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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE YUCATÁN FACULTAD DE MATEMÁTICAS DIFICULTADES CONCEPTUALES Y PROCEDIMENTALES ASOCIADAS AL CONCEPTO FUNCIÓN Tesista Jesús Manuel López Cahun Asesora de tesis M. en C. Landy Elena Sosa Moguel Examen profesional para obtener el título de: Licenciado en Enseñanza de las Matemáticas Modalidad: Tesis Individual Mérida, Yucatán Julio de 2007

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UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE YUCATÁN

FACULTAD DE MATEMÁTICAS

DIFICULTADES CONCEPTUALES Y PROCEDIMENTALES

ASOCIADAS AL CONCEPTO FUNCIÓN

Tesista

Jesús Manuel López Cahun

Asesora de tesis

M. en C. Landy Elena Sosa Moguel

Examen profesional para obtener el título de:

Licenciado en Enseñanza de las Matemáticas

Modalidad: Tesis Individual

Mérida, Yucatán

Julio de 2007

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AGRADECIMIENTOS

El amor y la amistad son los pretextos perfectos para ser feliz

Jesús López

Agradezco a mi asesora y amiga, la M. en C. Landy Elena Sosa Moguel por ser mi

guía en este tan apasionante mundo denominado investigación. Por su comprensión,

sabiduría y sobre todo por su paciencia.

Agradezco a aquellas personas que han sido fuente de sabiduría y han logrado

formar en mí, a lo largo de ocho semestres, una persona de bien, gracias maestros.

De manera muy especial agradezco a: Landy, Eddie, Martha y Lupita por mostrarme

que la amistad va más allá de las fronteras y de las jerarquías sociales.

Sobre todo agradezco especialmente a esas personas que supieron soportar mis

ocurrencias, mis amigos, compañeros y colegas: Cristy, Eduardo, Erika, Jorge, Karla,

Kenny, Mayra, Nery, Tere. Gracias por estar siempre ahí. La vida no sería la misma

sin ustedes.

Finalmente, pero no menos importante, agradezco a mi familia por apoyarme en mis

sueños locos y enseñarme que salir de la tempestad no siempre significa la calma,

empero que la vida sin algo de turbulencia sería aburrida y vana. Gracias por confiar

en mí.

¡Mamá, lo logramos!

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INDICE

INTRODUCCIÓN i - iii

CAPÍTULO 1. EL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN

1.1 Introducción 1

1.2 Enseñanza y aprendizaje de funciones 2

1.3 Problema de estudio 3

CAPÍTULO 2. ANTECEDENTES

2.1 La enseñanza de funciones y algunas implicaciones 7

2.2 Evolución histórica y conceptual de función 13

2.3 La cognición y su incidencia en el aprendizaje 19

CAPÍTULO 3. MARCO TEÓRICO

3.1 Campos conceptuales 22

3.2 Transposición didáctica 24

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CAPÍTULO 4. ELEMENTOS METODOLÓGICOS

4.1 Etapas de la investigación 29

4.2 Ingeniería didáctica 30

4.3 Análisis preeliminar. Exploración y diseño 33

CAPÍTULO 5. ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS

5.1 Concepciones erróneas sobre el concepto función

presentes en los estudiantes 39

5.2 Dificultades en el aprendizaje de funciones 46

5.3 Errores asociados a la falta de discernimiento

en la identificación de funciones y ecuaciones 47

CAPITULO 6. CONCLUSIONES Y REFLEXIONES

6.1 La cognición, la epistemología

y la didáctica asociadas a los errores 56

6.2 Consideraciones para la enseñanza de funciones 60

BIBLIOGRAFÍA 62

ANEXOS 64

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INTRODUCCIÓN

La sociedad actual exige la formación de personas y profesionales capaces de

responder ante las necesidades propias de una comunidad, estas exigencias se

manifiestan por medio de cambios curriculares en todos los niveles educativos.

En el caso de la educación media, la población escolar se ve reducida

significativamente a consecuencia del rezago y la reprobación, situación que las

instituciones de este nivel educativo no han podido solucionar del todo.

En el Colegio de Bachilleres del Estado de Yucatán (COBAY) se ha observado la

existencia de esta problemática. Una de las áreas que más influye en esta situación

es la de matemáticas, siendo la asignatura conocida como "precálculo" una de las

que mayores dificultades de aprendizaje propicia en los alumnos y en la que tienen

su primer enfrentamiento al Cálculo; por ello, la atención a la reprobación y el rezago

se manifiesta importante.

