantitativos estándares no es un criterio adecuado
para evaluar el entendimiento práctico.
2. Frecuentemente las conexiones entre conceptos, representaciones formales y el mundo
real son inexistentes después de instrucción tradicional.
3. Ciertas concepciones erróneas no son superadas con una instrucción tradicional. El
acceder a niveles más avanzados de instrucción no necesariamente se incrementa el
nivel de entendimiento de los conceptos básicos.
4. La instrucción tradicional no promueve una estructura conceptual coherente.
5. El incremento en la capacidad de análisis y razonamiento no es el resultado de una
instrucción tradicional.
22
Para la mayoría de los estudiantes, la enseñanza basada en la exposición de contenidos es
un modo ineficiente de instrucción.
Para superar estos problemas los métodos de enseñanza activa ponen énfasis en el rol que el
estudiante debe tener en el proceso de construcción de su propio conocimiento. En esta
aproximación didáctica el docente se transforma en un guía que ofrece al estudiante
material científicamente desarrollado para que resuelva sus dificultades de aprendizaje.
Esto se hace teniendo en cuenta su situación inicial de conocimientos y diseñando, a partir
de allí, un camino por el cual resuelva las inconsistencias y contradicciones entre sus
creencias previas y el marco conceptual aceptado por los expertos de la disciplina.
En consonancia con las seis generalizaciones expuestas anteriormente respecto del
aprendizaje, McDermott (2001) resume las siguientes generalizaciones (basadas también en
la investigación en educación de la física) que debieran guiar el proceso de enseñanza:
1. Para evaluar el aprendizaje son esenciales preguntas que requieran de un razonamiento
cualitativo y de explicaciones verbales. Este tipo de preguntas constituyen a su vez una
estrategia efectiva para el aprendizaje.
2. Los estudiantes necesitan una práctica sostenida para interpretar el formalismo físico y
relacionarlo con el mundo real.
3. Dificultades conceptuales persistentes deben ser explícitamente atacadas en múltiples
contextos.
4. Los estudiantes deben participar en el proceso de construcción de modelos cualitativos
y en la aplicación de estos modelos para predecir y explicar los fenómenos del mundo
real.
5. El razonamiento científico debe ser expresamente cultivado.
6. Los estudiantes deben estar intelectualmente activos en el proceso de aprendizaje para
desarrollar una comprensión funcional.
Estas conclusiones y principios de acción se enmarcan en una visión de la investigación de
aprendizaje y enseñanza de la física que McDermott (2001) define como ciencia empírica
aplicada. Redish (1999), en su disertación de aceptación del Premio Millikan, otorgado por
la Asociación Americana de Profesores de Física, propone que para seguir avanzando las
investigaciones deben tener una base teórica que enmarque el trabajo de los distintos
grupos y permita, por acumulación, la existencia de una reconocida base de conocimiento
científico colectivo que caracterice a la enseñanza de la física como una ciencia y no como
un arte. En su propuesta estos principios son:
i) El principio constructivista. Los individuos construyen su conocimiento procesando la
información que ellos reciben construyendo patrones de asociación con sus conocimientos
previos.
ii) El principio contextual. Esta construcción individual depende del contexto, incluyendo
los estados mentales del individuo.
iii) El principio de cambio. Producir un cambio significativo en un patrón bien establecido
es muy difícil, pero puede ser facilitado por una variedad de mecanismos o metodologías
conocidas.
23
iv) El principio de la función de distribución. Los individuos muestran una limitada, pero
significativa variación en sus estilos de aprendizajes a lo largo de un número de
dimensiones.
v) El principio de aprendizaje social. Para la mayoría de los individuos el aprendizaje es
más efectivo a través de las interacciones sociales. El último principio está basado en que la
interacción entre pares actúa como herramienta de enorme valor pedagógico. Al discutir
con su compañero más cercano y/o en pequeños grupos, los estudiantes se ven forzados a
emitir sus razonamientos, los cuales son analizados críticamente por sus compañeros, y si la
explicación no es clara y aceptada, generalmente es reelaborada socialmente hasta lograr el
consenso necesario. Controlado por el profesor este mecanismo se ha probado que tiene una
enorme riqueza.
Estos cinco principios, basados en el constructivismo y en los trabajos de Vigotsky
(Gautreau, 1997) sobre la influencia del medio en el aprendizaje, son particularmente
difíciles de aceptar por la comunidad de físicos profesionales, que fueron educados de una
manera tradicional y que conforman esa ínfima minoría de la población que está
especialmente dotada para el estudio de la disciplina. Para este selecto grupo se ha
demostrado, además, que es más conveniente (y disfrutan de) el aprendizaje individual que
el colectivo.
Las experiencias y el marco teórico descrito anteriormente deberían ser básicos a la hora de
programar la enseñanza de un curso de física. No solamente guían en la selección de temas
y actividades, sino que también fijan el marco y las condiciones en que dos o más
metodologías específicas pueden ser utilizadas, complementaria y cooperativamente en un
curso dado. Bajo estas premisas del aprendizaje activo se están llevando adelante
modificaciones curriculares y metodológicas tanto a nivel universitario como de
bachillerato y secundaria (Benegas, 2001).
II.4 El diseño y construcción de prototipos
Monasterio (2001) señala que el desarrollo de actividades experimentales por medio de un
conjunto de experimentos elaborados con materiales caseros o de bajo costo, permite que
cada estudiante construya su propio material de experimentación. Aún, el carácter casero de
los instrumentos y aparatos que pudieran estropearse hace fácil su reposición por el bajo
costo y/o la fácil adquisición de los materiales. Aunado a esto, se reconoce la importancia
del paradigma de la enseñanza sustentada en constructos y procesos (Ausubel, 1982) según
el cual el conocimiento es “reconstruido”, reelaborado e incorporado a los esquemas
previos del sujeto cognoscente durante el proceso de aprendizaje.
Para desarrollar la didáctica, se emplea una heurística constructivista de los contenidos
procedimentales (Pro, 1998), es decir, los métodos y maneras que se utilizan para generar el
conocimiento declarativo-conceptual por el docente investigador en su trabajo de aula,
siguiendo una heurística bimodal, diseñada en concordancia con Gowin (1988). En ella, el
docente realiza el trabajo de aula empleando algunas experiencias y prototipos, a la par que
asigna otro prototipo experimental, y/o experiencias semejantes como proyecto de
investigación a los estudiantes, cuya construcción y ejecución realizaran los estudiantes,
trabajando en equipo fuera del aula como asignación para la creatividad y reforzamiento del
aprendizaje. Las discusiones y explicaciones de los fundamentos físicos y constructos de
24
las teorías físicas, que el docente realiza en clase, debería servir entonces como motivador
para el establecimiento de inferencias y coadyuvar a la comprensión de las conjeturas y
observaciones de los estudiantes en la ejecución de su proyecto particular.
Durante la ejecución de las clases siguientes, el docente-facilitador mostrará ejercitaciones
simbólicas-matemáticas de las leyes y situaciones físicas de las experiencias de aula y
sugerirá como efectuar operaciones físico-matemáticas, que permitan modelar el proyecto
particular que los estudiantes desarrollan paralelamente como trabajo de investigación fuera
del aula. Al final del tópico explorado, los estudiantes muestran y discuten su trabajo de
investigación asignado, y el docente-facilitador discute las implicaciones para organizar el
contexto y procurar la interiorización del aprendizaje significativo (Pérez, 2008).
Los prototipos realizados por los estudiantes quedan ya elaborados y validados en
pertinencia y eficacia, de los cuales el docente puede valorar a través de los resultados
estadísticos del aprovechamiento de los contenidos, demostrados en los momentos de
evaluación previamente asignados. Además, los prototipos realizados por los estudiantes
fuera o dentro del aula, pueden emplearse como recurso didáctico para nuevos temas y
cursos posteriores. En concordancia, Falcón (1989) menciona que la metodología centrada
en la enseñanza por descubrimiento y basada en el uso de prototipos experimentales
empleando materiales de fácil consecución (Figura 1), tiene la virtud adicional de producir
al final del proceso nuevos prototipos que sirven al instructor para futuras demostraciones
experimentales en el aula de forma didáctica y recreativa, especificando los contenidos,
definiciones y actividades de aula que pueden efectuarse con determinados modelos (Pérez,
2009).
25
Motivación
Inferencia
Refuerzo
Interiorización
Figura 1. Falcón (1989). Esquema metodológico de la
enseñanza por descubrimiento basado en prototipos
experimentales.
En ese orden de ideas, en el diseño de prototipos experimentales de bajo costo o de fácil
adquisición, particularmente para el contenido del campo eléctrico y magnético
estacionario, se propone la aplicación de un manual para el empleo eficaz de los diseños
por los docentes y estudiantes.
Instrucciones
para prototipos
Experimento de
demostración
Realiza los
experimentos
Exposición del
docente
Conjetura y
explica sus
observaciones
Realiza
ejemplos y
asignación de ejercicios
Calcula
modela y
aplica
Concluye Organiza el
contexto
Sintetiza
Construye el
prototipo
Prototipo para futuras
demostraciones
26
CAPÍTULO III. DISEÑO EXPERIMENTAL
III.1 Contexto de la investigación
La investigación realizada reportada en este trabajo de tesis se desarrolló en el Instituto de
Educación Media Superior del Distrito Federal, en donde el ingreso de los estudiantes a
este Instituto, sólo depende del azar, es decir, no hay una examen de admisión que limite su
entrada, simplemente se registran, posteriormente se realiza un sorteo y se establece el
ingreso de acuerdo al cupo de cada plantel. Cada plantel tiene un ingreso de 300
estudiantes por año aproximadamente. Existen 20 planteles en el D.F., los cuales
dependen de la Secretaría de Educación para dar validez oficial a los estudios. La mayoría
de los estudiantes que ingresan tiene una edad que está entre los 16 y 18 años y que han
estado marginados de la educación. En muchos casos no han sido aceptados en otras
instituciones por su promedio menor a 7 de 10, o no han tenido éxito en pasar el examen de
admisión en otras instituciones. La mayoría proviene de familias de bajos recursos, y en
algunos casos, desintegradas, pero en general carecen de habilidades de lectura, de
escritura, de razonamiento lógico, presentan una marcada falta de motivación hacia el
estudio y no tienen tampoco, en muchos de los casos, habilidades en las operaciones
básicas de la aritmética. En algunos casos se encuentra que han sido expulsados de otras
instituciones, lo que constituye un reto adicional, sobre todo porque tampoco tienen interés
en el estudio IEMSDF (SBGDF, 2006), (www.iems.df.gob.mx).
III.2 Muestra
Particularmente se trabajó en el Plantel Iztacalco “Felipe Carrillo Puerto” con cinco grupos
designados como 204, 206, 208, 209 y 210. Los grupos 204 y 206 tienen un total de 31
estudiantes y fueron seleccionados como grupo experimental y recibieron una instrucción
de los temas utilizando aprendizaje activo basado en la construcción de prototipos y fue
dirigido por el autor de esta tesis. Los grupos 208, 209 y 210, lo integraron un total de 30
estudiantes y fueron considerados como grupos de control recibiendo una instrucción
tradicional y fueron dirigidos por otro docente de este plantel. El trabajo se realizó en la
asignatura de Física II y se llevó a cabo en los espacios del aula, laboratorio, biblioteca y
audiovisual durante el semestre 2011-2012/B, siendo el supervisor del proceso el autor de
esta tesis.
Cabe mencionar que la asignatura de Física II se ubica en el segundo semestre del plan de
estudio del IEMSDF y tiene como contenidos programático electromagnetismo y mecánica
los que están orientados a fomentar una formación crítica científica y humanística, ejes de
formación del plan de estudio del IEMSDF (SBGDF, 2005). El estudio se centró en el
aprendizaje del campo eléctrico y magnético estacionario por ser conceptos fundamentales
para el aprendizaje del electromagnetismo.
Los estudiantes del grupo experimental trabajaron desarrollando un programa estándar de
estudio sobre el campo eléctrico y magnético estacionario dirigidos por el autor de la tesis y
utilizando un manual de construcción didáctico como instrumento de validación de sus
hipótesis y propuesto por el autor de la tesis. Por otra parte, los estudiantes del grupo de
control estuvieron a cargo de otro profesor y trabajaron desarrollando el mismo programa
27
estándar de estudio pero utilizando recursos tradicionales, tales como clases expositivas
tradicionales, libro de texto y montajes de laboratorio. Antes y después de cada serie de
actividades de investigación referentes a un determinado núcleo temático, el alumnado
complementa un test conceptual y al final de la instrucción un test actitudinal.
Además se eligieron 4 profesores de Física del IEMSDF especialistas en su área (Físicos)
con una experiencia mínima de 10 años para obtener una encuesta de opinión sobre los
prototipos propuestos para el trabajo en el aula con el propósito de tener una opinión sobre
la pertinencia y efectividad de los prototipos propuestos.
III.3 Variables
A continuación se muestran las variables consideradas en esta investigación y se relaciona
las referencias bibliográficas que, en su caso, han servido de punto de partida para su
operatividad. Con ellas, se pretende seleccionar las variables que, a partir de la revisión
teórica efectuada en el capítulo 1 y de experiencias previas, pueden resultar relevantes a los
efectos de contrastar las hipótesis de la investigación y responder a los objetivos planteados
en la misma
Variables independientes
1. Conocimiento conceptual: obtenido a partir del test sobre conceptos de campo
eléctrico y magnético estacionario. Además informa de las ideas previas mantenidas por
el alumno (Furió, 1999; Furio, 2001; Guisasola, 2003; Guisasola, 2005).
2. Actitud hacia la ciencia: obtenida a partir de un cuestionario con diversas sentencias
en relación con los contenidos que se han trabajado, la forma de trabajo en el aula y la
satisfacción global con la enseñanza-aprendizaje de la asignatura (Guisasola, 2005).
3. Variable dicotómica sobre la realización del pre-test: permite averiguar si el hecho
de que un alumno responda a un pre-test influye en el desarrollo de las actividades
realizadas con los prototipos propuestos y/o en las respuestas al post-test.
4. Encuesta de opinión sobre los prototipos propuestos: obtenido por el método de
juicio Test de Likert (Pérez, 2009). Busca obtener una idea sobre la pertinencia de los
prototipos propuestos.
Variables dependientes
En este caso se recoge la información sobre el nivel de aprendizaje conceptual
alcanzado por el alumno, y de su evolución, como consecuencia de las distintas
actuaciones instructivas diseñadas al efecto:
1. Puntuación del pos test conceptual
2. Puntuación del post pos test conceptual.
3. Puntuación del pos test de actitud hacia la ciencia.
4. Variación de puntuación entre pre test y pos test conceptuales.
5. Variación de puntuación entre pre test y pos test de actitud hacia la ciencia.
6. Variación de puntuación entre pre test y pos-pos test de conceptos
III.4 Instrumentos de medida
En este apartado, se relacionan y se describen brevemente cada uno de los instrumentos de
28
medida aplicados en la investigación.
1. Test conceptual validado por (Furió, 1999; Furio 2001; Guisasola, 2003; Guisasola,
2005): consiste en una serie de 20 ítems que son cuestiones abiertas que permiten
explicitar las ideas previas de los alumnos y el grado de comprensión de los
conceptos. Los ítem del 1 al 10 corresponden a conceptos del campo eléctrico
estacionario y los ítems correspondientes del 11 al 20 a conceptos del campo
magnético estacionario, (ver anexo 1). En la puntuación de los test sólo influyen los
ítems respondidos correctamente, valorándose cada uno de ellos con un punto.
2. El test conceptual y el programa guía tratan de evaluar la posible mejora del
aprendizaje en los aspectos conceptuales y metodológicos. Sin embargo, otro de los
aspectos en los que incide la construcción de prototipos es el actitudinal, que intenta
favorecer una actitud positiva hacia la física y su aprendizaje. En consecuencia, se
ha considerado un test que consiste en una serie de sentencias en relación con los
contenidos que se han trabajado, la forma de trabajar en el aula y la satisfacción
global con la enseñanza-aprendizaje de la asignatura. Los estudiantes deben elegir
en una escala Likert, adaptada a una valoración más interiorizada por ellos, que va
de 0 a 10, según su acuerdo o desacuerdo con la sentencia del cuestionario (ver
anexo 2), validado por (Guisasola, 2005).
3. La encuesta de opinión para los prototipos propuestos consiste en una escala Likert
elaborado y validado por Pérez y Falcón, (Pérez, 2009). Se utiliza para obtener una
idea de la eficacia, versatilidad, didáctica, originalidad, facilidad en la obtención de
los materiales empleados, facilidad en la construcción, facilidad de manipulación,
transporte y estética. Este es respondido por especialistas en el área, físicos, que son
profesores de física con más de 10 años de experiencia en el IEMSDF (ver anexo
3).
4. Lista de control de asistencia y evaluación de la actividades realizadas por los
estudiantes de la asignatura.
29
CAPÍTULO IV. METODOLOGÍA
IV.1 El currículum y los ejes de formación
Averiguar el nivel de aprendizaje que tienen los estudiantes respecto del concepto de
campo eléctrico y magnético estacionario requiere explicitar, en primer lugar, de manera
sintética cuáles son los conocimientos conceptuales (ideas y relaciones entre ellas) y
procedimentales básicos que, a juicio de un currículo estándar, conformarían un esquema
interpretativo de estos concepto en los problemas de aprendizaje y, en segundo lugar,
seleccionar aquellos objetivos que, traducidos en preguntas, permitan averiguar cómo
piensan los estudiantes. En este último dominio conviene tener muy presente las
dificultades de aprendizaje que se van a presentar así como la ausencia de los prerrequisitos
conceptuales y procedimentales necesarios para la construcción de un esquema
interpretativo de la teoría de campo. En base a estas consideraciones los contenidos
temáticos para el aprendizaje del campo eléctrico y magnético estacionario que ha servido
para el diseño y la construcción de los prototipos se presenta en el cuadro I (Guisasola,
2005).
CUADRO I
Programa para la iniciación de la electricidad y el magnetismo en el nivel medio
superior.
ELECTRICIDAD
Introducción
¿Por qué es útil el estudio de la electricidad y cómo sabemos que la materia es eléctrica?
¿Por qué puede ser útil comenzar el estudio de la electricidad a partir del comportamiento
de las cargas en reposo?
Nuevas fuerzas invisibles de extraordinario poder
1) Naturaleza eléctrica de la materia
2) Estudio cuantitativo de las fuerzas entre cargas eléctricas en reposo
3) Nuevos interrogantes que plantean los conocimientos eléctricos alcanzados.
Segunda parte: Hacia una interpretación general de las interacciones eléctricas, el
campo eléctrico.
4) El campo eléctrico. ¿Por qué es necesario introducir el campo eléctrico como nueva
magnitud?
5) Problemas prácticos que puede resolver el concepto de campo eléctrico
6) Una interpretación energética del campo eléctrico
7) Nuevos interrogantes que plantean los conocimientos alcanzados y que darán lugar a
nuevos estudios.
30
MAGNETISMO
Introducción
¿Qué interés puede tener el estudio de los fenómenos magnéticos?
¿Cómo detectar un campo magnético?
Fenómenos magnéticos
1. Imanes e interacción magnética
2. ¿Existen otras fuentes del campo magnético estacionario distintas a los imanes?
3. Campo magnético creado por diferentes configuraciones de corriente.
4. ¿Cómo explicar la unicidad de las fuentes del campo magnético estacionario? Modelo
magnético de la materia: modelo de Ampere. Limitaciones del modelo de Ampere. Otros
modelos posteriores.
5. Problemas prácticos que puede resolver el conocimiento de los fenómenos magnéticos.
IV.2 Metodología para la selección de prototipo de física
La metodología de aprendizaje que se aplica en esta investigación asume la necesidad de
conceder un papel activo para el alumnado, mediante la realización de pequeños trabajos de
investigación sobre situaciones problemáticas abiertas, bajo la dirección y asesoramiento
del docente y utilizando como estrategia didáctica la construcción de los prototipos
experimentales propuestos para el campo eléctrico y magnético estacionario con sus
respectivas secuencias didácticas (Anexo 4).
La metodología del proyecto de diseño y construcción de prototipos para la didáctica de
campo eléctrico y magnético estacionario, consistió de tres etapas: (I) diseño del prototipo y
manual del docente, (II) encuesta de opinión sobre el prototipo propuesto para tener una
idea de la pertinencia del prototipo y (III) empleo del prototipo en el aula.
En la etapa (I) se seleccionan los conceptos y constructos teóricos relevantes de acuerdo al
contenido programático para el campo eléctrico y magnético estacionario propuesto en la
sección anterior en forma secuencial creciente de complejidad; se idean o proponen
experiencias experimentales y/o prototipos experimentales que evidencien los fenómenos y
conceptos del campo eléctrico y magnético estacionario. De las posibles experiencias se
toman aquellas en que su diseño y construcción sean posibles con materiales de fácil
adquisición, preferentemente de uso cotidiano y/o de bajo costo, de tal manera que, incluso,
puedan elaborarse en casa por los estudiantes con un mínimo de instrucciones y
asesoramiento del docente. En esta primera etapa es importante tomar en cuenta los
preconceptos de los estudiantes para tener una mejor incidencia en el aprendizaje de los
conceptos del campo eléctrico y magnético estacionario, los cuales se explican en la
sección siguiente IV.3.
Para tener una idea de la pertinencia del prototipo de un determinado fenómeno, se
procedió a la valoración del prototipo (etapa II) mediante una encuesta de opinión que fue
contestada por 4 profesores del IEMDF especialistas en el área de conocimiento
(Licienciados en Física y la mayoría con Maestría en Ciencias) con un mínimo de 10 años
de experiencia docente. La encuesta de opinión está estructurada en dos partes, la primera
parte consiste en preguntas relacionadas con el prototipo referente a la versatilidad,
eficacia, didáctica, estética y otras. En la segunda parte se encuentran las preguntas
31
relacionadas con el manual de especificaciones en cuanto al propósito, croquis, detalles de
construcción, actividades y preguntas sugeridas. La pertinencia de dicho trabajo de
investigación, consiste en que cada docente dio su opinión que tanto el manual de uso cómo
el prototipo modelado se pueden utilizar como un recurso para el aprendizaje del campo
eléctrico y magnético estacionario, ya sea como demostración en el aula o como
complemento en las actividades de laboratorio.