Durante el curso de precálculo se estudian las funciones así como su representación

gráfica. El concepto “función” es piedra angular para el futuro estudio del Cálculo y

dadas las dificultades de aprendizaje y errores que cometen los alumnos al aplicarlo

en problemas que lo involucran, es que la presente investigación ha decidido ser

desarrollada.

El presente trabajo busca identificar las dificultades a las cuales se enfrenta el

alumno durante el estudio de la asignatura Precálculo, particularmente del concepto

función, las cuales se reflejan en la falta de comprensión y conllevan una serie de

errores al momento de manipular este concepto; estos errores eventualmente

desembocarán en un fracaso escolar (reprobación o rezago). La problemática de

nuestro estudio se centra en el análisis de aquellos errores que pueden catalogarse

como consecuentes de la dificultad que tienen los alumnos para discernir entre una

función y una ecuación.

i

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La búsqueda de errores se realizó por medio de cuestionarios, empleando la

ingeniería didáctica para el análisis preliminar de los reactivos presentes en ellas. El

propósito fue categorizar estos errores a través de las dificultades que el aprendizaje

de este concepto presenta.

Lo anteriormente expuesto, así como todo lo que conlleva la presente investigación

se detalla en los capítulos que dan cuerpo al estudio. A continuación daremos una

breve descripción de cada uno de ellos.

El capítulo 1 presenta el panorama general de la problemática de estudio, así como

el campo de incidencia del presente trabajo, de igual manera se mencionan, a

manera de ejemplo, algunas de las dificultades a las cuales se enfrentan los alumnos

al cursar Precálculo.

El capítulo 2 presenta algunos antecedentes de investigaciones que hacen referencia

a la problemática a estudiar, tales como: la epistemología del concepto, los enfoques

de enseñanza y los obstáculos cognitivos, que pudieran ser factores de las

dificultades y errores en los estudiantes, los cuales sirven de marco para explicar

algunos de los errores detectados.

El capítulo 3 presenta los aspectos teóricos considerados para el desarrollo de la

investigación, como son las teorías de los campos conceptuales y de la transposición

didáctica.

El capítulo 4 presenta los aspectos metodológicos bajo los cuales se desarrolló el

trabajo, así como el análisis a priori de los reactivos del primero de los dos

instrumentos aplicados a los alumnos, el cual tuvo como propósito explorar las

concepciones en torno del concepto función.

El capítulo 5 presenta el análisis e interpretación de la información recabada con el

instrumento exploratorio, para la identificación de errores de los estudiantes. Se

presentan las dificultades a las cuales se asocian dichos errores, así como una

posible explicación de los mismos. De igual manera, incluye la descripción de los

errores hallados con respecto a la problemática de estudio

ii

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El capitulo 6 presenta las conclusiones a las cuales se llegó como resultado del

estudio, así mismo se proponen una serie de consideraciones a tomar en cuenta si

se pretende, por medio de la enseñanza del concepto función, minimizar la

problemática de estudio.

De manera que, la conjunción de los seis capítulos que conforman el cuerpo de la

investigación, mostrarán como los errores cometidos por los alumnos referentes al

concepto función, pueden ser explicados con base en las dificultades a las cuales se

enfrentan y como estas pueden desencadenar en una serie de errores.

De igual manera, nos permitirán obtener un marco de referencia sobre las

consideraciones a tomar si se pretende disminuir, en cierto grado, los errores

asociados al concepto función.

iii

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EL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN

1.1 Introducción

Las dificultades en la enseñanza y el aprendizaje de las matemáticas pueden ser

estudiadas desde varias perspectivas y desde varios ángulos, por ejemplo, con base

en: el desarrollo cognitivo de los estudiantes, el currículo matemático, los métodos de

enseñanza, entre otros (Socas, 1997). El presente estudio se centrará en el primero

de estos puntos, es decir, en el desarrollo cognitivo de los estudiantes.

Uno de los fenómenos que se repite en distintos cursos de matemáticas es la

reducción de “aprendizajes” de los alumnos a la realización mecánica de

procedimientos y algoritmos. Es decir, en el aula no se prioriza la comprensión de

conceptos matemáticos y de sus significados, generando en los alumnos muchas

concepciones que no son congruentes con las aceptables en la matemática (Dolores,

2004).

Esta reducción de “aprendizajes” se puede notar claramente en Cálculo ya que como

señala Artigue (1995), “…si bien se puede enseñar a los estudiantes a realizar de

forma más o menos mecánica algunos cálculos (….) y a resolver algunos problemas

estándar, se encuentran grandes dificultades para hacerlos entrar en el campo de

Cálculo y para hacerlos alcanzar una comprensión satisfactoria de los conceptos y

métodos de pensamiento…”

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Uno de los conceptos que presentan mayor dificultad para ser aprendido es función,

el cual es importante para el estudio de las matemáticas y para las ciencias en

general, ya que es materia prima para el Cálculo. Por ejemplo, la medicina basa sus

resultados, en gran medida, en la experimentación para poder comprobar o

reformular algunas hipótesis, y es precisamente el cálculo la herramienta

indispensable para evaluar esta clase de experimentos (Malaespina, 2003; citado por

García, 2006).

1.2 Enseñanza y aprendizaje de funciones

En el Colego de Bachilleres de Yucatán (COBAY) el primer enfrentamiento que

tienen los estudiantes con el concepto función es al momento de cursar la asignatura

denominada matemáticas IV, en ella se estudian las funciones y sus gráficas, siendo

una de las asignaturas con mayores índices de reprobación, producto de las

dificultades de aprendizaje.

Algunas de las dificultades a las cuales se enfrentan los alumnos son, en primera

instancia, la diversidad de formas en la que es presentado el concepto función; dado

que es común que se empleen diagramas sagitales, conjuntos, gráficos, etc., para

ejemplificar lo que es una función, sin embargo estas representaciones del concepto

no siempre están dirigidas hacia una relación de correspondencia entre los

elementos de uno a otro conjunto.

Muestra de lo anterior, es que los estudiantes no pueden encontrar la función que

relaciona los elementos de dos conjuntos, cuando estos conjuntos son presentados

bajo esta notación, es decir, los estudiantes presentan grandes dificultades si se pide

que encuentren la función asociada a los siguientes conjuntos:

} }{{ 8,6,4,24,3,2,1 == BA

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Las soluciones dadas por los alumnos se enfocan en encontrar cuáles son los

elementos que se encuentran en ambos conjuntos, más que indicar cuál es la

relación existente entre estos, sobre todo cuando se utiliza la notación de conjuntos.

Por otra parte, el tratamiento que suele dársele al concepto va, por decirlo de alguna

manera, un poco rápido, no permitimos a nuestros estudiantes “conocer” al concepto;

nos hemos limitado a caracterizarlo y dar algunas de sus representaciones, sin

considerar todo el proceso evolutivo que ha sufrido.

Muestra de esto es, por ejemplo, que al presentarles la grafica de la función ( ) xxf = ,

donde solo toma valores enteros, los alumnos no consideran que este gráfico

represente a una función ya que, al ser de dominio discreto, se encuentra

fraccionada, es decir, no es “continua”.

x

Es posible que el hecho anterior explique de alguna manera el porqué los

estudiantes presentan grandes dificultades para encontrar la función asociada o la

que relaciona a dos conjuntos (como la presentada en líneas arriba), esto debido a

que se estaría trabajando, con funciones de dominio discreto.

1.3 Problema de estudio

Como se mostró en la sección anterior, existen dificultades asociadas al concepto

función, las cuales traen consigo consecuencias en el aprendizaje de los estudiantes,

tales como: la falta de transferencia del concepto a otras situaciones o problemas, no

considerar funciones con dominio discreto como tales, no percibir la presencia de

una función al cambiar el contexto en que es presentado, considerar una expresión

algebraica como función por el simple hecho de contar con un o alguna

notación similar, etc.

( )xf

Estas consecuencias podemos observarlas a través de los errores que los

estudiantes cometen, estos errores pueden ser de diversos tipos y tener distintos

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orígenes, pero nosotros solo nos centraremos en los que hemos denominado Errores

Conceptuales y Procedimentales.

Siendo así, se hace necesario definir lo que se entenderá por errores conceptuales y

procedimentales. Se considera errores conceptuales a aquellos significados que

poseen los alumnos, que distan de las conceptualizaciones matemáticas

institucionalizadas, entendiendo a las conceptualizaciones matemáticas desde la

perspectiva estricta de esta disciplina. Por su parte, los errores procedimentales

comprenden todas aquellas faltas (ya sean de tipo algebraico, aritmético, etc.) que se

presentan u observan en las operaciones que los alumnos emplean en un proceso

matemático.