Finalmente, en la etapa (III) se emplea en el ejercicio docente del aula; allí la metodología
de investigación cualitativa y de observador participante es fundamental para realizar
ajustes al diseño y estrategia de instrucción, en el empleo de cada prototipo particular, con
el fin de mejorar su implantación.
En la estrategia didáctica se emplea una heurística constructivista de los contenidos
procedimentales, es decir, los métodos y maneras que se utilizan para generar el
conocimiento declarativo-conceptual por el docente-investigador en su trabajo de aula,
siguiendo el esquema metodológico de la Enseñanza por Descubrimiento basada en el uso
de Prototipos Experimentales de fácil consecución de Falcón (1989), que se explica en el
capítulo II. En ella, el docente realiza el trabajo de aula empleando algunas experiencias y
prototipos, a la par que asigna otro prototipo experimental, y/o experiencias semejantes
como proyecto de investigación a los alumnos, cuya construcción y ejecución realizaran los
estudiantes, trabajando en equipo fuera del aula como asignación para la creatividad y
reforzamiento del aprendizaje. Las discusiones y explicaciones de los fundamentos físicos y
constructos de las teorías físicas, que el docente realiza en clase, debería servir entonces
como motivador para el establecimiento de inferencias y coadyuvar a la comprensión de las
conjeturas y observaciones de los estudiantes en la ejecución de su proyecto particular.
Durante la ejecución de las clases siguientes, el docente mostrará ejercitaciones simbólicas-
matemáticas de las leyes y situaciones físicas de las experiencias de aula y sugerirá como
efectuar operaciones físico-matemáticas, que permitan modelar el proyecto particular que
los estudiantes desarrollan paralelamente como trabajo de investigación fuera y dentro del
aula. Al final del tópico explorado, los estudiantes muestran y discuten su trabajo de
investigación asignado, y el docente discute las implicaciones para organizar el contexto y
procurar la interiorización del aprendizaje significativo.
IV.3 Estrategia de elección de preguntas para las secuencias didácticas
Para la elección y diseño de preguntas del campo eléctrico estacionario se han tomado
como base las investigaciones realizadas sobre las dificultades de aprendizaje y
concepciones alternativas de los conceptos de carga y de campo eléctrico (Furio, 1998) y la
enseñanza del concepto de campo eléctrico (Furio, 2001). En la elección y diseño de
preguntas del campo magnético estacionario se han considerado las investigaciones sobre
concepciones alternativas y dificultades de aprendizaje del campo magnético estacionario
(Guisasola, 2003) y campo magnético: diseño y evaluación de estrategias de enseñanza
(Guisasola, 2005). Las que han sido de interés para este trabajo y que están relacionadas
con las dificultades de aprendizaje del campo eléctrico y magnético estacionario se
muestra en el cuadro II.
32
CUADRO II
Dificultades de aprendizaje en la interpretación de las interacciones eléctricas y
magnéticas.
CAMPO ELÉCTRICO ESTACIONARIO
Ítems del 1 al 10 del test
1) La interacción eléctrica es una interacción entre cargas, siendo el campo eléctrico el
vehículo de esa interacción.
2) Ontológica: Comprensión cualitativa del campo eléctrico. Pensar que la perturbación en
un punto del espacio sólo existe cuando está «visible» allí la carga testigo.
3) Conceptual: Confusión entre la intensidad de campo y la fuerza eléctrica.
4) Procedimental: Caer en el puro operativismo. No tener en cuenta el carácter vectorial
del campo eléctrico E.
5) Caer en un operativismo del concepto de flujo y en dar un sentido «real» a las líneas de
campo.
6) Fijación funcional del modelo de «acción a distancia».
CAMPO MAGNÉTICO ESTACIONARIO
Ítems del 11 al 20 del test
7) No identifican correctamente las fuentes de dicho campo.
8) Así mismo, aunque la gran mayoría de los estudiantes reconoce que el imán es fuente
del campo magnético, no sabe justificarlo de forma coherente con el marco teórico de la
física, no relacionando el comportamiento de un imán con el movimiento de cargas a nivel
microscópico.
9) En relación con lo anterior, no llegan a establecer una relación de equivalencia, en el
ámbito del electromagnetismo, entre una espira de corriente y un imán.
10) Por otro lado, al no establecer con precisión las fuentes del campo magnético
estacionario, no reconocen que dicho campo sólo actúa sobre su propia fuente; por lo tanto
no comprenden que dicho campo actúa sólo sobre cargas en movimiento.
11) Muchos de los estudiantes no comprenden la diferencia entre el campo electrostático
y el campo magnético estacionario, fundamentalmente en lo que se refiere a sus efectos;
así, por ejemplo, atribuyen efectos eléctricos a campos magnéticos.
12) Los estudiantes encuentran graves dificultades a la hora de establecer una relación
cuantitativa entre el comportamiento del campo magnético a lo largo de una línea cerrada
y la cantidad de corriente (fuente de dicho campo) que atraviesa la región limitada por la
citada trayectoria.
13) Incluso, desde el punto de vista operativo, no manejan eficaz y comprensivamente las
expresiones matemáticas correspondientes a la fuerza y el campo magnéticos.
En base a estas dificultades de aprendizaje se han propuesto una serie de actividades y
preguntas sugeridas que acompaña la secuencia didáctica con prototipos y que busca
enfrentar dichas dificultades de aprendizaje con el propósito de que el aprendizaje sea
significativo para los estudiantes (Anexo 4).
33
IV.4 Metodología de trabajo para los grupos experimentales
Para el trabajo en el aula en los grupos experimentales se utilizó la metodología propuesta
por (Barrera, 2009) el cual es un trabajo realizado con implementaciones en el IEMDDF.
Aquí los estudiantes son guiados para que construyan sus conocimientos sobre los
conceptos a través de la observación directa de los fenómenos en estudio utilizando los
prototipos propuestos, los cuales fueron diseñados considerando el programa de estudio
estándar que se da en la sección IV.1 y que incluye las dificultades de aprendizaje
consideradas en la sección IV.3 de este capítulo. Se hace uso de un ciclo de aprendizaje que
es guiado y que incluye:
6. Las predicciones hechas por los estudiantes, después de alguna pregunta generadora
sobre un fenómeno físico, o por la presentación de algún fenómeno físico pidiendo
que expliquen por qué sucede.
7. Las pequeñas discusiones en grupo.
8. Las observaciones o mediciones necesarias.
9. La comparación de los resultados observados u obtenidos con las predicciones.
10. El establecimiento de conceptos aceptados por la comunidad científica.
11. La lectura adecuada de apoyo para los temas de enseñanza.
De acuerdo a la perspectiva expuesta, la metodología utilizada en el aula estuvo
encaminada a conseguir que los alumnos:
7. Pusieran en práctica sus ideas.
8. Confrontaran estas ideas con sus compañeros.
9. Emitieran hipótesis acerca del comportamiento de determinados sistemas físicos
estudiados.
10. Contrastaran sus hipótesis con los resultados aportados por la experimentación y el
profesor.
11. Aplicaran las nuevas ideas a otras situaciones de la vida real.
En vista de todo lo anterior, el docente dejó de ser un mero transmisor de información, para
asumir otros roles coherentes con el nuevo enfoque metodológico. Entre las cuales cabe
destacar (Barrera, 209):
1. El profesor como motivador: se hizo explícito a los estudiantes qué se pretende
con el tema o la actividad a realizar, se alentó a los estudiantes a que se hicieran
preguntas a sí mismos y a los demás, buscando siempre el por qué de las cosas y se
les animó para que asumieran la responsabilidad de su propio aprendizaje.
2. El profesor como guía: los estudiantes necesitaron orientación para vincular
adecuadamente sus experiencias y sus ideas con los nuevos conceptos que se
estuvieron estudiando y para generar vínculos que hicieran significativa la nueva
información para el aprendizaje. Esta guía, necesaria para que los estudiantes
aprendieran, requirió un trabajo activo por parte del profesor, que interaccionó
continuamente con los estudiantes, ofreciendo una y otra vez argumentos a favor y
en contra de una idea o concepto. Afortunadamente esto es posible en este modelo
educativo donde se realizó el estudio y la práctica docente ya que se cuenta con
asesorías asignadas y programadas a los estudiantes en el transcurso de la semana.
3. El profesor como innovador-investigador: posiblemente ésta fue la más
desafiante de las nuevas tareas del docente, para la cual fue imprescindible estar en
contacto con otros docentes y conocer las opiniones, sugerencias y propuestas
34
dentro del campo en que se estuvo trabajando.
Dentro del modelo que se describió, un paso fundamental fue diseñar formas de cambiar o
de hacer evolucionar los esquemas previos hacia los aceptados hoy en día por la comunidad
científica, además de incidir en la motivación de los estudiantes.
En el plano pedagógico, motivación significa proporcionar o fomentar motivos, es decir,
estimular la voluntad de aprender. El papel que se asumió en el ámbito de la motivación se
centró en inducir motivos en los estudiantes en lo que respecta a sus aprendizajes y
comportamientos para aplicarlos de manera voluntaria a los trabajos de clase, dando
significado a las tareas escolares y proveyéndolas de un fin determinado, de manera tal que
los alumnos desarrollaran un gusto por la física y comprendieran su utilidad personal y
social.
De esta manera, la motivación se hizo presente en el aula mediante muy diversos aspectos
(Barrera, 2009):
1. El lenguaje y los patrones de interacción entre profesor y alumnos
2. La organización de las actividades académicas
3. El manejo de los contenidos y las tareas
4. Los recursos y apoyos didácticos
5. Las recompensas y la forma de evaluar
Debe suponerse que los estudiantes y el profesor deben comprender que existe
interdependencia entre los siguientes factores (Barrera, 2009):
1. Las características y demandas de la tarea o actividad escolar
2. Las metas o propósitos que se establecen para tal actividad
3. El fin que se busca con su realización
Así, los propósitos en los que se trabajó mediante el manejo de la motivación escolar
fueron:
1. Despertar el interés en los estudiantes y dirigir su atención
2. Estimular el deseo de aprender que conduce al esfuerzo y la constancia
3. Dirigir estos intereses y esfuerzos hacia el logro de los fines apropiados y la
realización de propósitos y objetivos definidos.
El papel de la motivación en el logro del aprendizaje significativo se relaciona con la
necesidad de fomentar en el estudiante el interés y el esfuerzo necesarios para desarrollar el
proceso con responsabilidad.
Se ha visto durante tantos años que una enseñanza enfocada a la exposición-recepción de
contenidos inertes conduce a los estudiantes al aburrimiento y la pasividad (Barrera, 2009).
El aprendizaje es una práctica constructiva, propositiva, intencional, activa y consciente que
incluye actividades recíprocas que implican intención-acción-reflexión.
IV.5 Metodología de trabajo en el aula
Con el propósito de poder contrastar las hipótesis se consideraron dos grupos
experimentales 204 y 206 con un total de 31 estudiantes a los que el autor de esta tesis les
35
aplicó la estrategia de construcción de prototipos siguiendo la metodología descrita en la
sección IV.4 y tres grupos de control 208, 209, 210 con un total de 30 estudiantes los
cuales fueron atendidos por otro profesor del mismo plantel, en este caso se siguió una
enseñanza que consistió en exposiciones de los temas por el docente en el pizarrón y el
trabajo en el laboratorio que incluyó prácticas propuestas por el mismo docente y que
también fue basado en el mismo programa estándar.
IV.6 Características de los instrumentos de recolección de datos
De acuerdo con el modelo de enseñanza-aprendizaje expuesto, el aprendizaje logrado por
los estudiantes no puede mostrarse únicamente a través del mejor aprendizaje de los
contenidos conceptuales (Furio, 2001). En efecto, el aprendizaje de los estudiantes será
significativo en la medida que su forma de identificar y analizar contextos donde se aplican
determinados conceptos se aproxime a la de los científicos. Por lo tanto, para mostrar la
plausibilidad y posibilidades de la enseñanza realizada se constatan, al mismo tiempo, las
mejoras en los contenidos conceptuales y metodológicos mediante la aplicación de un test
que consiste de 20 ítems que se presenta en el Anexo 1 que recogen los objetivos de
aprendizaje propuestos en los tema de campo eléctrico estacionario (ítem del 1al 10) (Furió,
1999; Furio, 2001), y campo magnético estacionario (ítem del 11 al 20), (Guisasola,
Almudi, 2003; Guisasola, 2005) los cuales consideran las dificultades de aprendizaje de
estos tema y que además informa de las ideas previas mantenidas por el alumno
El cuestionario para el campo eléctrico estacionario se pasó a los estudiantes antes de
iniciar el curso pretest y 5 semanas después de impartirse el tema en situación de examen
como postest y dos semanas después de haber terminado la instrucción para este tema se
volvió a aplicar como post-postest. Una vez finalizado el tema anterior se aplicó el
cuestionario para el campo magnético estacionario: pretest y 5 semanas después de
impartirse el tema del campo magnético estacionario se aplicó en situación de examen
como postest y, finalmente, dos semanas después de haber terminado la instrucción para el
tema del campo magnético se volvió a aplicar como post-postest.
Otro de los aspectos en los que incide la propuesta basada en la construcción de prototipos
es el actitudinal, que intenta favorecer una actitud positiva hacia la Física y su aprendizaje.
En consecuencia, se ha tomado un segundo test que consiste en un cuestionario con
diversas sentencias en relación con los contenidos que se han trabajado, la forma de trabajar
en el aula y la satisfacción global con la enseñanza-aprendizaje de la asignatura. Los
estudiantes deben elegir en una escala Likert, adaptada a una valoración más interiorizada
por ellos, que va de 0 a 10, según su acuerdo o su desacuerdo con las sentencias del
cuestionario (Anexo 2), (Guisasola, 2005). Este test se aplicó al grupo experimental antes
de iniciar el tema y después de finalizar las lecciones correspondientes a los temas de
campo eléctrico y magnético estacionario. En el grupo de control se aplicó sólo al finalizar
la instrucción.
Finalmente para tener idea de la pertinencia de los prototipos propuestos en relación con
los temas de campo eléctrico y magnético estacionario se utilizó una encuesta de opinión
que consiste en un Test de Likert (Anexo 3), (Pérez, 2009). La encuesta se aplicó a cuatro
profesores de Física del IEMSDF de diferentes planteles que son físicos y que tienen como
mínimo 10 años de experiencia como docentes antes de iniciar la instrucción con el
36
propósito de recabar las observaciones, sugerencias y propuestas para la mejora de los
prototipos.
IV.7 Ganancia de Hake
Para lograr una medición de la ganancia conceptual, primero se debe tener una medida
estandarizada del entendimiento conceptual de los estudiantes alrededor del material
educativo evaluando los resultados de exámenes resueltos antes y después de la instrucción;
posteriormente, se valoran los resultados con la ganancia normalizada, ésta permite medir
y comparar la ganancia conceptual desarrollada entre cursos de una misma índole; o bien,
comparar entre cursos desarrollados con enseñanza tradicional y los métodos de enseñanza
interactivos usados en las escuelas. Es importante mencionar que los estudiantes que
ingresan en el nivel medio superior tienen diversos niveles en el conocimiento de la Física,
ésta forma de evaluar permite una comparación real entre ellos. Los resultados de las dos
evaluaciones (pre y postest) se reportan como un número llamado ganancia normalizada
que es la razón del aumento entre el pretest aplicado al inicio del curso y el postest aplicado
al final del mismo, con respecto al máximo aumento posible, tiene valores que cubren el
intervalo de [0,1]. De acuerdo con Hake (1998), la ganancia 𝑔 está dada por:
𝑔 = 𝑝𝑜𝑠𝑡𝑒𝑠𝑡%−𝑝𝑟𝑒𝑡𝑒𝑠𝑡%
100%−𝑝𝑟𝑒𝑡𝑒𝑠𝑡% (1)
donde:
pretest% = porcentaje de respuestas correctas del pretest,
postest% = porcentaje de respuestas correctas del postest.
.
La ganancia normalizada promedio 𝑔 del grupo se calcula determinando la ganancia para
cada alumno y evaluando el promedio
𝑔 = 1
𝑛∑ 𝑔𝑖
𝑛𝑖=1 (2)
donde:
𝑛 = es el número de estudiantes que resuelven el prtest y el postest y la sumatoria se efectúa
sobre los 𝑛 estudiantes. Se obtiene así el aumento real llamado ganancia normalizada
promedio para el grupo.
Hake (1998), define para propósitos de interpretación y análisis de resultados, tres
categorías para la ganancia:
𝑔 baja para resultados con 𝑔 < 0.3
𝑔 media para resultados con 0.3 ≤ 𝑔 < 0.7
𝑔 alta para resultados 𝑔 ≥ 0.7
IV.8 La distribución t de Student
Es una prueba estadística paramétrica de significación de contraste de hipótesis que permite
evaluar si dos grupos de datos difieren entre sí de manera significativa respecto a sus
37
medias comparadas en dos momentos diferentes con los resultados de un pretes y un
postest. Esta se utiliza generalmente para muestras pequeñas.
El contraste de hipótesis es entre una hipótesis nula que sostiene que la aplicación de un
estímulo experimental no produce ningún efecto en los grupos considerados con una
hipótesis alternativa o de investigación que sostiene que los grupos de datos difieren de
manera significativa entre sí cuando a uno se les aplica un estímulo experimental. Si la
hipótesis nula es cierta, el conjunto completo de observaciones puede explicarse como una
muestra aleatoria de una sola población común, y por tanto las medias son iguales. En
contraste, con la hipótesis alternativa las distribuciones de las que se extraen las dos
muestras, poseen distintas localizaciones y por tanto las medias son diferentes.
A partir de la t de Student, se obtiene el nivel de significación mediante tablas. Este es
determinante ya que representa la probabilidad de que una discrepancia entre los valores de
las medias obtenidas en los resultados pueda ocurrir al azar, en otras palabras, indica la
probabilidad de equivocarse en el experimento. Cundo el nivel de significación es
suficientemente pequeño se rechaza la hipótesis nula y se afirma que se ha obtenido una
diferencia estadísticamente significativa entre las medias sustentándose así la hipótesis
alternativa. El valor del nivel de significación para realizar generalizaciones debe ser de
0.05 o menor, lo que implica el 5% de error. Este valor es suficientemente pequeño de tal
manera que nos permite rechazar la hipótesis nula y considerar que la diferencia entre las
medias es estadísticamente significativa y así sustentar la hipótesis alternativa (Box, 2002).
Operacionalmente la t de Student está dada por:
𝑡 = (�̅�𝐵 − �̅�𝐴)− (𝐵− 𝐴 )
𝑠 √1
𝑛𝐴+
1
𝑛𝐵
(3)
donde:
�̅�𝐴 = ∑𝑦𝐴
𝑛𝐴 es la media muestral de los resultados de un primer experimento
A,
�̅�𝐵 = ∑𝑦𝐵
𝑛𝐵 es la media muestral de un segundo experimento B,
𝐵 ,
𝐴 son las medias de la población,
𝑠𝐴2 = ∑𝑦𝐴
2 − [(∑𝑦𝐴)2
𝑛𝐴] es la varianza muestral para A,
𝑠𝐵2 = ∑𝑦𝐵
2 − [(∑𝑦𝐵)2
𝑛𝐵] es la varianza muestral para B,
𝜈𝐴 = 𝑛𝐴 − 1 son los grados de libertad de A,
38
𝜈𝐵 = 𝑛𝐵 − 1 son los grados de libertad de B,
𝑛𝐴, 𝑛𝐵 son los tamaños de las muestras de A y B.
𝑠2 = 𝜈𝐴𝑠𝐴
2+𝜈𝐵𝑠𝐵2
𝜈𝐴+𝜈𝐵 es la estimación conjunta de la varianza muestral,
𝑠 = √𝜈𝐴𝑠𝐴
2+𝜈𝐵𝑠𝐵2
𝜈𝐴+𝜈𝐵 es la desviación típica muestral conjunta,
Para la hipótesis nula 𝑡0 = (�̅�𝐵 − �̅�𝐴)−(
𝐵−
𝐴)0
𝑠 √1
𝑛𝐴+
1
𝑛𝐵
,
(𝐵
− 𝐴)0 = 0, así que Pr = (𝑡 > 𝑡0) = 1 − Pr(𝑡 < 𝑡0).
Es importante mencionar que cuanto mayor sea el número de grados de libertad que se
tengan, la distribución t de Student se acercará más a una distribución normal (Box, 2002).
V.9 La distribución ji-cuadrada Es una prueba estadística no paramétrica para evaluar hipótesis acerca de la relación entre
dos variables categóricas. En esta prueba se parte del supuesto del no relación entre
variables y el investigador evalúa si en su caso es cierto o no.
Se utiliza para probar hipótesis correlacionales.
Las variables involucradas no consideran relaciones causales.
El nivel de medición de las variables puede ser nominal u ordinal.
Se calcula por medio de una tabla de contingencia o tabulación cruzada, que es un cuadro
de dos dimensiones, y cada dimensión tiene una variable, las variables aparecen señaladas a
los lados del cuadro, cada una con sus categorías.
Al igual que la t se Student, la proviene de una distribución muestral que están
identificadas por los grados de libertad. Esto es, para saber si un valor de es ó no
significativo, debemos calcular los grados de libertad (Hernández, 2006). Esto se obtiene
mediante la siguiente fórmula:
gl = (r –1) (c –1) (4)
donde:
gl = grados de libertad
r = número de renglones del cuadro de contingencia
c = número de columnas
39
Un caso especial ocurre cuando hay sólo dos filas y dos columnas, por lo tanto la posee
sólo un grado de libertad (Box, 2002).
La tabla de contingencia de 2 x 2 que se utiliza en esta tesis se muestra a continuación:
Grupo
Número de
respuestas correctas
Número de respuestas
incorrectas
Pretest
a
b
Postest
c
d
En este caso operacionalmente el valor para está dada por:
2 = (ad−bc)2 (a+b+c+d)
(a+b)(c+d)(a+c)(b+d) (5)
El valor del nivel de significación para realizar generalizaciones debe ser de 0.05 o menor,
lo que implica el 5% de error o menor a este porcentaje. Cuando el valor de significación
es suficientemente pequeño se considerar que existe una resultado estadísticamente
significativo y se rechaza la hipótesis nula para sustentar la hipótesis alternativa (Box,
2002).
40
CAPÍTULO V. PROPUESTA DE PROTOTIPOS
En este capítulo se hace una descripción general de cada uno de los prototipos utilizados en
este trabajo. Para ello, los dividiremos en aquellos que corresponden a electricidad y a los
que corresponden a magnetismo.
V.1 Prototipos de electricidad
V.1.1 Prototipo 1. EVIDENCIAS ELÉCTRICAS DE LA MATERIA
El objetivo de este prototipo es mostrar evidencias de que la materia es eléctrica,
electrización por frotamiento, contacto y polarización, atracción y repulsión de las cargas, y
de tener una forma de detectar las cargas electrostáticas.
Fotografía 1. Materiales para la electrización y detectores simples de carga.
V.1.2 Prototipo 2. EL ELECTROSCOPIO
Este prototipo es utilizado como detector de carga electrostática o detector de un campo
eléctrico estacionario, también se puede mostrar la electrización por contacto, inducción y
la diferencia entre conductores y aislantes, entre otros.
Fotografía 2. Electroscopio
41
V.1.3 Prototipo 3. ELECTROFORO Y BOTELLA DE LEYDEN
El propósito de este prototipo es ver, sentir y oír una descarga eléctrica y explicar el
funcionamiento del electróforo y la botella de Leyde.
Electróforo Botella de Leyden
Fotografía 3 Electróforo y botella de Leyden
V.1.4 Prototipo 4. GENERADOR VAN DE GRAAFF
El Objetivo es construir un generador Van de Graaff, observar el poder de las puntas y
explicar su funcionamiento y empezar a visualizar el campo eléctrico.
Fotografía 4. Generador Van de Graaff.
42
V.1.5 Prototipo 5. LÍNEAS DE CAMPO ELÉCTRICO
Aquí se trata de verificar experimentalmente que alrededor de todo cuerpo eléctricamente
cargado existen líneas de fuerza debido al campo eléctrico que son características de la
configuración del tipo de carga
Fotografia 5. Líneas de campo eléctrico.
V.1.6 Prototipo 6. JAULA DE FARADA
El propósito es construir una jaula de Faraday y explicar su funcionamiento.
Fotografía 6. Jaula de Faraday.
43
V.1.7 Prototipo 7. EL LIFTER
Este prototipo se utiliza para mostrar una aplicación práctica del campo eléctrico y permite
observar la levitación eléctrica. Se trata de explicar el funcionamiento del lifter.
Fotografía 7. El Lifter.
V.2. Prototipos de magnetismo
V.2.1 Prototipo 8. MAGNETISMO
En este caso se trata de identificar el imán como la fuente del magnetismo e identificar
materiales magnéticos y no magnéticos y explicar el origen del magnetismo.
Figura 8. Materiales para investigar el magnetismo.
44
V.2.2 Prototipo 9. CAMPO MAGNÉTICO
Con este prototipo se verificar experimentalmente que alrededor de un imán existen líneas
de campo magnético.
Fotografía 9. Campo magnético.
V.2.3 Prototipo 10. LA BRÚJULA
El objetivo en este caso es construir una brújula y verificar experimentalmente que
alrededor de un imán existen líneas de campo magnético y que estas se pueden detectar
utilizando una brújula.
Fotografía 10. La brújula y detección del campo magnético.
45
V.2.4 Prototipo 11. CAMPO ELÉCTRICO CONTRA CAMPO MAGNÉTICO
Con esto se pretende observar las fuerzas (interacciones) entre un campo eléctrico y
magnético estacionario y determinar que la naturaleza de cada uno son diferentes.
Fotografía 11. Interacciones eléctricas y magnéticas.
V.2.5 Prototipo 12. EL EXPERIMENTO DE ORESTED Y ESPECTRO
MAGNÉTICO DE CORRIENTE RECTILÍNEA
Este prototipo permite verificar experimentalmente que existe una relación entre la
electricidad y el magnetismo y observar las líneas de inducción de un conductor rectilíneo
con corriente continua
Fotografía 12. Experimento de Orested y campo magnético de un conductor rectilíneo.
46
V.2.6 Prototipo 13. EL ELECTROIMÁN
El propósito de este prototipo es observar las líneas de inducción magnética de un
electroimán y compararlo con el de un imán permanente.
Fotografía 13. El electroimán comparándolo con el campo magnético de un imán
permanente.
V.2.7 Prototipo 14. EL LEVITRON
Este prototipo se utiliza para mostrar una aplicación práctica del campo magnético y
permite observar la levitación magnética. Se trata de explicar el funcionamiento del
levitron.
Fotografía 14. El levitron.
47
V.3 Manual del docente, estudiante y secuencia didáctica
Los prototipos que se proponen en la secuencia didáctica para el aprendizaje del campo
eléctrico y magnético estacionario están diseñados y construidos de tal manera que los
materiales utilizados sean fáciles de conseguir o en su defecto se puedan adquirir a muy
bajo costo. La propuesta consiste en un manual de uso docente y está elaborado en tres
etapas: La primera etapa se etiqueta con la letra A, aquí se encuentra la denominación, el
objetivo para el cual fue diseñado y el croquis del prototipo (una foto real del prototipo
fabricado). La segundad etapa se etiqueta con la letra B y en esta se explican los detalles de
construcción y funcionamiento del prototipo, el uso del prototipo, las observaciones y el
proyecto en el hogar como estrategia dirigida extra clase, para que cada estudiante la realice
individualmente y, posteriormente, la comente y trabaje en clase. La tercera etapa se
etiqueta con la letra C, aquí se describen las orientaciones para los docentes y estudiantes,
consiste en el desarrollo de los principales conceptos y leyes físicas involucradas en el
prototipo en las actividades y preguntas sugeridas.
Las actividades y preguntas sugeridas, están dirigidas principalmente hacia la parte
descriptiva de la Física, para que facilite a los estudiantes una mejor comprensión del
fenómeno y/o concepto ilustrado, obviando la parte matemática de dicho fenómeno que a
menudo desanima a los estudiantes. El objetivo central de lo antes mencionado, consiste en
que el docente construya el dispositivo antes de hacer la asignación, responda las preguntas
sugeridas y las amplíe evitando así las improvisaciones cuando los estudiantes los
consulten sobre el fenómeno ilustrado. Asimismo, cada estudiante debe construir su propio
dispositivo en el hogar para minimizar el factor tiempo siguiendo un mínimo de
instrucciones que les proporciona el docente. Luego, dicho dispositivo es empleado en el
aula, ya sea para una demostración de cátedra o como complemento de las actividades de
laboratorio (Anexo 4).
48
CAPÍTULO VI. ANÁLISIS Y RESULTADOS En este capítulo se analizan los resultados obtenidos en los grupos experimentales y de
control. En los grupos experimentales se aplico la estrategia didáctica basado en la
construcción de prototipos y los grupos de control recibieron una instrucción utilizando
clases expositivas. El conocimiento obtenido se infiere de los resultados recogidos
mediante el test de electricidad y magnetismo que se aplicó antes y después de la
instrucción, así como el test de actitudes.
El análisis comparativo se realizó utilizando la ganancia conceptual de Hake y los
estadístico t de Student y la .
VI.1 Descripción del análisis de resultados
El análisis realizado se divide en cinco partes:
En la primera parte se contrasta el avance conceptual logrado por los estudiantes tanto en
los grupos experimentales como en los grupos de control. En esta parte se calculó la
ganancia conceptual normalizada de Hake por ítem y por contenido temático tomando en
cuenta los datos del pretest y postest de los grupos experimentales y de control.
En la segunda parte se determina el grado de significatividad en la correlación de la
enseñanza-aprendizaje recibida en el grupo experimental y de control mediante el
estadístico t de Student con el propósito de obtener una prueba estadística de significación
o contraste de hipótesis que permita evaluar si los grupos de datos en el pretest y el postest
difieren entre sí de manera significativa compararadas con respecto a sus medias. La t de
Student se utiliza generalmente para muestras pequeñas y esto permite confirmar los
resultados obtenidos en la primera parte.
En la tercera parte se utiliza el estadístico para determinar que la estrategia favorece una
evolución significativa de las ideas previas a una perspectiva científica del concepto de
campo eléctrico y magnético en los estudiantes de bachillerato.
En la cuarta parte se determina el aspecto motivacional como consecuencia de la
instrucción recibida en los grupos experimentales y de control.
Y, finalmente, se dan los resultados obtenidos por la encuesta de opinión respondida por los
docentes.
VI.2 Resultados del pretest y postest de los grupos experiemntal y de control
En la tabla 6.1 y 6.2 se presentan los datos obtenidos del pretest y postest para los grupos
experimentales 204 y 206 con un total de estudiantes 𝑛𝐸 = 31 al que se designa como
grupo experimental E y los grupos de control correspondientes a los grupos 208, 209 y 210
con un total de estudiantes 𝑛𝐶 = 30 al que se denota por grupo de control C.
49
Tabla 6.1. Resultados del pretest.
Respuestas correctas
Tabla 6.2. Resultados del postest.
Respuestas correctas
Ítem Grupo E
𝑛𝐸 = 31
Grupo C
𝑛𝑐 = 30
Ítem Grupo E
𝑛𝐸 = 31
Grupo C
𝑛𝑐 = 30
Campo eléctrico Campo eléctrico
1 2 5 1 25 9
2 1 0 2 15 1
3 3 6 3 22 16
4 0 0 4 4 2
5 1 7 5 20 10
6 0 0 6 16 0
7 0 0 7 20 4
8 0 0 8 27 0
9 0 0 9 19 0
10 0 0 10 23 3
Campo magnético Campo magnético
11 0 0 11 16 5
12 1 3 12 24 11
13 2 0 13 9 2
14 0 0 14 19 0
15 0 2 15 13 10
16 0 1 16 13 2
17 0 2 17 27 2
18 0 1 18 14 2
19 0 8 19 23 14
20 0 4 20 26 11
Total 10 39 Total 375 104
VI.3 Ganancia de Hake y análisis de resultados
Para comparar el avance conceptual logrado por los estudiantes en la instrucción recibida,
se realizo el cálculo de la ganancia conceptual normalizada de Hake para cada uno de los
ítems y el promedio de las mismas mediante la aplicación de la ecuación 1 y 2. En la tabla
6.3 se muestran la ganancia normalizada por ítem y por tema para el grupo E y C.
50
Tabla 6.3. Ganancia normalizada por ítem para los grupos E y C.
Ítem
Porcentaje de respuestas correctas por ítem y
tema
Ganancia normalizada de Hake
por ítem y tema
Grupo E
𝑛𝐸 = 31
Grupo C
𝑛𝑐 = 30
Grupo E
Grupo C
Pretest
(%)
Postest
(%)
Pretest
(%)
Postest
(%)
Campo eléctrico
1 6.45 80.64 16.66 30.00 0.79 0.26
2 3.22 48.38 0.00 3.33 0.46 0.33
3 9.67 70.96 20.00 56.33 0.67 0.45
4 0.00 12.90 0.00 6.66 0.12 0.66
5 3.22 64.51 23.33 33.33 0.63 0.13
6 0.00 51.61 0.00 0.00 0.51 0.00
7 0.00 64.51 0.00 13.33 0.64 0.13
8 0.00 87.09 0.00 0.00 0.87 0.00
9 0.00 59.37 0.00 0.00 0.59 0.00
10 0.00 74.19 0.00 3.33 0.74 0.33
Ganancia promedio del campo eléctrico 𝒈 ̅𝑬𝒆 = 𝟎. 𝟔𝟎 �̅� 𝑪𝒆 = 𝟎. 𝟐𝟑
Campo magnético
11 0.00 51.61 0.00 16.66 0.51 0.16
12 3.22 77.41 10.00 36.66 0.76 0.28
13 6.45 29.03 0.00 6.66 0.24 0.06
14 0.00 19 0.00 0.00 0.19 0.00
15 0.00 41.93 6.66 33.33 0.41 0.28
16 0.00 41.93 3.33 6.66 0.41 0.03
17 0.00 61.29 6.66 6.66 0.61 0.00
18 0.00 41.16 3.33 6.66 0.41 0.03
19 0.00 74.19 26.66 46.66 0.74 0.27
20 0.00 83.87 13.33 36.66 0.83 0.26
Ganancia promedio del campo magnético 𝒈 ̅𝑬𝒆 = 𝟎. 𝟓𝟏 �̅�𝑪𝒎 = 𝟎. 𝟐𝟎
Ganancia general �̅�𝑬 = 0.55 �̅�𝑪 =0.18
En la gráfica 1 se muestran los resultados del pretest y el postest para el grupo
51
experimental y de control por temas.
Se observa que en el grupo experimental E se obtiene una ganancia para el campo eléctrico
𝒈 ̅𝑬𝒆 = 𝟎. 𝟔𝟎 y para el campo magnético �̅�𝑬𝒎 = 𝟎. 𝟓𝟏 y pueden clasificarse como una
ganancia media. Mientras que la ganancia para el grupo de control C se tiene que �̅� 𝑪𝒆 =𝟎. 𝟐𝟑 y �̅�𝑪𝒎 = 𝟎. 𝟐𝟎 corresponden a una ganancia baja, como se muestra en la gráfica 2 y
3.
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
G
a
n
a
n
c
i
a
Ítem
Gráfica 1. Ganancia en el campo eléctrico y magnético para el
grupo experimental y de control.
Grupo Experimental Grupo de Control
0
0.2
0.4
0.6
0.8
0.60
0.23
G
a
n
a
n
c
i
a
Gráfica 2. Ganancia en el
tema de Campo Eléctrico
Grupo Experimental Grupo de Control
0
0.2
0.4
0.6 0.51
0.2
G
a
n
a
n
c
i
a
Gráfica 3. Ganancia en el
tema de Campo Magnético
Grupo Experimental Grupo de Control
52
Así mismo, la ganancia general del campo eléctrico y magnético para el grupo experimental
E es de �̅�𝑬 = 0.55 que está en el intervalo de una ganancia media. Mientras que para el
grupo de control C, la ganancia general es de �̅�𝑪 =0.18 y es clasificada como una ganancia
baja. La relación de proporción entre la ganancia �̅�𝑬 y �̅�𝑪 es �̅�𝑬
�̅�𝑪=
0.55
0.18= 3.05, en
consecuencia �̅�𝐸 = 3.05�̅�𝐶 , lo que nos indica que hubo tres veces más ganancia en el
grupo experimental que el grupo control, lo cual es alentador para seguir trabajando en esta
dirección con los prototipos experimentales.
Estos resultados apoyan la primera hipótesis de investigación planteada en la sección I.3 del
capítulo I:
“El aprendizaje activo basado en la construcción de prototipos de bajo costo y/o fácil
adquisición para el campo eléctrico y magnético estacionario promueve en los alumnos de
bachillerato una ganancia en el aprendizaje conceptual de estos temas en relación a la
enseñanza de cátedra tradicional.
VI.4 Los resultados con la prueba t de Student
En esta sección se realiza un análisis a partir de la t de Student con el propósito de
contrastar la segunda hipótesis de investigación planteada en la sección I.3 de esta tesis, la
que se formula mediante la hipótesis nula y alternativa siguiente:
Hipótesis nula
La construcción de prototipos utilizados como herramienta metodológica no incide
significativamente en el proceso de enseñanza-aprendizaje en los temas de campo eléctrico
y magnético.
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.60.55
0.18
G
a
n
a
n
c
i
a
Gráfica 4. Ganancia general
Grupo Experimental Grupo de Control
53
Hipotesis alternativa
La construcción de prototipos utilizados como herramienta metodológica incide
significativamente en el proceso de enseñanza-aprendizaje en los temas de campo eléctrico
y magnético.
Para realizar la contrastación de hipótesis mediante la prueba t de Student, es necesario
poner ésta en términos estadísticos, mediante una hipótesis nula que sostiene que la
aplicación de un estímulo experimental no produce ningún efecto en los grupos
considerados y una hipótesis alternativa que sostiene que los grupos de datos difieren de
manera significativa entre sí cuando a uno de ellos se le aplica un estímulo experimental.
En este sentido, la hipótesis nula y alternativa se plantean en términos de los resultados del
postest de la siguiente manera:
Hipótesis nula: No hay diferencia significativa en el puntaje obtenido por el grupo
experimental y de control en el postest en los temas de campo eléctrico y magnético.
Hipótesis alternativa: Hay diferencia significativa en el puntaje obtenido por el grupo
experimental y de control en el postest en los temas de campo eléctrico y magnético.
Para realizar esta contrastación se calculan las medias para las respuestas correctas en el
postest para los contenidos temáticos, así como los valores para la t de Student y los niveles
de significatividad para los grupos experimental y de control utilizando la ecuación 3, los
cuales se muestran en la tabla 6.4. Los cálculos realizados de este apartado se encuentran
en el apéndice A.
Tabla 6.4. Rendimiento del postest en el grupo experimental y de control.
Tema Grupo experimental E
𝑛𝐸 = 31
Medias en el postest
Grupo de control C
𝑛𝑐 = 30
Medias en el postest
t Nivel de
significatividad
Campo
eléctrico �̅�𝑨 = 𝟔. 𝟏𝟐 �̅�𝑩 = 𝟏. 𝟓𝟑 11.80 𝒑 < 0.005
Campo
magnético �̅�𝑨 = 𝟓. 𝟗𝟔 �̅�𝑩 = 𝟏. 𝟗𝟑 10.44 𝒑 < 0.005
Como se puede observar, se obtuvo un nivel de significatividad suficientemente bajo para
los tema de campo eléctrico y magnético, lo que implica que las diferencias entre las
medias obtenidas en el postest para cada una de ellas son estadísticamente significativas.
Por lo que se rechaza la hipótesis nula y se acepta la hipótesis alternativa que sostienen que:
“La construcción de prototipos utilizados como herramienta metodológica incide
significativamente en el proceso de enseñanza-aprendizaje en los temas de campo eléctrico
y magnético”.
54
VI.5 Los resultados con la prueba Mediante este análisis estadístico se contrasta la tercera hipótesis planteada en la sección I.3
de esta tesis, la que se formula de la siguiente forma:
Hipótesis nula
El aprendizaje activo basada en la construcción de prototipos no favorece una evolución
significativa de las ideas previas a una perspectiva científica del concepto de campo
eléctrico y magnético en los estudiantes de bachillerato.
Hipótesis alternativa
El aprendizaje activo basada en la construcción de prototipos favorece una evolución
significativa de las ideas previas a una perspectiva científica del concepto de campo
eléctrico y magnético en los estudiantes de bachillerato.
Para este contraste, en la tabla 6.5 se ha tomando en cuenta las respuestas correctas
obtenida por el estudiante tanto en el pretest como en el postest en el grupo experimental y
de control y se ha calculado el estadístico con su respectivo nivel de significatividad
utilizando la ecuación 5 con un grado de libertad en cada una de las celdas. En apéndice B
se muestra como ejemplo el cálculo de la primera celda de esta tabla.
Tabla 6.5. Estadístico para cada uno de los estudiantes en el pretest y el postet.
Estudiante
Grupo E
Total de respuestas corrctas
Grupo C
Total de respuestas corresctas pretest postest pretest postest
1 0 8 10.00 ⇒ 𝑝 < 0.005 2 6 2.94 ⇒ 𝑝 > 0.05
2 1 10 10.15 ⇒ 𝑝 < 0.005 3 5 0.62 ⇒ 𝑝 > 0.05
3 0 12 17.14 ⇒ 𝑝 < 0.005 2 2 0.00 ⇒ 𝑝 = 1
4 0 12 17.14 ⇒ 𝑝 < 0.005 2 5 1.55 ⇒ 𝑝 > 0.15
5 0 13 19.25 ⇒ 𝑝 < 0.005 1 5 35.73 ⇒𝑝 < 0.005
6 0 14 21.53 ⇒ 𝑝 < 0.005 3 4 0.17 ⇒𝑝 > 0.05
7 1 15 20.41 ⇒ 𝑝 < 0.005 1 1 0.00 ⇒ 𝑝 = 1
8 1 15 20.41 ⇒ 𝑝 < 0.005 1 1 0.00 ⇒ 𝑝 = 1
9 0 11 14.66 ⇒ 𝑝 < 0.005 1 6 4.32 ⇒ 𝑝 > 0.04
10 0 13 19.25 ⇒ 𝑝 < 0.005 2 5 1.55 ⇒ 𝑝 > 0.2
11 0 13 19.25 ⇒ 𝑝 < 0.005 0 2 2.10 ⇒ 𝑝 > 0.15
12 1 14 18.02 ⇒ 𝑝 < 0.005 0 3 3.24 ⇒ 𝑝 > 0.08
13 0 16 26.66 ⇒ 𝑝 < 0.005 2 5 1.55 ⇒ 𝑝 > 0.2
14 1 15 20.41 ⇒ 𝑝 < 0.005 5 7 0.47 ⇒ 𝑝 > 0.5
15 0 13 19.25 ⇒ 𝑝 < 0.005 0 2 2.10 ⇒ 𝑝 > 0.1
16 0 11 14.66 ⇒ 𝑝 < 0.005 0 4 4.44 ⇒ 𝑝 > 0.03
17 0 13 19.25 ⇒ 𝑝 < 0.005 1 6 4.32 ⇒ 𝑝 > 0.04
18 1 12 13.78 ⇒ 𝑝 < 0.005 0 4 4.44 ⇒ 𝑝 > 0.03
19 0 7 50.04 ⇒ 𝑝 < 0.005 0 2 2.10 ⇒ 𝑝 > 0.1
20 0 13 19.25 ⇒ 𝑝 < 0.005 2 3 0.22 ⇒ 𝑝 > 0.5
21 0 10 13.33 ⇒ 𝑝 < 0.005 0 4 4.44 ⇒ 𝑝 > 0.03
22 0 11 14.66 ⇒ 𝑝 < 0.005 0 2 2.10 ⇒ 𝑝 > 0.15
55
23 0 10 13.33 ⇒ 𝑝 < 0.005 0 2 2.10 ⇒ 𝑝 > 0.15
24 1 9 8.53 ⇒ 𝑝 < 0.005 0 1 1.02 ⇒ 𝑝 > 0.3
25 0 13 19.25 ⇒ 𝑝 < 0.005 1 0 1.02 ⇒ 𝑝 > 0.25
26 0 12 17.14 ⇒ 𝑝 < 0.005 2 6 2.94 ⇒ 𝑝 > 0.1
27 2 11 9.23 ⇒ 𝑝 < 0.005 1 1 0.00 ⇒ 𝑝 = 1
28 0 7 50.04 ⇒ 𝑝 < 0.005 4 3 0.17 ⇒ 𝑝 > 0.05
29 1 15 11.48 ⇒ 𝑝 < 0.005 1 2 0.36 ⇒ 𝑝 > 0.5
30 1 15 11.48 ⇒ 𝑝 < 0.005 2 4 0.78 ⇒ 𝑝 > 0.35
31 0 12 17.14 ⇒ 𝑝 < 0.005
Como se puede observar, en el grupo experimental se obtuvo un nivel de significancia
suficientemente bajo para los tema de campo eléctrico y magnético. En todos los casos en
el grupo experimental se observa que el estadístico son significativas con un nivel de
confianza menor a 𝑝 < 0.005, mientras que para el grupo de control se obtiene que en más
del 90% de los casos no son significativas ya que 𝑝 > 0.05. Estos resultados apoyan la
tercera hipótesis de investigación:
“El aprendizaje activo basada en la construcción de prototipos favorece una evolución
significativa de las ideas previas a una perspectiva científica del concepto de campo
eléctrico y magnético en los estudiantes de bachillerato”.