Así, el presente estudio tiene como propósito identificar, clasificar y explicar estos

errores conceptuales y procedimentales, tomando como punto de partida las

dificultades que tienen los alumnos al estudiar funciones. Específicamente,

estudiamos la dificultad que existe para distinguir una función de una ecuación,

centrándonos en las consecuencias de carácter cognitivo, tomando como marco de

referencia los aspectos epistemológicos y didácticos relacionados con el aprendizaje

del concepto; todo lo anterior aplicado, como antes se mencionó, a alumnos que

cursan la asignatura Matemáticas IV (Precálculo) en el COBAY.

De esta manera, el estudio se centrará en los aspectos cognitivos que dificultan el

aprendizaje del alumno, estudiando la rama saber-alumno del triangulo didáctico.

S

A P

Figura 1. Campo de incidencia en el triángulo didáctico

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Ahora procederemos a puntualizar cuales son los aspectos que se considerarán en

cada una de las perspectivas que se pretenden abordar en este estudio, es decir,

describiremos que es lo que nos interesa en cada una de las perspectivas cognitiva,

epistemológica y didáctica.

En la perspectiva cognitiva se pretende estudiar los procesos mentales que surgen

en los alumnos al momento de enfrentarse a problemas que involucran la

manipulación de este concepto, se prestará mayor atención a aquellos procesos

mentales que provocan o pueden provocar un error procedimental o conceptual.

En la perspectiva epistemológica se pretende atender las dificultades que la ausencia

de un estudio epistemológico de los conceptos matemáticos puede provocar cuando

se presentan a los alumnos la diversidad de conceptos que el cálculo posee, es

decir, pretendemos estudiar aquellas dificultades conceptuales y/o procedimentales

que la desatención de la evolución e historia del concepto puede evocar en los

alumnos.

En la perspectiva didáctica se pretende mirar los errores cuya procedencia pudiera

atribuirse a la práctica docente, cabe aclarar que este aspecto, al igual que el

epistemológico, solo servirá como un marco de referencia para contextualizar e

identificar algunas causas de los errores conceptuales y/o procedimentales en los

alumnos.

De esta forma, el objetivo principal del presente trabajo es, en primer lugar, identificar

aquellas dificultades que presentan los alumnos cuando se enfrentan al concepto

función, esto con el fin de categorizarlas y explicar los posibles factores de tales

dificultades, de igual manera se pretende mirar aquellos errores conceptuales y/o

procedimentales que surgen a consecuencia de dichas dificultades.

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ANTECEDENTES

La historia de las matemáticas nos da cuenta de una gran diversidad de conceptos y

resultados que han surgido y que la fundamentan como ciencia, los cuales tienen un

origen y desarrollo propio, es decir, no surgieron de una manera espontánea; fueron

evolucionando y conformándose a lo largo del tiempo.

Por otra parte, las formas de transmisión del conocimiento tuvieron su propia

evolución, por lo que los medios y métodos para este propósito no siempre fueron los

mismos; de modo que, los objetos matemáticos se van transformando a lo largo de la

historia y al pasar de una persona a otra.

Estos cambios suelen mostrar su efecto cuando tratamos de manipular los conceptos

matemáticos. Por ejemplo, sabemos que los fenómenos que suceden a nuestro

alrededor pueden ser modelados a través de funciones, pero ¿por qué se pueden

modelar mediante una función? Esta pregunta no suele ser atendida durante la

enseñanza del concepto, es decir, no se hace explícito cómo a través de este

pueden modelarse. La respuesta a esta interrogante la encontramos en la historia y

evolución de las matemáticas, ya que en algún momento dicho concepto adquirió

esta propiedad para modelar fenómenos.

De manera que, a través del estudio de la historia y evolución del concepto, es

posible responder a esta y algunas otras interrogantes que los alumnos pueden tener

cuando tratan de entender lo que es una función, tales como: ¿por qué una función

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tiene un gran parecido con las ecuaciones?, ¿por qué la función representa

únicamente relaciones unívocas?, ¿por qué su representación gráfica es en planos

coordenados?, etc.

Lo expuesto anteriormente puede ser visto bajo una perspectiva distinta, es decir,

atendiendo a la enseñanza del concepto función; las nociones que los alumnos

podrían tener del concepto son el resultado, en gran parte, de lo aprendido en las

aulas.