VI.6 Ganancia de Hake post post instruccional y análisis de resultados
Para obtener información en qué medida perdura en el tiempo el aprendizaje conceptual, se
aplicó al grupo experimental E, el test de campo eléctrico y magnético después de 2
semanas de haber terminado la instrucción. La tabla 6.6 recoge los datos obtenidos del
postpostest para el grupos experimentales E.
Para determinar la ganancia o pérdida conceptual obtenida por los estudiantes en la
instrucción recibida, se realizo el cálculo de la ganancia conceptual normalizada de Hake
para cada uno de los ítems y el promedio de las mismas mediante la aplicación de la
ecuación 1 y 2.
56
Tabla 6.6. Respuestas correctas, porcentajes de respuestas correctas y ganancia
conceptual de Hake para el grupo E dos semanas después de terminar la instrucción.
Ítem Respuestas correctas
𝑛𝐸 = 31
Porcentaje de respuestas
correctas por ítem y tema
Ganancia de
Hake Pretest
Postpostest
Pretest
(%)
Postpostest
(%)
Campo eléctrico
1 2 20 6.45 64.51 0.62
2 1 12 3.22 38.70 0.39
3 3 9 9.67 29.03 0.21
4 0 1 0.00 3.22 0.32
5 1 12 3.22 64,51 0.63
6 0 14 0.00 45.16 0.45
7 0 8 0.00 25.80 0.25
8 0 8 0.00 25.80 0.25
9 0 12 0.00 64.51 0.64
10 0 2 0.00 6.45 0.06
Media en la ganancia de Hake para el grupo E en el campo eléctrico
después de dos semanas del postest, t = 2 semanas 𝒈(𝒕)̅̅ ̅̅ ̅̅ 𝑬𝒆 = 0.38
Campo magnético
11 0 12 0.00 64.51 0.64
12 1 17 3.22 9.67 0.06
13 2 3 6.45 54.83 0.51
14 0 13 0.00 41.93 0.41
15 0 3 0.00 9.67 0.09
16 0 9 0.00 29.03 0.29
17 0 18 0.00 58.06 0.58
18 0 10 0.00 32.25 0.32
19 0 6 0.00 19.35 0.19
20 0 15 0.00 48.38 0.48
Media en la ganancia de Hake para el grupo E en el campo
magnético después de dos semanas del postest, t = 2 semanas 𝒈(𝒕)̅̅ ̅̅ ̅̅ 𝑬𝒎 = 0.35
Ganancia general de Hake en el tiempo para el grupo E, dos
semanas posterior al postest, t = 2 semanas
𝒈(𝒕)̅̅ ̅̅ ̅̅ 𝑬 = 0.34
57
Se observa que en el grupo experimental E la ganancia después de dos semanas de haber
terminado la instrucción se mantiene más o menos en la misma proporción tanto para el
campo eléctrico, como para el campo magnético ya que 𝒈(𝒕)̅̅ ̅̅ ̅̅ 𝑬𝒆 = 0.38 y 𝒈(𝒕)̅̅ ̅̅ ̅̅ 𝑬𝒎 = 0.35.
Así mismo, esta ganancia disminuyó respecto de la ganancia después de haber terminado la
instrucción en el grupo experimental E, sección VI.3, ya que 𝑔 ̅𝐸𝑒 = 0.60 y �̅�𝐸𝑚 = 0.51.
Aunque la ganancia postpost-instruccional disminuyó sigue estando en el intervalo de una
ganancia media.
Así mismo para el campo eléctrico 𝑔 ̅𝐸𝑒
𝒈(𝒕)̅̅ ̅̅ ̅̅ 𝑬=
0,38
0.60= 0.63 lo cual puede interpretarse como
una perdida del 37% en el conocimiento conceptual en el tema de campo eléctrico, mientras
que para el campo magnético se tiene que �̅�𝐸𝑚
𝒈(𝒕)̅̅ ̅̅ ̅̅ 𝑬𝒎=
0.35
0.51= 0.68 lo cual puede interpretarse
como una pérdida del 32% en el conocimiento conceptual para el campo magnético.
También en la sección VI.3 se calculó la ganancia conceptual general del tema de campo
eléctrico y magnético para el grupo experimental E después de haber terminado la
instrucción �̅�𝑬 = 0.55. Mientras que la ganancia general en el grupo experimental E
después de dos semanas de haber terminado la instrucción es 𝒈(𝒕)̅̅ ̅̅ ̅̅ 𝑬 = 0.34. La relación
de proporción entre estas ganancias es �̅�𝑬(𝒕)
�̅�𝑬=
0.34
0.55= 0.61 lo que puede interpretar como
una pérdida aproximada del 39% en la ganancia conceptual general después de dos
semanas de haber terminado la instrucción.
Estos resultados apoyan la cuarta hipótesis de investigación:
“El aprendizaje conceptual logrado con la estrategia de construcción de prototipos
perdura en cierta medida en el tiempo”.
Sin embargo es importante mencionar en esta caso que aunque perdura el aprendizaje
logrado, de hecho se ve una perdida, en caso de tomarse como un pretest al postest y como
postest al pospostest
VI.7 Resultados de la valoración por los estudiantes de la enseñanza recibida
En esta sección se presenta el análisis de los resultados obtenidos sobre la influencia en las
actitudes de los alumnos hacia el aprendizaje de la física tanto en los grupos experimental y
de control.
La tabla 6.7 recoge los resultados obtenidos en las medias para cada una de las partes en
que respondieron al cuestionario los estudiantes. En la tabla se observar la valoración de
los estudiantes antes de empezar el curso como un pretest para el grupo experimental E, en
este caso, la referencia que tuvieron los estudiantes fue el docente del curso anterior.
Además recoge la valoración de los estudiantes para el grupo experimental E después de
haber terminado la instrucción para los temas de electricidad y magnetismo como un
postest. Presenta también la valoración de los estudiantes del grupo de control C en la que
sólo se aplico el postest ya que en este caso el profesor del curso anterior fue el mismo.
58
Tabla 6.7.Valoración de la influencia de los estudiantes en las actitudes.
Aspecto estudiado
Pretest Grupo E
𝑛𝐸 = 31
Media
Postest Grupo E
𝑛𝐸 = 31
Media
Postest Grupo C
𝑛𝑐 = 30
Media
1. Contenidos trabajados
1.a Objetivos claros 7.4 9.6 8.1
1.b Dificultad adecuada 7.3 8.4 6.9
1.c Se relacionan los conceptos
y los temas
8.3 9.6 9.4
2. Forma de trabajar
2.a Metodología adecuadas de
trabajo
7.1 9.4 9.0
2.b Condiciones para aprender 7.8 9.6 8.8
2.c Actividades adecuadas 7.7 9.5 8.7
2.d Puesta en práctica 7.7 9.6 8.7
2.d Buen clima de trabajo 7.2 9.2 8.6
3. Satisfacción
3.a Clases interesantes 6.7 9.3 8.4
3.b No quiero que llegue la
clase
5.7 2.1 3.8
3.c Menos horas de clase 5.7 2.4 4.4
3.d Clima de cooperación 7.0 9.1 6.9
3. e Apoyo del profesor 7.6 9.8 9.1
Teniendo en cuenta que el nivel 5 indica indiferencia respecto al contenido de la pregunta y
que 0 indica el mínimo de acuerdo y 10 indica el máximo de acuerdo en la sentencia
propuesta, se observa que los alumnos del grupo experimental (grupo E) se muestran muy
positivos hacia los contenidos trabajados después de haber terminado la instrucción. Así
todos los ítems obtienen puntuaciones ente 8 y 9. En particular se obtienen puntuaciones
altas en aspectos como la organización de los temas ítem 1.a, 1c y en el interés de los
objetivos propuestos ítem 1.b y su grado de accesibilidad. Así mismo, se puede observar
que estas puntuaciones son mayores que en el grupo E antes de la instrucción y el grupo C
después de la instrucción.
Respecto a la forma de trabajar en clases, los alumnos experimentales muestran también su
conformidad, ya que todos los aspectos logran una puntuación promedio mayor a 9. En
particular, los alumnos muestran su satisfacción con las actividades propuestas ítem 2.c y
con el método seguido ítem 2.a y que se han dado condiciones adecuadas para aprender.
En la tercera parte los alumnos expresan que la asignatura ha logrado captar su interés ítem
3.a y que han trabajado en un buen clima de trabajo ítem 3.d y se han sentido apoyados
ítem 3d.
59
En resumen, los datos expuestos parecen indicar que los estudiantes tratados
experimentalmente muestran su satisfacción con la forma de organización de la clase
(secuencia didáctica implementada) y la forma de trabajo. Así mismo, están de acuerdo en
que el clima del aula ha sido satisfactorio y que los contenidos trabajados han sido de
interés para ellos.
VI.8 Incremento en la valoración por los estudiantes de la enseñanza recibida
En la tabla 6.8 se presentan el incremento de la valoración de la influencia de los
estudiantes en las actitudes y el porcentaje de dicho incremento tanto para el grupo
experimental y de control.
Para determinar el incremento de la valoración de la influencia de los estudiantes en las
actitudes definimos el incremento como:
A) |∆𝑨𝑬𝑬| = |𝐸𝑝𝑜𝑠𝑡𝑒𝑠𝑡 − 𝐸𝑝𝑟𝑒𝑡𝑒𝑠𝑡|
donde:
|∆𝑨𝑬𝑬| es el valor absoluto del incremento en las actitudes en el grupo experimental E
respecto a él mismo.
𝐸𝑝𝑟𝑒𝑡𝑒𝑠𝑡 es la valoración por los estudiantes antes de la instrucción del grupo experimental
E, la referencia en este caso es el profesor anterior.
𝐸𝑝𝑜𝑠𝑡𝑒𝑠𝑡 es la valoración por los estudiantes después de la instrucción del grupo
experimental E.
B) |∆𝑨𝑬𝑪| = |𝐸𝐸 − 𝐸𝐶|
donde:
|∆𝑨𝑬𝑪| es el incremento en las actitudes en el grupo experimental E respecto al Grupo de
control C.
𝐸𝐸 es la valoración por los estudiantes del grupo experimental E después de la instrucción.
𝐸𝐶 es la valoración por los estudiantes del grupo de control C después de la instrucción.
El porcentaje del incremento %|∆𝑨𝑬𝑬| y %|∆𝑨𝑬𝑪| se calcula teniendo en cuenta que el
nivel 5 indica indiferencia respecto al contenido de la pregunta mientras que 0 indica el
mínimo de acuerdo y 10 indica el máximo de acuerdo en la sentencia propuesta.
Para la interpretación de la tabla 6.8 se considera que: MC = media en el incremento en los
contenidos trabajados, MF = media en el incremento en la forma de trabajo, Ms = media en
el incremento en la satisfacción y MGIA = media general en el incremento en la influencia
en las actitudes.
60
Tabla 6.8. Incremento y porcentaje del incremento en la valoración de la influencia
de los estudiantes en las actitudes.
Aspecto estudiado |∆𝑨𝑬𝑬| %|∆𝑨𝑬𝑬| |∆𝑨𝑬𝑪| %|∆𝑨𝑬𝑪|
1. Contenidos trabajados
1.a Objetivos claros 2.3 23% 1.5 15%
1.b Dificultad adecuada 1.1 11% 1.5 15%
1.c Se relacionan los conceptos y los temas 1.3 13% 0.2 2%
MC = 15.6 15.6% 1.0 10.0%
2. Forma de trabajar
2.a Metodología adecuadas de trabajo 2.3 23% 0.4 4%
2.b Condiciones para aprender 1.8 18% 0.8 8%
2.c Actividades adecuadas 1.7 17% 0.8 8%
2.d Puesta en práctica 2.1 21% 0.9 9%
2.d Buen clima de trabajo 2.2. 22% 0.7 7%
MF = 2.0 20.5% 0.7 7.2%
3. Satisfacción
3.a Clases interesantes 2.6 26% 0.9 9%
3.b No quiero que llegue la clase 3.6 36% 1.7 17%
3.c Menos horas de clase 3.3 33% 2.0 20%
3.d Clima de cooperación 2.1 21% 2.2 22%
3. e Apoyo del profesor 2.2 22% 0.7 7%
MS = 2.7 27.6% 2.7 15.0%
𝑴𝑮𝑰𝑨 =𝑴𝒄 + 𝑴𝑭 + 𝑴𝑺
𝟑
21.3% 10.7%
De acuerdo a este análisis, los estudiantes del grupo experimental muestran un incremento
en cuanto a los contenidos trabajados al utilizar la estrategia de construcción de prototipos
en relación a la instrucción tradicional que tuvieron el semestre anterior, se observa un
incremento en los contenidos trabajados de MC = 15.6%. Así mismo, los estudiantes del
grupo experimental muestran un incremento en cuanto a la forma de trabajar de
MF = 20.5% y en cuanto a la satisfacción un incremento de Ms =27.6%.
Por otro lado los estudiantes del grupo experimental E también muestran un incremento en
cuanto a los contenidos trabajados en relación al grupo C. En este caso, se observa un
incremento en los contenidos trabajados de MC = 10%. También el grupo E muestran un
incremento MF = 7.2 % en cuanto a la forma de trabajar y un incremento en cuanto a la
satisfacción MS = 15%.
En resumen, los datos expuestos parecen indicar que los alumnos tratados
experimentalmente muestran un incremento general en la influencia en las actitudes de
𝑴𝑮𝑰𝑨 = 21.3% , esto en relación al curso anterior en donde recibieron una instrucción
61
tradicional, mientras que el grupo experimental en relación al grupo de control muestran un
incremento general en la influencia de las actitudes de 𝑴𝑮𝑰𝑨 = 10.7%.
Estos resultados apoyan la quinta hipótesis de investigación que se estableció en la sección
I.3: “El aprendizaje activo basada en la construcción de prototipos de física promueve
significativamente el interés y motivación en los estudiantes del nivel medio superior en
relación a estrategias tradicionales”.
VI.9 Resultados de la encuesta de opinión sobre los prototipos
Con el propósito de tener una idea de la efectividad y pertinencia didáctica de los
prototipos propuestos se aplicó una encuesta de opinión a cuatro profesores del IEMSDF.
Ésta se realizó antes de iniciar la aplicación de la estrategia con la intención de considerar
las sugerencias, observaciones y propuestas hechas por los profesores, de tal manera que
esto permitiera hacer mejoras en el diseño y construcción de los prototipos. La información
obtenida se presenta en la tabla 6.9.
Para la valoración de la encuesta se utilizó la siguiente escala:
ESCALA
1 Deficiente 2 Regular 3 Bueno 4 Muy bueno 5 Excelente
Tabla 6.9 Resultados de la valoración de los prototipos
Preguntas relacionadas
con el prototipo
Promedios obtenida en los prototipos
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
1 Cumple el prototipo con
los objetivos por el cual
fue construido (Eficacia)
3.75 4.00 4.25 4.50 4.50 4.50 4.25 4.00 4.25 4.25
4.25 4.25 4.75 4.75
2 Se puede utilizar para otros
objetivos (Versatilidad)
2.75 3.50 3.00 3.50 4.25 14.0
0
3.75 3.50 3.75 4.00 4.00 4.00 4.25 4.75
3 Es un recurso eficiente
para el aprendizaje
(Didáctica)
3.75 3.75 4.25 4.25 4.00 4.25 3.00 4.00 3.75 3.25 4.25 4.25 1.25 1.5
4 Originalidad del prototipo 2.75 3.00 3.50 3.75 3.00 3.50 2.50 2.75 3.00 4.00 3.25 3.00 3.75 4.75
5 Facilidad de obtención de
los materiales empleados
en la construcción del
prototipo
2.75 2.75 3.75 2.25 2.75 4.50 3.25 3.50 4.25 4.25 3.75 3.75 3.00 3.50
6 Facilidad de elaboración y
/o construcción
4.75 2.25 3.50 2.25 2.50 4.50 4.50 4.25 4.25 4.25 4.25 4.25 3.75 3.00
7 Facilidad de operación y
manipulación
4.50 4.00 4.25 1.50 3.25 4.50 4.50 4.25 4.25 3.75 4.25 4.00 2.75 2.75
8 Acabado y presentación
(Estética)
2.75 4.00 3.75 3.50 3.50 3.75 3.25 3.75 3.75 3.75 3.75 3.75 5.00 4.25
Promedio 3.46 3.40 3.75 3.78 3.81 3.18 3.65 3.25 3.9 3.93 3.96 3.90 3.56 3.65
Preguntas relacionadas
con el manual de
especificaciones
Promedios obtenida en los prototipos
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
62
Se observa que los aspectos relacionados con los prototipos pueden ser catalogados de
manera general como buenos mientras que los aspectos relacionados con el manual de
especificaciones pueden considerarse en general como muy buenos. En base a estos
resultados se tomaron en cuenta las opiniones, sugerencias y propuestas para hacer las
modificaciones y mejoras a los prototipos propuestos.
1 ¿El objetivo didáctico del
diseño se relaciona con el
prototipo propuesto?
3.75 4.25 4.25 4.25 4.25 4.50 4.25 4.00 4.25 4.25 4.50 4.25 4.75 4.50
2 ¿Las imágenes del
prototipo indican
detalladamente las partes
de éste?
3.50 3.75 4.00 3.75 3.50 3.75 4.25 3.75 4.00 4.25 4.25 4.25 3.50 3.75
3 ¿Los detalles de
construcción permiten que
otra persona pueda
construir el prototipo?
3.75 3.75 4.00 2.25 3.50 4.25 4.25 4.00 4.25 4.25 4.25 4.25 3.00 4.25
4 ¿Las actividades sugeridas
para los docentes están
relacionadas con el
propósito didáctico
propuesto para el
prototipo?
4.00 4.00 4.25 4.25 3.75 4.50 4.25 4.00 4.00 4.25 4.50 4.25 4.50 4.50
5 ¿El contenido sugerido se
puede cumplir a cabalidad
con el prototipo propuesto?
3.75 4.25 4.50 4.00 3.50 4.50 4.25 4.00 4.00 4.25 4.50 4.25 4.50 4.50
6 ¿Las preguntas sugeridas
están relacionadas con el
contenido de las
actividades realizadas con
el uso del prototipo?
3.00 4.00 3.75 4.00 3.75 4.25 4.00 3.75 4.00 4.25 4.50 4.00 4.50 4.25
Promedio 3.62 3.66 4.29 3.75 3.70 4.29 4.2 3.91 4.08 4.25 4.41 4.20 4.12 4.29
63
CAPÍTULO VII. CONCLUSIONES
En este capítulo se presentan las conclusiones más relevantes como consecuencia del
trabajo de la investigación con base a los resultados derivados del pretest, el postest y las
hipótesis de investigación planteadas. También se incluyen comentarios personales sobre
la contribución del conocimiento generado y las perspectivas futuras.
VII.1 Conclusiones
Los resultados expuestos muestran que la aplicación de la estrategia de construcción de
prototipos de fácil adquisición y/o bajo costo basada en el aprendizaje activo permite a los
estudiantes una mayor asimilación de ideas significativas en los temas del campo eléctrico
y magnético estacionario en un porcentaje superior al de los alumnos que reciben una
enseñanza tradicional.
Así mismo esta estrategia promueve en los alumnos de bachillerato una ganancia en el
aprendizaje conceptual en relación a la enseñanza tradicional e incide en el proceso de
enseñanza-aprendizaje de estos temas.
La aplicación de esta estrategia triplica como mínimo la ganancia conceptual a los grupos
de control, siendo en todos los casos estadísticamente significativas.
Se encontró que los alumnos tratados experimentalmente muestran un incremento en la
influencia en las actitudes, de tal manera que la estrategia de construcción de prototipos de
fácil adquisición y/o bajo costo basada en el aprendizaje activo promueve el interés y
motivación en los estudiantes del nivel medio superior en relación a estrategias
tradicionales.
El mayor reto que se ha tenido en el diseño y aplicación de esta estrategia ha sido
proporcionar un contexto a los estudiantes en donde sean capaces de analizar
procedimientos propios de la cultura científica que sirvan para validar, justificar y aplicar
los nuevos conocimientos científicos.
De esta experiencia se tiene que una de las debilidades de esta estrategia es el tiempo
requerido para desarrollar un tema debido a que tanto el profesor como el estudiante deben
realizar actividades y asumir actitudes a las que no están acostumbrados por lo que es
importante considerar lo siguiente:
1. Proporcionar un contexto a los estudiantes en donde sean capaces de analizar
procedimientos propios de la cultura científica y que es el profesor el que debe
realizar este trabajo ya que a los estudiantes de bachillerato les es difícil proponer y
problematizar situaciones de aprendizaje.
2. Proporcionar y/o solicitar a los estudiantes de manera anticipada los materiales
necesarios para la construcción del prototipo para minimizar el factor tiempo.
3. Brindar asesorías a los estudiantes cuando lo requieran.
4. Tener en cuenta permanentemente el rol del profesor y el estudiante con una actitud
64
cordial que favorezca un clima adecuados para que los estudiantes se sientan
cómodos y expresen sus ideas alternativas al explicar las situaciones problemáticas
a las que se han enfrentado y hacer ver que éstas no necesariamente deben ser
correctas desde una perspectiva científica pero que es el momento de sustituirlas por
otras ideas que tiene una perspectiva científica.
5. Seleccionar situaciones de estudio sencillas y los conceptos claves del tema a
desarrollar evitando la información enciclopédica que ponga en riesgo el tiempo
requerido para la construcción de los conceptos.
6. Hacer ajustes continuos y permanentes en las actividades y tareas así como a la
instrumentación de la estrategia particularmente cuando no se tiene experiencia.
Cabe mencionar que los resultados obtenidos con la aplicación de esta estrategia son
susceptibles de mejorarse ya que los resultados obtenidos dependen de la experiencia
adquirida en la aplicación de ésta.
Así mismo, la estrategia propuesta en éste trabajo de tesis puede ser considerada como una
estrategia de aprendizaje activo que puede ayudar en la comprensión de los conceptos del
campo eléctrico y magnético estacionario.
VII.2 Perspectivas
La propuesta de construcción de prototipos de bajo costo y/o fácil adquisición para los
conceptos de campo eléctrico y magnético puede utilizarse en escuelas de bajos recursos
en donde no se tenga la infraestructura adecuada, de tal manera que se pueda proporcionar
un contexto a los estudiantes en donde sean capaces de analizar procedimientos propios de
la cultura científica que sirvan para validar, justificar y aplicar los nuevos conocimientos
científicos.
En este mismo orden de ideas es posible desarrollar estrategias para otros temas de la física
que puedan proporcionar contextos a los estudiantes de bachillerato en donde sean capaces
de analizar procedimientos propios de la cultura científica y que sirvan para validar,
justificar y aplicar los nuevos conocimientos científicos en los diversos temas sin necesidad
de contar con una infraestructura sofisticada. En este sentido, se considera que para
sensibilizar sobre los beneficios de implementar este tipo de estrategias didácticas en la
enseñanza y aprendizaje de la física es importante socializarlas entre los profesores del
IEMSDF y otras instituciones.
También es posible ofrecer la posibilidad de contribuir en la actualización y en la
formación docente, de tal manera, que los profesores cuenten con herramientas didácticas
que los apoyen a realizar una dinámica de trabajo acorde a las nuevas tendencias de
enseñanza y aprendizaje de la física.
Un proyecto de investigación futura en consecución a esta investigación podría considerar
la validación de la pertinencia y eficacia de los prototipos en colaboración con expertos en
el tema de tal manera que se puedan hacer mejoras a la estrategia y los prototipos
propuestos.
Es posible también que esta misma estrategia pueda ser adaptada para aplicarse en un curso
65
introductorio de electromagnetismo a nivel licenciatura y brindar una alternativa para la
construcción de los conceptos en este tema, salvando la problemática de presentar los
conceptos de la física como un conocimiento acabado y abstracto, ya que las
investigaciones han mostrado que los estudiantes siguen teniendo deficiencias en la
comprensión de éstos conceptos aún en este nivel.
66
ANEXOS
Anexo 1 CUESTIONARIO PARA COMPARAR EL APRENDIZAJE CONCEPTUAL LOGRADO
EN LA INTRODUCCIÓN DEL LOS CONCEPTO DE CAMPO ELÉCTRICO Y
MAGNÉTICO ESTACIONARIO.
Ítem 1. Se frota con un paño de lana una barra de plástico, quedando la barra electrizada.
Explica esta electrización y dibuja (en la figura b cómo te imaginas que estaría distribuida
la carga en la barra electrizada.
a) b)
Ítem 2. Al frotar con un paño de lana una barra metálica, se comprueba que ésta no queda
electrizada. ¿Cómo se explica que no se electrice la barra?
Ítem 3. Con un bolígrafo cargado se toca una bolita de corcho. Al cabo de unos instantes se
observa que el bolígrafo y la bolita se repelen. Explica cómo puede producirse esta
repulsión.
Ítem 4. Un bolígrafo frotado es capaz de atraer un trocito de papel próximo a él. Explica
cómo se produce esta interacción.
Ítem 5. Se aproxima una hoja de plástico cargada al extremo de una barra larga de madera
sin tocarla, como se ve en la figura. En el otro extremo de la barra hay una bolita de
poliuretano. Explica si será atraída o no la bolita.
67
Ítem 6. En el punto P del espacio próximo a Q (Fig. 6a) se ha representado el valor de la
intensidad del campo E en dicho punto. ¿Cuál sería la representación que le correspondería
a la intensidad del campo eléctrico en ese punto si se coloca allí una carga negativa muy
pequeña (Fig. 6b)? Dibújala y explica tu contestación.
Ítem 7. A una cierta distancia de una carga Q se coloca otra carga pequeña q. ¿Las fuerzas
que se ejercen ambas cargas aparecerán en el mismo instante en que se ha colocado q, o
después de haber pasado un breve tiempo? Explica la respuesta.
Ítem 8. La figura muestra un bote metálico cargado negativamente. ¿Qué sucederá al
introducir un péndulo cargado positivamente dentro del mismo? Véase figura.
Ítem 9. A una cierta distancia de una carga Q se coloca otra carga q. ¿Las fuerzas que se
ejercen ambas cargas serán instantáneas? Explica la respuesta.
Ítem 10. La figura representa las líneas de campo eléctrico correspondientes a un conductor
esférico cargado cerca de un conductor esférico sin carga. a) Explica la forma de las líneas
de campo. b) Ordena los puntos A,B y C de mayor a menor intensidad de campo,
razonando cómo lo haces.
68
Ítem 11. Una pequeña muestra de diferentes materiales (cobre, clip de acero, aluminio,
latón, madera, caucho, poliestireno, PVC) se coloca enfrente del entrevistado, al que se le
hacen diferentes preguntas, como las siguientes:
a) ¿Qué les sucederá a esos objetos cuando se los coloca cerca de un imán?
b) ¿Por qué alguno de esos objetos son atraídos por el imán?
c) ¿Cómo puede actuar un imán incluso a distancia?
d) ¿Por qué el imán se comporta de esa manera?
Ítem 12. ¿Qué es un imán y cómo funciona?
Ítem 13. ¿Por qué crees que un imán como el de la figura atraerá a un material de hierro,
por ejemplo, un clavo?
Ítem 14. La línea de trazos de la figura representa la dirección del campo magnético
terrestre.
En el punto A hay una brújula y en el punto B se encuentra una partícula en reposo cargada
con una carga Q positiva.
a) Dibuja sobre A una flecha que represente la orientación de la aguja de la brújula.
b) Explica las razones de tu respuesta.
Ítem 15. Tenemos una espira fija en un circuito de corriente continua y en frente de un
imán, como se indica en la figura. ¿Qué sucederá? (Si para tu razonamiento utilizas alguna
ley física, indica cual es)
Ítem 16. Un estudiante afirma que, en la situación de la figura, el imán y la bolita de
poliestireno cargada con una carga Q negativa, se repelen mutuamente. ¿Estás de acuerdo
con dicha afirmación? Explícalo detalladamente.
69
Ítem 17. Una partícula cargada positivamente está en reposo en el plano y está situada
entre dos barras de imán tal como se muestra en la figura. El imán de la izquierda es tres
veces más poderoso que el de la derecha. ¿Cuál de las flechas que se representa en esa
misma figura indica mejor la fuerza ejercida por los imanes sobre la carga?
Ítem 18. El diagrama muestra un hilo largo recorrido por una intensidad de corriente i que
sale hacia afuera del papel. ¿Cuál sería la dirección del campo magnético en las posiciones
A y B? Elige una de las respuestas que se dan.
Íterm 19. Observa la figura y considera las agujas magnéticas dispuestas en las
proximidades de un hilo recorrido por una corriente eléctrica. Escoge la opción correcta que
indique el sentido de la corriente:
a) Perpendicular a la página en el punto O y orientada de arriba a abajo.
b) Paralelo a la página y orientada de izquierda a derecha.
c) Perpendicular a la página en el punto O y orientada de abajo a arriba.
d) Paralelo a la página y orientada de derecha a izquierda.
Ítem 20. ¿Qué le sucede a una carga positiva que se coloca en reposo en un campo
magnético uniforme? (Un campo uniforme es aquél en el que el módulo, la dirección y el
sentido son los mismos en todos los puntos.)
a) Se mueve con velocidad constante, ya que la fuerza es de módulo constante.
b) Se mueve con aceleración constante, ya que la fuerza tiene módulo constante.
70
c) Se mueve en un círculo a velocidad constante, ya que la fuerza siempre es perpendicular
a la velocidad.
d) Se mueve en un círculo, con una aceleración, ya que la fuerza es siempre perpendicular a
la velocidad.
e) Se queda en reposo, ya que la fuerza y la velocidad inicial son cero.
71
Anexo 2 CUESTIONARIO PARA DETERMINAR LA INFLUENCIA EN LAS ACTITUDES DE
LOS ALUMNOS HACIA EL APRENDIZAJE DE LA FÍSICA
Teniendo en cuenta que el nivel 5 indicaría indiferencia elige un número que está entre 0 y
10 para valorar tu acuerdo o desacuerdo con la sentencia de la tabla.
Sentencias para la valoración de la enseñanza recibida
Aspecto estudiado Valoración
1. Contenidos trabajados
1.a Objetivos claros
1.b Dificultad adecuada
1.c Se relacionan los conceptos y los temas
2. Forma de trabajar
2.a Metodología adecuadas de trabajo
2.b Condiciones para aprender
2.c Actividades adecuadas
2.d Puesta en práctica
2.d Buen clima de trabajo
3. Satisfacción
3.a Clases interesantes
3.b No quiero que llegue la clase
3.c Menos horas de clase
3.d Clima de cooperación
3.e Apoyo del profesor
72
Anexo 3 ENCUESTA DE OPINIÓN PARA LOS PROTOTIPOS EXPERIMENTALES
PROPUESTOS Y LOS MANUALES PARA LOS (DOCENTES Y ESTUDIANTES)
Nombre del Prototipo: ________________________ Número de Referencia: __________.
A continuación se presenta una serie de preguntas relacionadas con el prototipo propuesto y
manual de especificaciones: Marque con una X en la escala de A - E la que usted considere
se ajusta a su observación y criterio sobre el prototipo propuesto.
Escala para las preguntas relacionadas con el prototipo propuesto:
1 Deficiente 2 Regular 3 Bueno 4 Muy bueno 5 Excelente
1 2 3 4 5
1 Cumple el prototipo con los objetivos por el cual fue construido (Eficacia)
2 Se puede utilizar para otros objetivos (Versatilidad)
3 Es un recurso eficiente para el aprendizaje (Didáctica)
4 Originalidad del prototipo
5 Facilidad de obtención de los materiales empleados en la construcción del
prototipo
6 Facilidad de elaboración y /o construcción
7 Facilidad de operación y manipulación
8 Acabado y presentación (Estética)
Escala para las preguntas relacionadas con el manual de especificación del prototipo:
1 Deficiente 2 Regular 3 Bueno 4 Muy bueno 5 Excelente
1 2 3 4 5
1 ¿El objetivo didáctico del diseño se relaciona con el prototipo propuesto?
2 ¿Las imágenes del prototipo indican detalladamente las partes de éste?
3 ¿Los detalles de construcción permiten que otra persona pueda construir el
prototipo?
4 ¿Las actividades sugeridas para los docentes están relacionadas con el propósito
didáctico propuesto para el prototipo?
5 ¿El contenido sugerido se puede cumplir a cabalidad con el prototipo propuesto?
6 ¿Las preguntas sugeridas están relacionadas con el contenido de las actividades
realizadas con el uso del prototipo?
Comentarios y observaciones:
73
Anexo 4
PROTOTIPOS
Los prototipos que se proponen en la secuencia didáctica para el aprendizaje del campo
eléctrico y magnético estacionario están diseñados y construidos de tal manera que los
materiales utilizados sean fáciles de conseguir o en su defecto se puedan adquirir a muy
bajo costo. La propuesta consiste en un manual de uso docente y está elaborado en tres
etapas: La primera etapa se etiqueta con la letra A, aquí se encuentra la denominación, el
objetivo para el cual fue diseñado y el croquis del prototipo (una foto real del prototipo
fabricado). La segundad etapa se etiqueta con la letra B y en esta se explican los detalles de
construcción y funcionamiento del prototipo, el uso del prototipo, las observaciones y el
proyecto en el hogar como estrategia dirigida extra clase, para que cada estudiante la realice
individualmente y posteriormente la comente y trabaje en clase. La tercera etapa se
etiqueta con la letra C, aquí se describen las orientaciones para los docentes y estudiantes,
consiste en el desarrollo de los principales conceptos y leyes físicas involucradas en el
prototipo, las actividades y preguntas sugeridas.
Se sugiere que los prototipos 7 y 14 se presenten a los estudiantes como experimentos
demostrativos ya que la experiencia muestra que estos requieren más tiempo para su
construcción que los otros prototipos. Estos experimentos se presentan con el propósito de
mostrar la aplicación del campo eléctrico y magnético además de recurso motivacional
hacia los estudiantes.
74
EVIDENCIAS ELÉCTRICAS DE LA MATERIA 1A
Objetivo: Tener evidencias de que la materia es eléctrica.
Croquis del prototipo
Materiales para investigar la naturaleza
eléctrica de la materia
Detector simple de carga eléctrica
Fuerzas de atracción
Péndulo eléctrico (fuerzas de repulsión)
75
EVIDENCIAS ELECTRICAS DE LA MATERIA 1B
Materiales: un globo, un pedazo de tubo de PVC, una pluma de plástico bic, una barra de
vidrio, una lata de aluminio, papel aluminio, un vaso de unicel, un popote, una esfera, hilo
de nilón, un pedazo de tela de lana, un pedazo de tela de seda, cinta adhesiva.
Procedimiento de construcción:
Toma el popote y fíjalo en uno de sus extremos con diurex a la base del vaso y ponlo
sobre la mesa. Forra la bolita de unicel con papel de aluminio y amarra el hilo nylon a la
bolita, después suspéndela en el extremo libre del popote. Con esto tendrás un péndulo
electrostático.
Toma una botella de plástico y pon un poco de bolitas de unicel en su interior y después
coloca el tapón. Con esto tendrás un detector simple de electricidad estática.
Uso del equipo: Mostrar evidencias de que la materia es eléctrica, electrización por
frotamiento, contacto y polarización, atracción y repulsión de las cargas, detectores
simples de cargas electrostáticas.
Observaciones: La botella de plástico debe estar limpia y seca.
Proyecto para casa: Se sugiere que el estudiante consiga los materiales necesarios y
construya el prototipo en casa, para después realizar la actividad experimenta en clase o
en el laboratorio.
76
EVIDENCIAS ELECTRICAS DE LA MATERIA 1C
Conceptos y leyes físicas involucradas: Evidencias de que la materia es eléctrica,
producción de cargas eléctricas por frotamiento, contacto y polarización, detectores
simples de cargas electrostática.
¿Cómo sabemos que la materia es eléctrica?
Actividades sugeridas
a) Infla un globo. Después frótalo en tu cabello e intenta pegarlo a la pared.
b) Acerca el globo frotado a unos trocitos de papel.
c) Toma una lata de aluminio y colócala de tal manera que pueda rodar. Después toma el
tubo de PVC y frótalo en tu ropa o cabello, después acerca el tubo a la lata de aluminio.
d) Frota el tubo de PVC con la tela de lana y acércalo a un chorro pequeño de agua. Haz lo
mismo con el globo.
e) Acerca el tubo de PVC y el globo frotado al péndulo eléctrico.
f) Toma el tubo de PVC frotado y acércalo a la botella con unicel. Haz lo mismo con el
globo frotado.
g) Toma una pluma de plástico y frótala con la tela de lana y acércalo a unos trocitos de
papel.
h) Toma un tubo de cobre y frótalo con el pedazo de lana, después acerca el tubo de cobre
frotado a los pedacitos de papel, después acércalo al péndulo eléctrico y finalmente
acércalo a la botella con unicel.
i) Toma el tubo de PVC y frótalo con el pedazo de lana y ponlo en contacto con el péndulo
eléctrico, después toma una barra de vidrio y frótala con un pedazo de seda y acércalo
nuevamente al péndulo eléctrico
Preguntas sugeridas
1. Escribe tus observaciones de cada una de las actividades realizadas.
2. ¿Qué tipo de fuerzas se observa en estos fenómenos?
3. ¿Cuáles son los diferentes tipos de cargas eléctricas que existe?
4. De donde provienen las cargas eléctricas.
5. ¿Cuál es la regla de atracción y repulsión de las cargas eléctricas?
6. Cuando frotamos con lana una barra de plástico, la barra de plástico queda electrizada
negativamente, ver figura 1.
a) ¿El trozo de lana quedó electrizado?
b) ¿Cual es el signo de la carga en la tela de lana?
c) ¿Cuál de los dos cuerpos recibió electrones?
d) ¿Cuál de los dos cuerpos quedó con exceso de protones?
7. Cuando frotamos con seda una barra de vidrio, la barra de vidrio queda electrizada
positivamente, ver figura 2.
a) ¿El trozo de seda quedó electrizado?
b) ¿Cual es el signo de la carga en la tela de seda?
c) ¿Cuál de los dos cuerpos recibió electrones?
d) Cual de los dos cuerpos quedó con exceso de protones?
e) El número de electrones en exceso en la seda (cantidad de carga en ésta), ¿es mayor,
seda
lana
vidrio
plástico
o
seda
Figura 1
Figura 2
77
menor o igual al número de protones en exceso en el vidrio?
8. Explica en qué consiste la polarización eléctrica.
9. Explica el proceso de electrización por frotamiento, contacto y polarización.
10. En cada una de las experiencias realizadas haz un dibujo de cómo te imaginas que
estarían las cargas eléctricas con su correspondiente explicación.
11. El tubo de PVC frotado es capaz de atraer trocito de papel próximo a él. Explica con
dibujos y palabras cómo se produce esta interacción.
12. ¿Por qué cuando frotas la barra de cobre, ésta no atrae o repele al péndulo eléctrico o a
los pedacitos de papel?
13. ¿Qué puedes concluir de todas estas observaciones?
(Freyre R., 1999), (Máximo, 2001), (Paul G., 2001).
78
EL ELECTROSCOPIO 2A
Objetivo: Construir un electroscopio y explicar su funcionamiento.
Croquis del prototipo
Electroscopio
79
EL ELECTROSCOPIO 2B
Materiales: un frasco de vidrio con tapa rosca, lámina de latón de 0.5mm de grosor,
alambre de cobre del número 22, un tornillo de 1/8 de pulgada de grosor y 2 pulgadas de
largo con 2 rondanas y 2 tuercas, un pedazo de acrílico.
Procedimiento de construcción:
Con unas tijeras corta un pedazo de
lámina de 3 cm x 20 cm y de esta
corta la lámina fija en forma de cruz
como se muestra en la fotografía,
después realiza las perforaciones
observadas, esta será la lámina fija.
Corta otro pedazo de lámina de 0.5
cm de ancho x 10 cm de largo y
aplica soldadura con el cautín a un
eje de cobre (trozo de alambre del
No. 22), esta será la lámina móvil.
Ahora haz una perforación en la tapa
del frasco de tal manera que el
tamaño sea más grande que el grosor
del tornillo. Después corta dos
pedazos de lámina de acrílico y haz
una perforación del tamaño del
tornillo.
Dobla la lámina como se muestra en
la fotografía y arma todos los
elementos.
Uso del equipo: como detector de carga electrostática o detector de un campo eléctrico
estacionario, también se puede mostrar la electrización por contacto y la diferencia entre
conductores y aislantes, entre otros.
Observaciones: si la tapa del frasco de vidrio es metálica, el tornillo debe quedar aislada
de la tapa con los pedazos de acrílico de otra manera no funcionará. Si hay problemas con
la construcción, éstos se resolverán en las sesiones de asesorías o clase o laboratorio.
lámina fija
lámina móvil
frasco de vidrio
armado de los materiales
80
Proyecto para casa: Se recomienda que el estudiante consiga los materiales y construya el
electroscopio en casa. Probar el funcionamiento del electroscopio electrizando diferentes
materiales.
EL ECTROSCOPIO 2C
Conceptos y leyes físicas involucradas: conductores y aislantes, detector de carga
electrostática, detector de un campo eléctrico estacionario, electrización por contacto e
inducción.
¿Por qué la lámina del electroscopio se mueve cuando le acercas un cuerpo
electrizado?