La forma en que se presenta y trata el concepto en la escuela puede dar pie a una

serie de interrogantes en los alumnos, por lo que no es de extrañarse que lo

“aprendido” en una clase se transforme en un obstáculo cognitivo o epistemológico

en otra. Los profesores deben tener esto en mente cuando diseñan y planean sus

clases, ya que si consideramos que estos obstáculos no son fáciles de vencer y que

en varias ocasiones el tratar de remediarlos o eliminarlos de la cognición requiere de

un trabajo de investigación completo, entonces nos encontramos ante una situación

problemática que tiene que ser atendida.

2.1 La enseñanza de funciones y algunas implicaciones

La formación de profesionales capaces de crear las condiciones y experiencias para

que los alumnos generen un conocimiento significativo, es una de las principales

metas que pretenden lograr las instituciones formadoras de profesores. Las

matemáticas no están exentas de este hecho, es así que buscando que los nuevos

profesores sean capaces de lograr lo anterior procuran proporcionarles las

herramientas pedagógicas para su adecuado desempeño. Muy a pesar de esto, las

matemáticas son una de las materias que presentan un gran índice de reprobación y

en la que los estudiantes tienes bajo rendimiento académico.

Uno de los fenómenos que se pretende eliminar del sistema didáctico, incluidas las

matemáticas, es el llamado sistema tradicionalista de enseñanza, debido a que este

se encuentra “centrado en una visión academicista, racionalista y formal del

conocimiento escolar, en una visión del aprendizaje como “saco vacío”, de la

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metodología como la explicación directa de los conocimientos acabados a los

alumnos y de la evaluación como la medición de la capacidad de reproducir las

formas lingüísticas de los conceptos, y no de sus significados internos” (Porlan, p 33,

citado por Guerrero, 2005).

Por ejemplo, la forma usual de enseñar el concepto “función” es por medio de una

secuencia muy marcada:

a) Presentación del concepto por medio de conjuntos: En un principio se

presenta lo que es una función a partir de conjuntos, es decir, se muestra que

la función es una relación unívoca que mantienen dos conjuntos, esto a través

de un dibujo similar al siguiente:

De manera que, en un principio la función es presentada como algo que se

encarga de enlazar dos conjuntos, pero esto lleva a que los alumnos se

pregunten ¿por qué habría de relacionar dos conjuntos?, ¿cuál es el objeto de

hacer esto?, ¿qué significado tiene?, es ahí donde empiezan algunas

dificultades de aprendizaje. La forma en que se presenta el concepto función

es como un simple enlace de conjuntos, pero no se da la razón o las causas

del mismo ni se presentan al alumno situaciones en las que pueda identificar

cómo se relacionan ambos.

f

ContradominioDominio

Figura 1: El concepto función como una relación unívoca entre conjuntos

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b) Función como expresión al algebraica: Después, se muestra a la función

como una expresión algebraica. La confusión que yace en el alumno, se

produce (entre otros factores) cuando mentalmente hacen referencia a lo visto

en cursos anteriores, en los una expresión algebraica tenía que ser resuelta,

es decir, se tenía que encontrar los puntos en el eje de las abscisas que son

solución. Ahora, esta nueva forma de manejar una expresión algebraica a la

cual le han llamado “función” no tiene que ser resuelta de esta manera, en

esta ocasión lo que se hace es tomarla como la forma matemática de

representar un problema y que las soluciones que antes encontrábamos ahora

no necesariamente son los puntos que hacen que la función tome un cierto

valor (por ejemplo, cero).

Así, los conocimientos previos que se necesitan para entender el concepto

función pasan a ser, si no se emplean de manera adecuada, un obstáculo

para el alumno. De modo que, si no encuentra la forma de enlazar lo anterior

con lo nuevo tomará esto último como algo ajeno a lo ya aprendido.

c) Función representada en un plano cartesiano: Los conflictos más graves

surgen cuando se muestra que una función, al igual que las ecuaciones,

puede ser representada en un plano coordenado, esto puede llevar a que el

alumno se formule preguntas (o simplemente lo dé por hecho) como ¿una

función es una ecuación, o viceversa?, ¿estoy graficando ecuaciones o

funciones?, ¿el dominio de una función es siempre el conjunto de números

reales?, etc.