Actividades sugeridas
a) Frota un tubo de PVC con un pedazo de lana o un globo inflado en tu cabello y ponlo en
contacto con el tornillo del electroscopio, como se muestra en la fotografía 1.
b) Carga el electroscopio por contacto y después toca con el dedo el tornillo del
electroscopio, fotografía 2.
c) Carga el electroscopio por contacto, ahora toca el electroscopio con un pedazo de metal.
d) Carga el electroscopio por contacto, ahora toca el electroscopio con un pedazo de
plástico o vidrio, fotografía 3.
e) Carga el electroscopio, después trata de descargarlo soplando con tu aliento húmedo.
f) Toma un péndulo eléctrico con una esfera de unicel forrada de aluminio. Coloca una
barra metálica sobre un vaso de vidrio de tal manera que uno de los extremos este en
contacto con la esfera como se muestra en la fotografía 4. Después toca el extremo libre de
la barra metálica con un globo cargado por frotamiento. ¿Qué pasa con la esfera que está en
contacto con el extremo de la barra metálica
g) Repite el experimento del inciso f) pero en lugar de una barra metálica, coloca una barra
de vidrio o de plástico.
Fotografía 1 Fotografía 2 Fotografía 3 Fotografía 4
Preguntas sugeridas
1. Escribe tus observaciones de cada una de las actividades realizadas.
2. Usando dibujos y palabras explica el funcionamiento del electroscopio.
3. ¿Por qué cuando tocas el electroscopio cargado con tu dedo, éste se descarga.
81
4. ¿Por qué cuando tocas el electroscopio cargado con una barra de plástico, éste no se
descarga?
5. ¿Por qué cuando tocas el electroscopio cargado con una barra metálica, éste se
descarga?
6. ¿El aire húmedo de tu aliento puede descargar al electroscopio? Explica.
7. ¿Cómo afecta la humedad a la electrización de los cuerpos? Explica.
8. ¿Qué pasa con la esfera del péndulo eléctrico cuando realizas la actividad del inciso f).
¿Explica por qué ocurre esto?
9. ¿Qué pasa con la esfera del péndulo eléctrico cuando realizas la actividad del inciso g).
¿Explica por qué ocurre esto?
(Ceciliano H., Barrera G., 1996), (Máximo A., Alvarenga B., 2001), (Paul G., 2001),
µhttp://www.tecnoedu.com/F1000/Electroscopio.php
82
ELECTROFORO Y BOTELLA DE LEYDEN 3A
Objetivo: Ver, sentir y oír una descarga eléctrica y explicar el funcionamiento del
electróforo y la botella de Leyden.
Croquis del prototipo
Electróforo
Botella de Leyden
base de unicel
plato de aluminio
mango de plástico
foco fluorecente
83
ELECTROFORO Y BOTELLA DE LEYDEN 3B
Materiales: una placa de unicel de 30 x 30 cm, un molde de pasteles para aluminio, un
pistón de jeringa de plástico, un pedazo de tela de lana, un foco de neón, un led, un foco
fluorecente de 4 watts, un frasco de vidrio, un clavo de 2 pulgadas, una tachuela, papel de
aluminio para envoltura, pegamento instantáneo (cola loca).
Procedimiento de construcción:
La palabra electróforo viene del griego y
significa portador de carga, éste consiste
de dos partes, una placa de unicel que se
carga negativamente al frotarla con la lana,
y un molde de aluminio para pasteles que
permite transportar la carga a otro lado. El
mango que permite sostener el molde de
aluminio sin descargarlo, consiste en un
pistón de plástico de una jeringa que se
sostiene en el centro del disco
atravesándole y pegándole una tachuela
con pegamento instantáneo (cola loca).
Electróforo.
La botella de Leyden es un dispositivo que
permite almacenar cargas eléctricas. Para
su construcción, toma una botella de vidrio
o plástico. Cubre la botella por fuera y por
dentro con papel aluminio. Se pone un
tornillo en la tapa y se une el papel de
aluminio de adentro a la tapa. Finalmente
coloca un alambre en la parte exterior para
observar la chispa.
Botella de Leyden
Uso del equipo: se puede utilizar para encender un foco fluorecente y un led, detección
del tipo de carga con un foquito de neón, mostrar el proceso de carga por inducción, entre
otros.
Observaciones: para que el led se encienda con la botella de Leyden debe conectarse la
polaridad correcta del led, la terminal más larga es el positivo y la terminal más corta es el
negativo del led, este último se conecta al clavo de la botella de Leyden. En el caso del
foco fluorecente y el foquito de neón no se tiene este problema. En caso de que se
presenten complicaciones en la construcción resolverlos en la sesiones de clase, asesorías
o laboratorio.
Proyecto para casa: Se recomienda que el estudiante consiga los materiales y construya el
electróforo y la botella de Leyden en casa y que pruebe el funcionamiento de estos.
84
ELECTROFORO Y BOTELLA DE LEYDEN 3C
Conceptos y leyes físicas involucradas: Almacenamiento de carga, proceso de carga por
inducción, frotamiento, contacto e inducción, efectos de la electricidad.
¿Cómo se puede encender una foco fluorecente con electricidad
estática?
Actividades sugeridas
a) Para comenzar a generar carga eléctrica y poder transportarla, se frota la placa de
unicel con lana. Después se coloca el molde sosteniéndolo del mango sobre la placa ya
cargada. Con un dedo tocamos brevemente el molde (posiblemente se sienta, se vea y se
escuche un chispazo), después se retira ésta de la placa de unicel sosteniéndolo del mango
con la otra mano. Se supone que el molde debe quedar cargado. Posteriormente acerca el
plato cargado a un péndulo electrostático o al electroscopio.
b) Encendiendo una lámpara fluorecente. Frota la placa de unicel con lana, después coloca
el molde sobre la placa frotada. Ahora toma la lámpara fluorecente y sostenla por uno de
sus extremos del tubo y aproxima el extremo libre al molde cargado.
c) Detección del tipo de carga con un foquito de neón. Frota la placa de unicel con lana,
después coloca el molde sobre la placa frotada. Toma el foquito de neón por una de sus
terminales y acerca la terminal que quedo libre al molde cargado. El electrodo próximo a la
región donde hay emisión de luz será el más negativo de los dos electrodos. De esta manera
es posible determinar la polaridad de diferentes objetos cargados.
d) Encendiendo un led. La manera más sencilla de encender un led es descargando la
botella de Leyden a través de éste. Primero carga el molde y después transporta esta carga
a la botella de Leyden poniéndolo en contacto con ésta. Después toma el led con la mano
por la terminal más larga (positivo) y coloca la terminal más corta (negativo) del led en el
clavo de la botella de Leyden.
Preguntas sugeridas
1. Escribe tus observaciones de cada una de las actividades realizadas.
2. Explica el proceso de carga por inducción.
3. Explicas el funcionamiento del electróforo.
4. ¿Por qué se enciende la lámpara fluorecente, el led y el foquito de neón?
5. Explicas el funcionamiento de la botella de Leyden.
(Freyre R., 1999), (Máximo, 2001), (Paul G., 2001).
85
GENERADOR VAN DE GRAAFF 4A
Objetivo: Construir un generador Van de Graaff y explicar su funcionamiento.
Croquis del prototipo
Generador Van de Graaff
86
GENERADOR VAN DE GRAAFF 4B
Materiales: una lata vacía de refresco, un clavo de 11/2 pulgadas, una liga grande de 1
cm de ancho y de 6 a 10 cm de largo, un pedazo de tubo de vidrio de unos 5x20
milímetros de los que se utilizan para el laboratorio de química, un pequeño motor de
corriente continua de 6 volts (de un juguete), dos cables de unos 15 cm de longitud, dos
piezas de tubo PVC 3/4 de pulgada de 5 o 7 cm de longitud, un cople de 3/4 pulgada de
PVC, un conector T de 3/4 PVC, cinta adhesiva, un bloque de madera de 10x10 cm,
pedazo de plastilina 4 pilas tipo D con su portapilas o un eliminador de baterías.
Procedimiento de construcción: Ahora construiremos un diminuto aparato que puede
generar hasta 12 000 volts a partir de una lata de soda y una banda de goma (liga). Este
aparato se llama generador Van de Graaff y puede producir chispas de unos 2 centímetros
de longitud, aunque el amperaje (la corriente) es muy poca, por lo que el aparato, con sus
12 000 voltios no es peligroso y produce electricidad estática.
Lo primero que hay que hacer es cortar una
pieza de 5 a 7 centímetros de un tubo de 3/4 de
pulgada de PVC y se fija a una base de
madera. Esta pieza sujetará el generador y nos
permitirá realizar el montaje de las demás
piezas y hacer ajustes.
El conector T de PVC sujetará el pequeño
motor. Para sujetar al motor es mejor envolver
alrededor algo de cinta aislante. Se puede dejar
el eje tal como está, pero es mejor ponerle algo
de cinta aislante o un tubito de plástico para
que actúe como polea para la banda de goma.
Luego perforamos un agujero a un lado del
conector T de PVC justo debajo de la polea del
motor. Este agujero se usará para sujetar el
"cepillo" inferior que es simplemente cable
pelado en un extremo y que está casi tocando
la banda de goma en la polea. Como se ve en
la foto, el cable pelado se sujeta en su lugar
con cinta adhesiva o pegamento. Se coloca la
banda de goma en la polea y se deja que
cuelgue del conector T. Ahora, cortamos unos
8 a 10 cm de tubo de 3/4 de PVC. Este irá
sobre el conector T, con la banda de goma en
el interior. Usamos un clavito para sujetar la
banda de goma.
El largo del tubo debe ser de la misma longitud
que la banda de goma. Esta no debe estar muy
estirada porque la fricción evitará que el motor
gire. Luego se perforan tres agujeros en el
acople de PVC. Dos de estos tiene que estar en
lata de refresco
base de madera
motor eléctrico
87
lugares opuestos porque sujetarán el clavito que actuará de eje para la banda de goma. El
tercer agujero se encuentra entre los otros dos y sujetará el "cepillo" superior, el que, al
igual que el de abajo se encuentra tan cerca que "casi" toca a la goma. El cepillo superior
se sujeta al tubo de unión de PVC y el acople se pone en el tubo de 3/4 sobre el soporte de
vaso de plastoform. La banda de goma se jala por el acople y se lo sostiene en su lugar con
el clavo. Se pela el cable y se le da unas vueltas para que los alambritos no se separen
mucho. El otro extremo del cable se sujeta dentro de la lata de refresco para que esté
eléctricamente conectado al "cepillo". Necesitamos un pequeño tubo de vidrio que
funcione como polea de baja fricción y como complemento "triboeléctrico" de la banda de
goma, ambos nos servirían para generar electricidad estática por fricción. El vidrio y la
goma son muy buenos generadores de electricidad. El tubo se consigue de un tubo de
vidrio que se usa en el laboratorio de química.
El siguiente paso es un poco difícil:
metemos el clavito por uno de los
agujeros en el tubo, luego se
introduce el tubito de vidrio,
después la banda de goma que debe
estar sobre el tubito de vidrio y
finalmente metemos el clavito en el
orificio del frente.
La banda de goma debe girar sobre
el tubito de vidrio y este girar sobre
el clavito. Después se fija el tubo de
PVC a la base. Es mejor usar
silicona caliente para que ayude a
que esté estable. Ahora ya podemos
usar una lata de refresco, esta se
usan porque no tienen esquinas, lo
cual minimiza la "descarga de
corona". Con una cuchilla, corta un
agujero en la base de la lata. Con el
mismo borde del corte en la base, se
hace sujetar el cable pelado del
"cepillo" y se presiona la lata hasta
que toque el vaso cortado.
Finalmente, soldamos unos cables al
motor para las pilas. Se pueden usar
4 pilas tipo D de 1.5 volts
conectadas en serie para alimentar el
motor eléctrico o un eliminador de
baterías de 6 voltios.
Para hacer funcionar el Van de Graaff conecta las pilas al motor eléctrico. Si los "cepillos"
están muy cerca, pero sin tocar a la banda de goma, sentirás una chispa que sale de la lata
de refresco al acercar el dedo.
Para la construcción del molinete eléctrico: Toma un broche para encuadernar hojas y
dobla en forma de z. Corta los extremos en punta como se muestra en las fotografías
88
siguientes. Haz una pequeña abolladura con un clavo en el centro de masa del molinete
para que quede en equilibrio cuando lo coloques en la base. Toma un alambre del No. 12 y
forma una base para colocar el molinete.
Broche para encuadernar antes de doblar. Broche después de doblar con su base.
Uso del equipo: generador de carga electrostática por frotamiento y contacto, observar el
efecto de las puntas, potencial eléctrico, entre otros.
Observaciones: Se recomienda dar asesorías a los estudiantes para su construcción.
Proyecto para casa: El estudiante conseguirá los materiales en casa para iniciar su
construcción para después en clases o el laboratorio o en asesorías continuará con la
construcción.
89
GENERADOR VAN DE GRAAFF 4C
Conceptos y leyes físicas involucradas: generador de carca electrostática, líneas del campo
eléctrico, potencial eléctrico, electrización por frotamiento, contacto e inducción, efecto de
las puntas.
¿Cómo se puede construir un generador de electricidad estática?
Actividades sugeridas
a) Construye un generador Van de Graaff. Para construirlo sigue las instrucciones del
procedimiento de construcción y las recomendaciones del profesor.
b) Toma un alambre de cobre y conecta el electroscopio con el generador Van de Graaff y
observa lo que pasa, ver fotografía 4.
c) Una de las cosas interesantes para ver en el Van de Graaff es cómo las cargas iguales se
repelen. Toma papel de baño y corta tiras muy delgadas. Pega con cinta adhesiva los
extremos de las tiras de papel al Van de Graaff. Se verá como si la lata de refresco tuviera
cabello. Al encender el Van de Graaff, notamos que las tiras de papel adquieren la misma
carga y se ponen de punta, se observa que se repelen entre sí, ver fotografía 5.
d) Toma el molinete eléctrico y colócalo sobre el generador, como se ve en la fotografía 6.
Fotografía 4. Electroscopio y gen. Fotografía 5. Tiras de papel. Fotografía 6. Molinete y gen.
PREGUNTAS
1. ¿Qué ocurre con el electroscopio cuando lo conectas al generador Van de Graaff.
2. ¿Por qué los pedazos de papel que están pegados al generador se paran?
3. ¿A qué se debe que el molinete eléctrico gira cuando se carga con el generador?
4. Explica el funcionamiento del generador Van de Graaff.
Paul G. (2001), Félix E., Oyarzabal O., Velazco H. (1972),
µhttp://dcb.fi-c.unam.mx/users/franciscompr/docs/Gen_Van_D_Graaff.pdf ,
http://www.tecnoedu.com/F1000/Molinete.php
90
LÍNEAS DE CAMPO ELÉCTRICO 5A
Objetivo: Verificar experimentalmente que alrededor de todo cuerpo eléctricamente
cargado existen líneas de fuerza debido al campo eléctrico que son características de la
configuración del tipo de carga.
Croquis del prototipo
Visualizando el campo eléctrico.
electrodos
refractario con aceite
y te de manzan illa
generador
91
LÍNEAS DE CAMPO ELÉCTRICO 5B
Materiales: una fuente eléctrica de alto voltaje (monitor de computadora), un refractario,
dos electrodos de punta (cable del No. 12), dos electrodos de placas, un electrodo en forma
de anillo, bolsitas de te de manzanilla, aceite de cocina.
Procedimiento de construcción:
Para visualizar el campo eléctrico toma un
refractario y vierte aceite de cocina hasta
que se cubra el fondo. Coloca un
electrodo en el aceite y conecta al positivo
de la fuente. Después espolvorea té de
manzanilla (bolsita de té de manzanilla).
Finalmente conecta el generador van de
Graaff al electrodo y enciéndelo y espera
un momento hasta que se formen las líneas
de campo eléctrico.
Puedes hacer varias configuraciones como
un electrodo, dos electrodos con cargas de
signos diferentes, dos electrodos con
signos iguales, una placa y un electrodo,
dos placas paralelas, etc.
Uso del equipo: observación de las líneas de fuerza del campo eléctrico para diferentes
configuraciones de carga eléctrica.
Observaciones: Se recomienda una separación de 10 cm entre los electrodos para este
generador de electricidad estática.
Proyecto para casa: Se sugiere que esta actividad se realice en el laboratorio para tener
disponibilidad de materiales que pudieran faltar.
electrodos
refractario con aceite
generador
92
LÍNENEAS DE CAMPO ELÉCTRICO 5C
Conceptos y leyes físicas involucradas: líneas del campo eléctrico, intensidad del campo
eléctrico.
¿Se puede ver lo que existe alrededor de una carga eléctrica?
Actividades sugeridas
a) Coloca un de los electrodos de punta en un refractario y vierte aceite de cocina hasta
que se cubra el electrodo. Espolvorea té de manzanilla. Conecta el electrodo al positivo del
generador Van de Graaff. Enciéndela y el generador y observa las líneas del campo
eléctrico, ver fotografía 7.
b) Después coloca en el refractario dos electrodos de punta y separados por una cierta
distancia, vierte aceite y conecta uno al positivo y el otro al negativo de la fuente de alto
voltaje. Espolvorea una poco de té de manzanilla y después enciende la fuente de alto
voltaje, ver fotografía 8.
c) Ahora coloca en el refractario dos electrodos en forma de placa separados por una cierta
distancia, conecta los dos electrodos a la terminal positiva, espolvorea té de manzanilla y
después enciende la fuente de alto voltaje, ver fotografía 9.
Fotografía 7. Una carga + Fotografía 8. Dos cargas + y - Fotografía 9 Dos cargas + y +
Preguntas sugeridas
1. Dibuja las líneas de fuerza del campo eléctrico originado por una carga puntual positiva.
2. Dibuja las líneas de fuerza del campo eléctrico originado por una carga puntual negativa.
3. Dibuja las líneas de fuerza del campo eléctrico originado por dos cargas puntuales de
signos contrarios.
4. Dibuja las líneas de fuerza del campo eléctrico originado por dos cargas de signos
contrarios.
93
5. En la figura se muestra las líneas de fuerza del campo creado por dos cargas puntuales
+ Q y - Q. Considera los puntos P1 y P2 de la figura 3.
a) Traza en la figura los vectores E1 y E2 que representan el campo eléctrico en cada uno
de esos puntos.
b) Observa la separación de las líneas de fuerza, ¿Podrá concluir que E1 es mayor, menor o
igual que E2?
6. Una carga Q está fija en el centro de una mesa horizontal, como muestra la figura 4. Una
persona que desea averiguar si existe un campo eléctrico en P1, coloca en dicho punto una
carga q.
a) ¿Por qué se podría concluir que existe un campo eléctrico en P1?
b) ¿Cuál es la carga que creó el campo eléctrico en P1?
c) Al retirara la carga q del punto P1, ¿el campo eléctrico seguirá existiendo?
7. En la figura del ejercicio 6, traza el vector campo eléctrico en cada uno de los puntos P1, P2, P3, y P4.
8. Suponiendo que en el ejercicio 7, la carga Q fuese negativa, traza el vector campo
eléctrico en cada uno de los puntos P1, P2, P3 y P4.
9. Se tiene una carga q = 2x 10-7 C colocada en un punto P, la cual queda sujeta a una
fuerza F = 5 X10 -2 N, horizontal hacia la derecha, como se muestra en la figura 5.
P F
q
a) ¿Cuál es la intensidad del campo eléctrico en el punto P?
b) Muestra en la figura, la dirección y el sentido del vector E en P.
c) La fuerza que siente la carga q es instantánea o requiere algún tiempo para transmitirse.
Explica.
+
Figura 3
Figura 4
Figura 5
94
10. En la figura 6 de este problema están representadas las líneas de fuerza del campo
eléctrico creado por dos cargas puntuales. Observa la figura y contesta:
a) ¿Cuales son los signos de las
cargas Q1 y Q2?
b) El valor de Q1, ¿es mayor, menor, o igual que Q2?
c) La intensidad del campo eléctrico en la proximidad de Q1, ¿es mayor, igual o menor que
en la proximidad de Q2?
11. Suponga que se conoce el vector campo eléctrico E en un punto. Diga en qué sentido
tiende a moverse una carga eléctrica colocada en dicho punto, si el signo de la carga es:
a) positivo, b) negativo.
(Ceciliano, 1996), (Máximo 2001), (Paul G., 2001).
Figura 6
95
JAULA DE FARADAY 6A
Objetivo: Construir una jaula de Faraday y explicar su funcionamiento.
Croquis del prototipo
Jaula de Faraday
96
JAULA DE FARADAY 6B
Materiales: un pedazo de malla de alambre de 30 x 30 cm, un pedazo de unicel de 30 x 30
cm, cinta adhesiva, papel sanitario, tijeras.
Procedimiento de construcción: Si un cuerpo está fabricado con un material conductor,
las cargas eléctricas se desplazarán y reacomodarán hasta que no se ejerza ninguna fuerza
sobre ellas. Es decir, hasta que se anule el campo eléctrico en el volumen del mismo. La
Jaula de Faraday es el arquetipo de estos cuerpos.
Para su construcción toma una malla de alambrea y corta un pedazo de 30 x 45 cm, enrolla
hasta formar un cilindro y amárralo con pedazos de alambre, corta tapas circulares y
colócalos en los extremos del cilindro de malla metálica. Corta tiras de papel sanitario
muy delgados y pégalos en el exterior del la jaula con cinta adhesiva de tal manera que
unos queden por fuera y otros en el interior de la jaula. Después coloca la jaula sobre una
base de unicel de 30 x 30 cm.
Malla de alambre para construir la jáula de Faraday.
Uso del equipo: mostrar la distribución de cargas eléctricas en un conductor, el campo
eléctrico en el interior de un conductor es cero.
Observaciones: la jaula de Faraday se puede cargar utilizando el electróforo o el
generador de Van de Graaff
Proyecto para casa: Los estudiantes conseguirán el material en casa para su construcción.
97
JAULA DE FARADAY 6C
Conceptos y leyes físicas involucradas: distribución de cargas eléctricas en un conductor,
el campo eléctrico en el interior de un conductor es cero.