De igual manera, los ejemplos empleados para representar funciones son

curvas cuyo dominio, con mucha frecuencia, son los reales, esto lleva a que

los alumnos tengan conflictos al momento de enfrentarse con funciones cuyo

dominio sean los naturales o los racionales, esto es una de las causa de que

no conciban que una función con dominio en los racionales sea una función.

En síntesis, primero se presenta lo que es una función como una relación entre

conjuntos, denotándola con una “flecha” (f, en la figura 1), después se le asigna una

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expresión algebraica y luego se representan funciones en un plano coordenado. Sin

embargo, no es clara la transición entre una forma de representación y otra,

provocando algunas lagunas o concepciones erróneas en los estudiantes.

Bajo esta forma de enseñanza, la responsabilidad del aprendizaje de los alumnos

recae sobre los hombros del profesor, quien se convierte en una especie de

administrador de conocimiento, es decir, él es quien decide qué y cómo debe

aprenderse uno u otro concepto. Esto es, el profesor limita las posibilidades del

alumno para comprenderlo y experimentar con este, y no sienta las bases para

desarrollar elementos del pensamiento matemático, como son el lenguaje y el

pensamiento variacional.

Así mismo, este tipo de enseñanza dificulta las formas de aprendizaje del estudiante,

pues él se convierte en un agente pasivo, cuya única misión es la de guardar

información tal y como la presenta el maestro en turno, pudiendo recurrir únicamente

a recursos nemotécnicos cuando requiera manejar o aplicar los conceptos y

procesos matemáticos tratados en clases o cursos anteriores.

En cuanto al estudio que nos atañe, este tipo de enseñanza muestra al alumno como

un agente receptor de conocimiento y no productor del mismo, por lo que es difícil

que los alumnos cuestionen lo que el profesor enseña y, por ende, los métodos que

emplean al momento de dar solución a un problema planteado. En consecuencia, los

alumnos difícilmente podrán cuestionar y explicar fenómenos o resolver problemas,

ni utilizar lo aprendido en cursos posteriores, dado que bajo esta forma de

enseñanza no se les provee de experiencias, herramientas matemáticas ni

habilidades cognitivas para ello.

De igual manera, es posible que los errores cometidos por los estudiantes hayan sido

adquiridos del profesor mismo, más aún, las dificultades que los estudiantes

presentan en el estudio de matemáticas más complejas pueden ser consecuencia de

estas “herencias”, es decir, aquellas ideas y concepciones no aceptadas por la

matemática, que los profesores transmiten o generan en sus alumnos.

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Pero, ¿cómo son heredadas o transmitidas esas dificultades? Una posible causa de

esto es que los ejercicios y ejemplos propuestos por el profesor son aquellos para los

cuales ya ha encontrado solución, es decir, no suele presentar problemas que

requieran el uso de diversas estrategias o un tratamiento numérico, gráfico u otros,

para obtener la solución, privando a los estudiantes de acciones que contribuyan a

desarrollar su capacidad cognitiva y a construir su conocimiento.

Como afirma García (2006), “Los ejemplos y contraejemplos, la solución de un caso

particular, la posibilidad de modificar las condiciones iniciales y analizar qué

sucede…son los pasos necesarios para elaborar principios y teorías (...) Si

reflexionamos sobre nuestra práctica docente, se puede observar que los

procedimientos inductivos se relegan a segundo plano, tendencia que priva a los

alumnos del más poderoso instrumento de exploración y construcción del

conocimiento matemático”.

De esta manera, el profesor enfrenta a sus alumnos a problemas rutinarios cuya

solución es simplemente un proceso algorítmico que no necesita de un razonamiento

mayor y que se aplica solo bajo ciertas circunstancias, en ocasiones muy

específicas.

Esto lleva a que los alumnos no sean capaces de resolver problemas diferentes de

los que le fueron presentados en clase y en caso de intentar resolverlos procuren

crear las condiciones necesarias para que el método aprendido en el aula pueda ser

aplicado, es decir, los estudiantes aprenden los procedimientos del cálculo en un

nivel puramente algorítmico, que es construido sobre imágenes conceptuales

escasas.

Las circunstancias anteriores provocan que, al momento de iniciar con un estudio del

cálculo, los estudiantes presentan deficiencias conceptuales y procedimentales que

limitan su desarrollo óptimo en esta rama de las matemáticas; además, prevalece la

tendencia sobre el aprendizaje de las matemáticas, en particular el cálculo, como la

memorización de procesos algorítmicos.