¿Qué pasa con el campo eléctrico en el interior de un conductor?
Actividades sugeridas
a) Construye una jaula de Faraday y pega tiras de papel en su exterior y en su interior,
como se muestra en la fotografía del procedimiento de construcción.
b) Carga la jaula de Faraday con el generador Van de Graaff. Observa lo que ocurre con
las tiras de papel, ver fotografía 10.
c) Con un alambre de cobre conecta el electroscopio a la parte exterior de la jaula de
Faraday. Después carga la jaula, fotografía 11.
d) Con un alambre de cobre conecta el electroscopio a la parte interior de la jaula de
Faraday. Después carga la jaula de Faraday, ver fotografía 12.
Fotografía 10. Jaula y generador. Fotografía 11. Jaula y electroscopio. Fotografía 12. Electroscopio y jaula.
Preguntas sugeridas
1. Una vez cargada la jaula de Faraday:
a) ¿Qué pasa con las tiras de papel que están en el exterior?
b) ¿Qué pasa con las tiras de papel que están en el interior?
2. Cuando la jaula de Faraday está cargada:
a) ¿Qué pasa con el electroscopio cuando está conectado al exterior de la jaula de Faraday?
b) ¿Qué ocurre con el electroscopio cuando está conectado al interior de la jaula de
Faraday?
3. ¿Qué pasa con el campo eléctrico en el interior de la lata? Explica cómo funciona la
jaula de Faraday.
4. Un pedazo de hule (un globo) es frotado en cierta región de su superficie, adquiriendo
así carga negativa en esa región. ¿Tal carga se distribuirá en toda la superficie del hule metal
98
(globo)? ¿Por qué?
5. Un pedazo de metal que se encuentra sobre un aislante, como se muestra en la figura 7
fue cargado negativamente. ¿Tal carga se distribuirá en toda la superficie del pedazo de
metal? ¿Por qué?
6. Un recipiente metálico de forma cilíndrica, está electrizado positivamente. Una persona
que sostiene mediante un mango aislante una pequeña bola que también es de metal, toca
con esta esfera los puntos A y B del recipiente, como muestra la figura 8.
a) Cuando el contacto se hace en A, ¿la esfera se electriza positivamente, negativamente o
no adquiere carga eléctrica? b) ¿Cuando el contacto se hace en B, se electriza la esfera?
¿Por qué?
7. Una jaula metálica posee carga electrostática. Dos personas A y B, se encuentran en
contacto con la jaula en la posición en que se muestra la figura 9.
a) ¿Por qué los cabellos de A se ven electrizados?
b) ¿Por qué en B no se observa este efecto?
8. Un estudiante encontró que la
presencia de una carga Q estaba perturbando el funcionamiento de un aparato eléctrico P
(cercano a Q). Deseando evitar esta perturbación, cubrió la carga Q con una campana
metálica, como muestra la figura 10. Al proceder de esta manera no pudo conseguir su
objetivo. ¿Cómo debió haber procedido (sin alejar Q del aparato)?
(Máximo, 2001), µhttp://www.tecnoedu.com/F1000/Jaula.php
aislante
metal
aislante
Figura 7
Figura 8
Figura 9
Figura 10
99
EL LIFTER 7A
Objetivo: Observar la levitación eléctrica y explicar el funcionamiento del lifter.
Croquis del prototipo
Prototipo para observar la levitación eléctrica.
lifter
aislante
fuente de alto
voltaje
100
EL LIFTER 7B
Materiales: monitor de computadora o T.V de plasma, madera balsa de grueso 5x1mm, y
grueso 2x2 mm, papel aluminio, alambre aislado del número 22, pegamento UHU, cinta
adhesiva.
Procedimiento de construcción.
Construcción de la fuente de alto voltaje:
Consigue un monitor de computadora o T.V de plasma. Quita la cubierta al monitor e
identifica el alambre rojo que se encuentra pegado al cinescopio (pantalla), este será el
positivo de la fuente de alto voltaje. La base metálica del monitor (chasis) será el negativo,
conecta un cable negro. Usa el botón del monitor para el encendido y apagado.
Fuente de alto voltaje.
Construcción del lifter:
1) Corta: tres tiras de madera balsa de 13cm de longitud del grueso 5x1mm (armazón del
triángulo), tres tira de 9cm de longitud del grueso 2x2mm (patitas), tres pedazos de papel
aluminio de 14x3 cm, ver fotografía 1.
2) Con las tiras de madera de 13cm de largo pega un armazón en forma de triángulo
equilátero y en los vértices pega las patitas (tiras de madera de 9 cm), deja secar.
3) Pega el papel aluminio al armazón de madera cubriendo completamente el armazón del
triángulo.
positivo
negativo
101
4) Fija el alambre aislado No. 22 en la parte superior de las patitas, de tal manera que haya
una separación de 4.5 cm entre el papel aluminio y el alambre, este será el positivo y, con
cinta adhesiva pega otro alambre al papel aluminio en la parte inferior, este será el
negativo, ver fotografía 2.
Fotografía 1. Fotografía 2.
Uso del equipo: Se puede utilizar para mostrar la aplicación de un campo eléctrico muy
intenso, como la ruptura eléctrica, levitación eléctrica, potencial eléctrico, recurso
didáctico motivacional, entre otros. Se recomienda que esta práctica la trabaje el profesor.
Observaciones: i) debes tener extremo cuidado con la fuente de alto voltaje: Antes de
hacer las conexiones asegurarte que la fuente de alto voltaje este apagada. Una vez
encendida debes tener mucho cuidado de no tocar el lifter y los alambres de
conexión porque es peligroso, ya que están a una diferencia de potencial de
20 000 volts (peligro alto voltaje). ii) Para que el lifter funcione debe construirse con las
medidas indicadas. Si el alambre está muy arriba del papel aluminio no levitará, si el
alambre está muy abajo se tendrá el efecto corona (la ruptura eléctrica) y no funcionará, si
es muy pesado no levitará (peso aproximado 2 a 3 g). iii) El papel aluminio debe de
envolver completamente al triángulo de madera cuando se pega, de otra manera no levitará.
Proyecto para casa: El estudiante construirá el lifter en casa. Después realizar la
actividad experimental en clase o en el laboratorio.
102
El LIFTER 7C
Conceptos y leyes físicas involucradas: aplicación del campo eléctrico estacionario, ruptura
eléctrica, equilibrio de fuerzas gravitacional y eléctrica, recurso didáctico motivacional.
¿Se puede hacer levitar un objeto con electricidad?
Actividades sugeridas
Conecta la fuente de alto voltaje al lifter. Después enciéndela y observa la levitación
eléctrica, ver figura.
Nota: Debes tener extremo cuidado con la fuente de alto voltaje: Antes de hacer
las conexiones asegurarte que la fuente de alto voltaje este apagada. Una vez
encendida no debes tocar el lifter y los alambres de conexión porque es peligroso,
ya que están a una diferencia de potencial de 20 000 volts (peligro alto voltaje).
Levitación eléctrica utilizando el lifter.
Preguntas sugeridas
1. ¿Cómo serán las líneas de campo eléctrico en el lifter? Investiga en internet y dibújalas.
2. ¿Cuáles son las fuerzas que actúan para mantener levitando el lifter?
3. ¿Qué pasa si aumenta el peso del lifter? ¿Levitará o no?
4. ¿Cómo explicas la levitación eléctrica? Investiga en internet.
http://jnaudin.free.fr/lifters/main.htm , (Millán, 2004), (Rincón,2009).
fuente de alto voltaje
lifter
aislante
cinta adhesiva
103
MAGNETISMO 8A
Objetivo: Identificar el imán como la fuente del magnetismo e identificar materiales
magnéticos y no magnéticos y explicar el origen del magnetismo.
Croquis del prototipo
Magnetismo inducido
Determinación del polo de un imán
104
MAGNETISMO 8B
Materiales: dos imanes de barra, clavos pequeños, clips, una lata de aluminio, alambre de
cobre, un pedazo de plástico, un pedazo de vidrio, un pedazo de madera, un pedazo de hilo
de costura.
Procedimiento de construcción: en este caso sólo se tienen que conseguir los materiales
indicados y realizar las actividades sugeridas que se describen en el manual de docente y
estudiantes.
Materiales para investigar el magnetismo.
Uso del equipo: se puede utilizar para mostrar los polos de un imán, la atracción y
repulsión entre los polos de un imán, materiales magnéticos y no magnéticos.
Observaciones: si el estudiante no consigue los imanes de barra puede utilizar los que
hay en existencia en el laboratorio.
Proyecto para casa: el estudiante conseguir en la tlapalería o ferretería los imanes de
barra para después realizar las actividades en clase o en la sesión de laboratorio.
105
MAGNETISMO 8C
Conceptos y leyes físicas involucradas: imanes y fuerza magnética.
¿Qué es un imán y que materiales atrae?
Actividades sugeridas
a) Materiales magnéticos y no magnéticos. Toma diferentes materiales como madera,
plástico, vidrio, un clavo, clip, cobre, aluminio, plastilina y acércalos al imán.
b) Polos de un imán. Cuelga un imán de barra de un cordel atado a su parte central. Espera
a que deje de girar. El extremo que apunta hacia el norte se llama polo buscador del norte y
el que apunta hacia el sur polo buscador del sur.
c) Ley de atracción y repulsión de los imanes Toma dos imanes, acércalos por los polos de
nombres diferente y después por los polos con nombres iguales, que es lo que observas.
d) Atravesando los materiales. Toma un clip y colócalo sobre la mesa. Después toma el
imán y ponlo por debajo de la mesa intenta atraer al clip.
Preguntas sugeridas
1. ¿Qué le sucederá a esos objetos cuando se los coloca cerca de un imán?
2. ¿Qué es un imán y cómo funciona?
3. ¿Cuáles son los polos de un imán?
4. ¿A qué se debe que el imán de barra colgado siempre regresa a la misma posición?
5. ¿Cómo determinas el polo de un imán?
6. ¿Entre qué polos de dos imanes existe una fuerza de atracción? ¿Y entre cuáles una
fuerza de repulsión?
7. ¿Puede existir un imán con un solo polo?
8. ¿Todos los materiales son magnéticos? Explica.
9. ¿Cómo explicas que el imán atraiga al clip aunque se interponga una barrera como la
mesa o tu mano o una cartulina?
10. ¿Cuál es el origen del magnetismo?
11. Suponga que posee algunos imanes en los cuales señaló cuatro polos con las letras A,
B, C y D. Observe que el polo A repele al polo B
- el polo A atrae al polo C
- el polo C repele al polo D
Y sabe que D es un polo magnético norte. En estas condiciones, puede usted concluir que
B es un polo norte o un polo sur?
12. Un imán AB es partido en tres pedazos, produciendo los nuevos imanes AC, DE, y FB,
como se muestra en la figura 11. En la figura indica el nombre (norte o sur) de cada uno de
los polos A, C, D, E, F y B, así obtenidos. (Craig K.,1993), (Máximo A., Alvarenga B.,
2001).
Figura 11
106
CAMPO MAGNÉTICO 9A
Objetivo: Verificar experimentalmente que alrededor de un imán existen líneas de campo
magnético.
Croquis del prototipo
Espectro magnético de un imán
Espectro magnético para dos imanes que
se atraen.
Espectro magnético para dos imanes que
se repelen,
107
CAMPO MAGNÉTICO 9B
Materiales: dos imanes de barra, una hoja de acetatos, limaduras de fierro.
Procedimiento de construcción: en este caso sólo se tiene que conseguir los materiales
indicados y realizar las actividades sugeridas que se describen en el manual de docentes y
estudiantes y colocarlos como se muestra en la fotografía.
Acetato sobre dos imanes.
Uso del equipo: Observar diferentes configuraciones de espectros magnéticos, como
determinar el vector de campo magnético 𝑩⃗⃗ ⃗.
Observaciones: utilizar limaduras de hierro muy fina para facilitar la observación de las
líneas de campo magnético. Si el estudiante no puede conseguir los materiales se puede
utilizar los que existen en el laboratorio de ciencias ya que generalmente hay en existencia.
Proyecto para casa: el estudiante conseguir en la tlapalería o ferretería los imanes de
barra y la limadura fina de hierro, después realizará la actividad en clase o en la sesión de
laboratorio.
108
CAMPO MAGNETISMO 9C
Conceptos y leyes físicas involucradas: líneas de campo magnético, determinación del
vector campo magnético 𝑩⃗⃗ ⃗.
¿Se puede ver lo que existe alrededor de un imán?
Actividades sugeridas
a) Líneas del campo magnético para un imán. ¿Cómo es el espació que rodea a un imán?
Toma un imán de barra y ponlo sobre la mesa y sobre este la hoja de acetato, ver fotografía
13. Espolvorea con los dedos limaduras de hierro sobre el acetato. Da unos golpecitos
sobre el acetato hasta que la limadura muestre las líneas que rodean al imán. Dibuja las
líneas que forman la limadura de hierro en torno al imán.
b) Líneas del campo magnético para dos imanes que se repelen. ¿Cómo es el espacio que
rodea a dos imanes que se repelen?
Toma dos imanes y acércalos por los polos sin que se toquen de tal manera que se repelan,
cubre con la hoja de acetato, ver fotografía 14. Espolvorea limaduras de hierro sobre el
acetato. Da unos golpecitos sobre el acetato hasta que la limadura muestre las líneas que
rodean a los imanes. Dibuja las líneas que forman la limadura de hierro en torno a los
imanes que se están repeliendo.
c) Líneas del campo magnético para dos imanes que se atraen. ¿Cómo es el espacio que
rodea a dos imanes que se atraen?
Toma dos imanes y acércalos por los polos sin que se toquen de tal manera que se atraigan,
cubre con el acetato, ver fotografía 15. Espolvorea con los dedos limaduras de hierro sobre
el acetato. Da unos golpecitos sobre el acetato hasta que la limadura muestre las líneas que
rodean a los imanes. Dibuja las líneas que forman la limadura de hierro en torno a los
imanes que se están repeliendo.
d) Determinando el vector campo magnético. Toma una brújula y coloca sobre una de las
líneas del campo magnético y observa hacia adonde apunta la brújula. Mueve la brújula
por la curvatura de la línea que elegiste y observa que pasa con la dirección de la brújula,
ver fotografía 16.
Fotografía 13. Fotografía 14. Fotografía 15. Fotografía 16.
Preguntas sugeridas
1. Dibuja las líneas de campo magnético para un imán.
2. Dibuja las líneas de campo magnético para dos imanes que se atraen.
109
3. Dibuja las líneas de campo magnético para dos imanes que se repelen.
4. ¿Entre qué polos de dos imanes existe una fuerza de atracción? ¿Y entre cuáles una
fuerza de repulsión?
5. ¿Qué es un campo magnético?
6. ¿A qué se debe las fuerzas de atracción y repulsión entre los imanes?
7. ¿Por qué un imán atrae a un material de hierro, por ejemplo, un clavo?
8. ¿Por qué un imán no atrae a un pedazo de vidrio o de madera o de cobre?
9. Explica cómo se determina, usando una brújula, la dirección y el sentido del campo
magnético 𝑩⃗⃗ ⃗, en un punto determinado.
10. En los puntos P1, P2 y P3 existe un campo magnético creado por el imán cuyo polo sur
se indica en la figura 12. Observe la orientación de las pequeñas agujas magnéticas
colocadas en dicho punto, y trece los vectores que representan el campo magnético 𝑩⃗⃗ ⃗, en
P1, P2 y P3.
(Craig K.,1993 ), (Máximo, 2001).
Figura 12
110
LA BRÚJULA 10A
Objetivo: Construir una brújula y explicar el funcionamiento.
Croquis del prototipo
Brújula
111
LA BRÚJULA 10B
Materiales: una botella de plástico, papel película de plástico para envolver alimentos,
una esfera de unicel del número 0, un clip, un pedazo de plastilina, una liga, papel
aluminio, alambre de cobre del No. 22 y un imán.
Procedimiento de construcción:
Corta la botella de plástico a una altura de 3 cm.
Corta la esfera de unicel por la mitad y fórrala con papel aluminio.
Corta un pedazo de alambre de cobre y fíjalo con plastilina en el fondo del recipiente, este
será el eje donde girará la media esfera de unicel.
Corta un pedazo de clip cuidando de que este recto. Frota el pedazo de clip con un imán
para magnetizarlo y después fíjalo con plastilina en la media esfera de unicel marcando los
polos de la brújula, como se muestra en la fotografía.
Vierte agua a la botella hasta que flote el unicel, después cubre con papel película la
botella y coloca una liga para fijar el papel película.
Uso del equipo: evidenciar el magnetismo terrestre, detector de un campo magnético
Observaciones: Para que la brújula gire se debe hacer un orificio en la base de la media
esfera de unicel. El papel película evita que el aire mueva la brújula y previene que el agua
se derrame cuando haya movimientos bruscos. Se recomienda brindar asesoría a los
estudiantes en caso de que lo requieran.
Proyecto para casa: el estudiante conseguirá los materiales en casa y construirá su propia
brújula.
botella de plástico
eje
media esfera de unicel
papel película
liga
112
LA BRÚJULA 10C
Conceptos y leyes físicas involucradas: campo magnético terrestre, dirección de las líneas
de campo magnético, la brújula como detector de un campo magnético
¿Por qué la brújula siempre apunta en una misma dirección?
Actividades sugeridas
a) Magnetismo inducido. Toma un clavo de hierro y prueba el magnetismo poniéndolo en
contacto con un clip, ¿es magnético el clavo de hierro? Ahora frotas el clavo de hierro
con un imán y prueba nuevamente el magnetismo del clavo de hierro poniéndolo en
contacto nuevamente con el clip, escribe tus observaciones.
b) Construcción de una brújula. Toma un pedazo de clip y frótalo con un imán, esta se
imantará. Ahora inserta el pedazo de clip en un pedazo de unicel y pon a flotar en agua, ver
fotografía 17 y 18. Observa que si giras la brújula, uno de los lados siempre apunta en la
misma dirección. ¿Cuál es el polo norte y sur magnético de la brújula que construiste?
Fotografía 17. Materiales para la construcción. Fotografía 18. Brújula terminada.
Preguntas sugeridas
1. ¿En qué consiste el magnetismo inducido? Explica.
2. ¿Qué es una brújula y como funciona?
3. ¿Cómo determinas el polo norte de la brújula?
4. ¿Cómo explicas que la brújula siempre apunte en la misma dirección?
5. ¿Cómo se puede detectar un campo magnético estacionario? Explica.
6. La figura 13 muestra unas líneas de inducción del campo magnético terrestre. Indique en
la figura el polo norte geográfico y el polo norte magnético. Indica también el sentido de la
líneas de inducción y diga si en el polo norte geográfico, están “entrando” o “saliendo” de
la superficie de la Tierra . Explique.
liga media esfera de unicel papel película
papel película
papel película
esféra de unicel
Figura 13
113
7. a) El polo norte de una aguja magnética. ¿Es atraído o repelido por el polo norte
geográfico de la Tierra?
b) Entonces, el polo norte geográfico de la Tierra, ¿es un polo magnético norte o un polo
magnético sur?
8. Considerando que el Sol que se muestra en la figura 14 está saliendo, responda:
a) ¿Cuál de los puntos M, P, Q y R indica la dirección hacia el Norte geográfico?
b) Observe los puntos A y B que se indican en la brújula, y diga cuál de ellos es el polo
norte y cual el polo sur de la aguja magnética.
(Craig K., 1993 ), (Máximo, 2001), (Paul G., 2001).
Figura 14
114
CAMPO ELECTRICO CONTRA CAMPO MAGNÉTICO 11A
Objetivo: Observar las fuerzas (interacciones) entre un campo eléctrico y magnético
estacionario.
Croquis del prototipo
Fuerzas eléctrica-eléctrica
Fuerzas eléctrica-magnética
Fuerzas magnética-magnética
Fuerzas eléctrica-magnética
115
CAMPO ELECTRICO CONTRA CAMPO MAGNÉTICO 11B
Materiales: un globo, un electroscopio, una brújula, un imán.
Procedimiento de construcción: en este caso sólo se tiene que utilizar el electroscopio y
la brújula ya construidos y realizar las actividades sugeridas que se describen en el manual
de docentes y estudiantes.
Electroscopio
Brújula
Uso del equipo: mostrar las interacciones entre los campos eléctricos y magnéticos.
Observaciones: utilizar el electroscopio y la brújula que se construyeron.
Proyecto para casa: el estudiante dispondrá de los prototipos ya construidos y realizara
la actividad en las sesiones de clase o laboratorio.
116
CAMPO ELECTRICO CONTRA CAMPO MAGNÉTICO 11C
Conceptos y leyes físicas involucradas: fuerzas (interacciones) entre campo eléctrico y
magnético y velocidad de propagación de la interacción.
¿Un campo eléctrico estacionario puede ejercer una fuerza con un campo
magnético estacionario y viceversa?
Actividades sugeridas
a) Toma un tubo de PVC y cárgalo por frotamiento, después carga el electroscopio por
contacto. Una vez que se ha cargado el electroscopio acerca y aleja repetidas veces el tubo
de PVC cargado al electroscopio sin tocarlo, ver fotografía 19. ¿El campo eléctrico del
tubo de PVC ejerce una fuerza en el electroscopio cargado?
b) Carga un tubo de PVC y cárgalo por frotamiento, después acércalo y aléjalo repetidas
veces a la brújula, como se muestra en la Fotografía 20. ¿El tubo cargado ejerce alguna
fuerza en la brújula?
c) Carga el electroscopio, después acerca y aleja un imán al electroscopio, ver fotografía
21. ¿El imán ejerce alguna fuerza sobre el electroscopio cargado?
d) Toma un imán y acércalo y aléjalo repetidas veces a una brújula, ver fotografía 22. ¿El
campo magnético del imán ejerce alguna fuerza sobre la brújula?
Fotografía 19. Fotografía 20. Fotografía 21. Fotografía 22.
Preguntas sugeridas
1. ¿Se observa alguna fuerza (interacción) entre un campo eléctrico y un campo magnético
(electroscopio cargado e imán)? Explica.
2. ¿Se observa alguna fuerza (interacción) entre dos campos eléctricos (electroscopio
cargado y globo cargado)? Explica.
3. ¿Se observa alguna fuerza (interacción) entre dos campos magnéticos estacionarios
(brújula e imán)? Explica.
4. ¿Se observa alguna fuerza (interacción) entre un campo magnético y un campo eléctrico
(brújula y globo)? Explica.
5. Las fuerzas (interacciones) observadas se transmiten instantáneamente o requiere un
tiempo para transmitirse. Explica. (Máximo A., Alvarenga B., 2001), (Paul G., 2001).
117
EL EXPERIMENTO DE ORESTED Y ESPECTRO MAGNÉTICO DE
CORRIENTE RECTILÍNEA
12A
Objetivo: Verificar experimentalmente que existe una relación entre la electricidad y el
magnetismo y observar las líneas de inducción de un conductor rectilíneo con corriente
continua.
Croquis del prototipo
Prototipo para observar la relación que existe entre la electricidad y el magnetismo.
Prototipo para observar el espectro de corriente rectilínea.
118
EL EXPERIMENTO DE ORESTED Y ESPECTRO MAGNÉTICO DE
CORRIENTE RECTILÍNEA
12B
Materiales: un foco pequeño de 1.5 volts, una base para el foco, alambre aislado del
número 22 una brújula, una pila de 1.5 volts tipo D, cinta adhesiva, cable de cobre del No.
12, limaduras de hierro y 2 cables con caimán, un pedazo de fomi de color amarillo de 10
x 15 cm.
Procedimiento de construcción:
Para el dispositivo del experimento
de Orested:
Pela los extremos de los cables para
que tengan contacto eléctrico y
conéctalos a la base del foco, después
haz pasar el alambre sobre la brújula
y fíjalo con cinta adhesiva, como se
muestra en la fotografía de la derecha.
Finalmente pela los extremos libres
de los alambres para que tengan
contacto eléctrico y conéctalos a la
pila.
Para el dispositivo que permite
observar el espectro de corriente
rectilínea:
Toma un cable de cobre del No. 12,
quita el aislante y dobla en forma de
u. Posteriormente atraviesa con el
alambre un pedazo de fomi amarillo y
colócalo sobre una base de cartón y
este sobre la base de madera, como
se muestra en la fotografía.
Finalmente conecta los extremos a
una pila de 1.5 volts.
Uso del equipo: mostrar la relación entre la electricidad y el magnetismo, efectos de la
corriente eléctrica, líneas de inducción de una corriente rectilínea.
Observaciones: El fomi de color amarillo es sólo para dar contraste al espectro observado.
Se sugiere dar asesorías a los estudiantes que lo requieran.
Proyecto para casa: el estudiante conseguirá los materiales en la tlapalería o ferretería y
realizará la construcción del prototipo en casa.
pila
brújula
foco
alambres
base de cartón
fomi alambre
base de madera
119
EL EXPERIMENTO DE ORESTED Y ESPECTRO MAGNÉTICO DE
CORRIENTE RECTILÍNEA
12C
Conceptos y leyes físicas involucradas: relación entre la electricidad y el magnetismo,
espectro magnético de una corriente continua, determinación del vector campo magnético.
¿Existen otras fuentes del campo magnético distintas a los imanes?
Actividades sugeridas
a) Conecta y desconecta repetidas veces los alambres a la pila y observa que pasa con la
brújula.
b) Intenta hacer girar la brújula conectando y desconectando los alambrea a la pila. Para
esto debes conectar y desconectar los alambres en el momento adecuado para hacerla girar.
c) Hacia donde se desvía la brújula cuando conecta uno de las terminales del alambre al
positivo de la pila y el otro extremo al negativo has un dibujo.
d) Hacia donde se desvía la brújula cuando inviertes las conexiones de los alambres, esto
es, el extremo del alambre que estaba conectado al positivo ahora lo cambias y lo conectas
al negativo y el que estaba conectado al negativo lo conectas al positivo de la batería.
e) Monta el dispositivo para observar el espectro de corriente rectilínea.
Preguntas sugeridas:
1. ¿Por qué se mueve la brújula cuando conectas el alambre a la pila?
2. ¿Qué es una corriente eléctrica?
3. a) Describe el experimento de Orested, ilustrando su explicación con un diagrama.
b) ¿Qué importante conclusión fue posible obtener de este experimento.
c) ¿Un campo magnético actúa sobre una carga eléctrica en reposo?
4. ¿Cuál es el hecho básico del electromagnetismo?
5. Considere dos cargas eléctricas, Q1 y Q2 cercanas entre sí. Diga si existirá entre ellas una
fuerza electrostática y una fuerza magnética en cada uno de los casos siguientes:
a) Q1 y Q2 se encuentran en reposo.
b) Q1 está en movimiento y Q2 se encuentra en reposo.
c) Q1 y Q2 están en movimiento.
6. En la figura 15, una corriente eléctrica de gran intensidad pasa por un conductor situado
por encima de una aguja magnética. En esta figura hay un error. ¿Cuál es?
7. Una persona está usando una brújula para orientarse. Pero cerca de ella hay un
conductor por el cual pasa una corriente continua de gran intensidad. ¿Cree usted que la
brújula indicará a la persona la orientación correcta?
8. Un conductor de electricidad está incrustado en una pared. Una persona desea saber si
Figura 15
120
existe o no en él, una corriente continua. Explique cómo puede comprobar este hecho
usando una aguja magnética.
9. a) ¿Cómo son las líneas de inducción del campo magnético producido por la corriente
que pasa por el conductor recto y largo? Trace un dibujo para ilustra su respuesta.
b) Describa la “regla de Ampere” que permite determinar el sentido del campo magnético
alrededor del conductor.
10. a) ¿Cuál es la dirección del vector 𝑩⃗⃗ ⃗ correspondiente al centro de una espira circular,
debido al paso de corriente por dicha espira?
b) Explique cómo se usa la “regla de Ampere” para determinar el sentido del vector 𝑩⃗⃗ ⃗ .
11. Un conductor rectilineo lleva una corriente i cuyo sentido es el que se indica en la
figura 16. Señala en el dibujo, la dirección y el sentido del campo magnético creado por la
corriente del conductor a una distancia r del alambre.
12. En la figura 17 se muestra la dirección y el sentido del campo magnético creado por
una corriente i en un conductor recto y largo. Indica en la figura cuál es la direccion de la
corriente.
13. El figura 18 muestra un alambre colocado en una dirección Sur-Norte, arriba y cercano
a una brújula. Cuando el circuito se cierra, el polo norte de la aguja de la brújula estará
apuntando, aproximadamente, para la dirección:
a) LO b) SN c) NS d) PQ e) OL
14. Dibuja las las líneas de inducción del campo magnético y el vector campo magnético 𝑩⃗⃗ ⃗
producido en un conductor rectilíneo en los siguientes casos:
a) la corriente entra perpendiculrmente a un plano.
b) la corriente sale perpendicularmente a un plano.
Figura 16
Figura 17
Figura 18
121
15. Sea B el valor del campo magnético creado por una corriente i, que pasa por un
conductor recto y largo , en un punto situado a una distancia r de este último.
a) ¿Qué relación hay entre B e i?
b) ¿Cual es la relación entre Be r?
c) Expresa matemáticamente esta relación.
16. Una partícula, con carga q = 2.0x10-6 C, es lanzada al campo magnético uniforme
B = 0.30 T, con una velocidad v = 5.0x103 m/s, y que forma un ángulocon 𝑩⃗⃗ ⃗ . Calcula el
valor de la fuerza magnética �⃑� que actuará sobre la partícula suponiendo que el valor de
es: a) 0° b) 30° c) 90° d) 180°
(Craig K., 1993), (Máximo, 2001), (Paul G., 2001),
http://www.tecnoedu.com/F1000/EspIRectilinea.php
122
EL ELECTROIMÁN 13A
Objetivo: Observar las líneas de inducción magnética de un electroimán y compararlo con
el de un imán permanente.
Croquis del prototipo
Visualizando el espectro magnético de un electroimán.
123
EL ELECTROIMÁN 13B
Materiales: 2 m de alambre esmaltado del número 22, un clavo de 2 pulgadas, una pila de
1.5 v, varios clips, una hoja blanca tamaño carta, limaduras de hierro.
Procedimiento de construcción: toma el alambre y enróllalo en el clavo. Cuida que el
enrollado cubra toda la longitud del clavo, con esto tendrás construido el electroimán.
Corta el alambre excedente y pela los extremos de los alambres para que puedan tener
contacto eléctrico con la pila.
Para hacer funcionar el electroimán se debe conectar los extremos de los alambres del
electroimán a la pila.
Electroimán
Uso del equipo: mostrar otras fuentes del campo magnético estacionario distintas a los
imanes, aplicación de un campo eléctrico y magnético, efectos de la corriente eléctrica.
Observaciones: los materiales se pueden conseguir en la tlapalería o ferretería.
Proyecto para casa: el estudiante conseguirá los materiales y construirá el electroimán
para trabajar la actividad en clase o el laboratorio.
electroimán
pila
124
EL ELECTROIMÁN 13C
Conceptos y leyes físicas involucradas: otras fuentes del campo magnético estacionario
distintas a los imanes, aplicaciones de un campo eléctrico y magnético.
¿Cómo es el espectro magnético de un electroimán con respecto a un imán
permanente?
Actividades sugeridas
a) Toma el electroimán y conéctalo a la pila. Acerca unos clips a éste, después desconecta
el electroimán de la pila y observa que pasa con los clips.
b) Toma el electroimán y sobre este coloca una hoja de acetato. Ahora conecta el
electroimán a la pila y después espolvorea limaduras de hierro sobre el acetato.
c) Toma un imán en forma de barra y coloca sobre este una hoja de acetato y después
espolvorea limaduras de hierro.
Preguntas sugeridas
1. Dibuja el campo magnético alrededor del electroimán.
2. ¿Cómo es la forma del campo magnético que hay alrededor de un imán de barra con
respecto al campo magnético que hay alrededor del electroimán?
3. ¿Cómo explicas el campo magnético que aparece en el electroimán?
4. Enuncia la regla de la mano derecha.
5. ¿Qué aplicaciones prácticas se le pueden dar al electroimán?
6. a) ¿Qué es un solenoide (o una bobina)? Trace un esquema que ilustre su respuesta.
b) suponga una corriente que pasa por el solenoide que trazo. Dibuje algunas lineas de
inducción del campo magnético creado por esta corriente en puntos internos y externos del
solenoide.
c) Indique cuál es la extremidad del electroimán así obtenido, que se comporta como polo
norte.
7. En la figura de este ejercicio, tenemos una brújula delante de una bobina en la cual pasa
una corriente continua de gran intensidad. Si la brújula se cambiara a la posición X, la
aguja de la brújula deberá indicar la siguiente dirección:
a) b) c) d) e)
Figura 19
125
8. En la figura 20 se muestra un imán en las cercanías de una bobina. Después de que se
cierra el circuito, podemos afirmar que:
a) No habra corriente en la bobina.
b) El imán será expulsado de la bobina.
c) El imán permanerá como está.
d) El imán será atraído para dentro de la bobina.
e) El imán tendrá su polarización invertida.
9. Sea B el valor del campo magnético creado en el interior de un solenoide por el que
circula una corriente i y que tiene n espiras por unidad de longitud.
a) ¿Cuál es la relación entre B e i?
b) ¿Qué relación hay entre B y n?
c) Expresa matemáticamente esta relación.
10. Sea B la magnitud del campo magnético en el centro de una espira circular de radio R,
creado por una corriente i que pasa por dicha espira.
a) ¿Cuál es la relación entre B e i?
c) ¿Qué relación hay entre B y R?
d) Expresa en forma matemática estas relaciones.
(Craig K., 1993), (Máximo, 2001), (Paul G., 2001).
Figura 20
126
El LEVITRON 14A
Objetivo: Mostrar que es posible la levitación magnética y explicar el principio de
funcionamiento del levitron.
Croquis del prototipo
Prototipo para mostrar la levitación magnética.
levitron
imanes
estuche
de cd
127
El LEVITRON 14B
Materiales: un imán circular de 5 cm de diámetro exterior y 2 cm de diámetro interior, un
imán circular de 12 cm de diámetro y dos imanes de 10 cm de diámetro, un pedazo de
madera circular de 2 cm de diámetro, un estuche de cd.
Procedimiento de construcción: El levitron es un trompo que, bajo ciertas
condiciones, se mantiene suspendido un corto
intervalo de tiempo en el aire (10 a 15
minutos) sin ningún apoyo material visible, es
decir, levita. Este dispositivo consiste de una
base y un pequeño trompo constituido por un
disco con un eje cilíndrico que lo atraviesa
perpendicularmente. Tanto la base como el
trompo son imanes, orientados de modo que
son iguales los polos más cercanos: norte-sur
de la base frente al norte-sur del trompo.
El imán de la base es de mayor tamaño que el
imán del trompo, el cual tiene forma circular.
Para hacer el trompo utiliza el imán de 5 cm de
diámetro exterior y 2 cm de diámetro interior.
Coloca el pedazo de madera en el diámetro
interior y pégalo con cola loca. La base debe
tener 3 imanes grandes, uno grande (12 cm), y
los otros más pequeños (10 cm y 9 cm), los
imanes que podemos utilizar son de bocina o
parlantes; debes tomar las arandelas que
vienen pegadas a los imanes y lijarle los
remaches, estas arandelas son de ayudas a la
hora de levitar, consíguete unas cartas de
naipes para nivelar la base. Finalmente coloca
un estuche de cd donde girar el trompo para
después levantarlo muy lentamente y que se
quede levitando en su lugar.
Uso del equipo: recurso didáctico motivacional, aplicación del campo magnético para
observar la levitación magnética.
Observaciones: Cuando uses el levitron pueden suceder tres cosas: a) Que levite; si esto ocurre tienes
terminado el prototipo; b) Que salga disparada; en este caso tendrás que nivelarlo; c) Que
no levante; en este caso tendrás que colocar el peso adecuado.
peonza
128
Consejo:
Tener bien presente que los ajustes del aparato son delicados y que el adquirir las destrezas
necesarias para lograr que la peonza ruede o para conseguir la levitación no es tarea fácil.
12. Es fundamental una correcta regulación de la masa de la peonza. La masa de la
peonza se puede modificar con precisión de 0,1 g mediante unas arandelas que se
fijan al eje central o con pedacitos de plastilina.
13. Es frecuente la tendencia a salir disparada siguiendo las líneas del campo
magnético. Si esto sucede aumentar un poco la masa. También puede probarse a
levantar un poco las patas situadas en la dirección en que se desvía.
14. El "secreto" está en un lento ascenso del plato elevador (estuche de cd) hasta que
prácticamente no se note el peso de la peonza. Mantener entonces ligeramente la
posición y retirar el plato, con mucho cuidado, hacia abajo.
15. Y... paciencia, toneladas de paciencia (sobre todo al principio).
Proyecto para casa: El estudiante conseguirá los materiales y construirá el levitron en
casa.
129
El LEVITRON 14C
Conceptos y leyes físicas involucradas: aplicación del campo magnético estacionario,
equilibrio de fuerzas gravitacional y magnética, recurso didáctico motivacional.
¿Se puede hacer levitar un objeto con magnetismo?
Actividades sugeridas
Coloca el estuche de cd sobre la base del levitron y sobre ésta pon a girar el trompo.
Después levanta muy lentamente el estuche de cd hasta una altura en que observes que
empieza a levitar, ver figura
El levitron
Preguntas sugeridas
1. ¿Cómo serán las líneas de campo magnético en los imanes? Dibújalas
2. ¿Qué pasa si el trompo es muy pesado? ¿Levitará o no?
3. ¿Cuáles son las fuerzas que actúan para mantener en equilibrio el levitron?
4. ¿Cómo explicas la levitación magnética? Investiga en internet.
(Millán C., Mur J., Artal S., Usón A., Letosa J., 2004),
http://levitroncasero.blogspot.com/,
http://web.educastur.princast.es/proyectos/fisquiweb/Videos/Levitron/Index.htm
130
Apéndice A
Cálculo de la t de Student presentados en la tabla 6.4 de la sección VI.4.
Estadísticos
Grupo experimental E
𝑛𝐴 = 31
𝜈𝐴 = 31 − 1 = 30
Grupo de control C
𝑛𝐵 = 30,
𝜈𝐵 = 30 − 1 = 29
Campo
eléctrico
Campo
magnético
Campo
eléctrico
Campo
magnético
∑𝑦𝐴 (postest) 190 185
∑𝑦𝐵 (postest) 46 58
�̅�𝐴 = ∑𝑦𝐴
𝑛𝐴
6.12
5.96
-------
-------
�̅�𝐵 = ∑𝑦𝐵
𝑛𝐵
--------
--------
1.53
1.93
�̅�𝐵 − �̅�𝐴 6.12 - 1.53 = 4.96 5.9 – 1.93 = 4.03
𝑠𝐴2 =
∑𝑦𝐴2 − [
(∑𝑦𝐴)2
𝑛𝐴]
𝑛𝐴 − 1
4.12
2.93
-------
-------
𝑠𝐵2 =
∑𝑦𝐵2 − [
(∑𝑦𝐵)2
𝑛𝐵]
𝑛𝐵 − 1
--------
-------
1.56
1.71
𝑠2 = 𝜈𝐴𝑠𝐴
2 + 𝜈𝐵𝑠𝐵2
𝜈𝐴 + 𝜈𝐵
2.79
2.28
𝑠 = √𝜈𝐴𝑠𝐴
2 + 𝜈𝐵𝑠𝐵2
𝜈𝐴 + 𝜈𝐵
1.67
1.51
𝑡 = (�̅�𝐵 − �̅�𝐴) − (𝐵 − 𝐴 )
𝑠 √1𝑛𝐴
+ 1𝑛𝐵
11.80 ⇒ 𝒑 < 0.005
10.44 ⇒ 𝒑 < 0.0𝟎𝟓
Para realizar los cálculos se ha tomado en cuenta la siguiente tabla.
131
Estudiante
No.
Grupo experimental E
Respuestas correctas Grupo de control C
Respuestas correctas
Campo eléctrico Campo magnético Campo eléctrico Campo magnético pretest postest pretest postest pretest postest pretest postest
1 0 2 0 6 0 2 2 4
2 1 3 0 7 3 3 0 2
3 0 3 0 9 1 0 1 3
4 0 4 0 8 2 2 0 3
5 0 8 0 5 1 2 0 3
6 0 4 0 10 2 2 1 2
7 1 8 0 7 0 0 1 1
8 1 7 0 8 0 0 1 1
9 0 6 0 5 1 4 0 2
10 0 6 0 7 1 2 1 3
11 0 8 0 5 0 1 0 1
12 1 7 0 7 0 0 0 3
13 0 9 0 7 0 0 2 5
14 1 7 0 8 1 3 4 4
15 1 6 0 7 0 1 0 1
16 0 6 0 5 0 2 0 2
17 0 6 0 7 1 3 0 3
18 0 7 1 5 0 3 0 1
19 0 4 0 3 0 1 0 1
20 0 7 0 6 1 1 1 2
21 0 5 0 5 0 2 0 2
22 0 6 0 5 0 1 0 1
23 0 5 0 5 0 2 0 0
24 0 7 1 2 0 0 0 1
25 0 7 0 6 0 0 1 0
26 0 7 0 5 1 3 1 3
27 0 7 0 4 0 1 1 0
28 0 2 0 5 1 0 3 3
29 1 9 0 6 1 1 0 1
30 0 10 1 5 2 4 0 0
31 0 7 0 5
Total 7 190 3 185 19 46 20 58
132
Apéndice B
En el siguiente ejemplo se ha calculado para el primer estudiante del grupo experimental
y de control de la tabla 6.5 sección VI.5
Estudiante No. 1
Grupo
experimental E
Número de
respuestas correctas
Número de respuestas
incorrectas
Pretest
a = 0
b = 20
Postest
c = 8
d = 12
2 =(0𝑥2 − 20𝑥8)2(0 + 20 + 8 + 12)
(0 + 20)(8 + 12)(0 + 8)(20 + 12)= 10.00
buscando este valor en la tabla de se obtienen que 𝑝 < 0.005.
Estudiante No. 1
Grupo de control C
Número de
respuestas correctas
Número de respuestas
incorrectas
Pretest
a = 2
b = 18
Postest
c = 6
d = 14
2 =(2𝑥18 − 18𝑥6)2(2 + 18 + 6 + 14)
(2 + 18)(6 + 14)(2 + 6)(18 + 14)= 2.94
buscando en la tabla de se obtienen para este valor que 𝑝 > 0.05.
133
REFERENCIAS
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bachillerato. Reporte y reflexiones sobre un caso. Revista Mexicana de Investigación
Educativa, enero-junio, Vol. 5, número 9, Consejo Mexicano de Investigación Educativa
México 113-135.
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Arons, A. A Guide to Introductory Physics Teaching. New York: Willey (1990).
Barbosa L. (2008). Los Experimentos Discrepantes en el aprendizaje activo de la Física. 1Dpto
de Ciencias Naturales, Universidad Central, Cra 5 No. 21-38, Bogotá, Colombia.
Barrera G. (2009). Guía didáctica de termodinámica clásica para bachillerato. Tesis de maestría
en docencia para la educación media superior, Universidad Autónoma de México.
Benegas J. y Villegas M. (2001). La enseñanza activa de la física: la experiencia de la UNSL
Dpto. de Física - Instituto de Matemática Aplicada San Luis (IMASL) Universidad
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Benegas J. (2007). Tutoriales para Física Introductoria: Una experiencia exitosa de Aprendizaje
Activo de la Física. Latin-American Journal of Physics Education, Vol. 1, No.1, Sept.
2007, http://www.lajpe.org.
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