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Como establece Artigue (1995):

Numerosas investigaciones realizadas muestran, con convergencias

sorprendentes, que si bien se puede enseñar a los estudiantes a realizar de forma

mas o menos mecánica algunos cálculos (….) y a resolver algunos problemas

estándar, se encuentran grandes dificultades para hacerlos entrar en el campo de

Cálculo y para hacerlos alcanzar una comprensión satisfactoria de los conceptos y

métodos de pensamiento que son el centro de esta campo de las matemáticas. Estos

estudios también muestran de manera clara que, frente a las dificultades

encontradas, la enseñanza tradicional y la enseñanza universitaria, aun si tienen

otras ambiciones tienden a centrarse en una práctica algorítmica y algebraica del

cálculo (….).

Podemos observar que el tipo de enseñanza tradicionalista no fomenta el

razonamiento lógico-deductivo, en ésta no hay mucho que deducir o razonar, solo

tenemos que observar que tipo de ejercicio es y aplicar la formula o el algoritmo

correspondiente.

Las dificultades que este tipo de enseñanza provocan son graves, ya que no existe

una base firme en la cual los estudiantes puedan fundamentar lo aprendido, aun más

no se sienten seguros de lo que saben y dudan mucho antes de optar por una forma

de solucionar un problema, pues carecen de estrategias para la resolución de

problemas.

Lo crítico de este asunto es que, durante la vida académica de los alumnos existe

una especie de reacomodo de sus formas de trabajo cada vez que inician un nuevo

curso, provocando que el enlace entre un conocimiento y otro carezca de significado,

es decir, se crean grandes dificultades para entender los motivos reales de lo antes

aprendido en relación con los nuevos conocimientos, así como para la transferencia

de estos.

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2.2 Evolución histórica y conceptual de función

El estudio de la historia y evolución de los objetos matemáticos nos permite tener un

panorama de las dificultades que tuvieron los grandes matemáticos al momento de

tratar de construir la base conceptual que rige a esta ciencia, de igual manera nos

permite observar que las matemáticas no son falibles pues como menciona Lakatos

(1976): “...las matemáticas lo mismo que las ciencias naturales, son falibles y no

indubitables; que también crecen gracias a la crítica y a la corrección de las teorías

que nunca están enteramente libres de ambigüedades, y en las que siempre cabe

posibilidad de error o de omisión”

De igual manera permite observar aquellos elementos que hicieron posible la

construcción de estos objetos como bien menciona Farfán y Hitt, 1983: “Existen

elementos que permiten, e históricamente hicieron posible, la construcción de un

concepto: todos estos son andamios de los que se vale el sujeto en su acción sobre

el objeto, para acceder al concepto en sí, andamiajes con vida efímera que,

circunstancialmente, son las herramientas con las que se captan los primeros

elementos del concepto y donde el ”error” y la sensibilidad a la contradicción

desempeñan un papel importante”

Así, la presencia del error durante la construcción de conocimientos matemáticos es

un factor que no se puede evitar del todo, pero de no ser controlado puede

desembocar en errores cada vez más graves, que dificultan la adquisición de

conocimientos más abstractos.

De igual manera un análisis histórico de los conceptos matemáticos nos permite

tener una idea intuitiva de cómo se desarrollan en la mente de nuestros alumnos ya

que existe una similitud entre el desarrollo cultural y científico que ha mostrado el ser

humano como especie y el desarrollo cultural y científico que muestra un ser humano

a lo largo de su vida (Sastre, et. al., 2006).

El concepto función “…es un objeto muy elaborado como consecuencia de

numerosas generalizaciones realizadas a través de una evolución de más de 2000

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años” (Ruiz, 1998) y como consecuencia de esta evolución ha sufrido varias

transformaciones hasta consolidarse como el concepto que hoy conocemos. Por

consiguiente, estas transformaciones son un factor importante a considerar si

queremos generar una adecuada enseñanza que posibilite el logro de aprendizajes

significativos en los estudiantes.

De igual manera, para que este concepto haya logrado sobrevivir en el tiempo tuvo

que ser transmitido de una generación a otra, es decir, pasar de ser un objeto de

saber a un objeto de enseñanza, dando lugar a la transposición didáctica de dicho

objeto; este hecho es importante considerarlo en la medida en que “del objeto de

saber al objeto de enseñanza, la distancia es, con mucha frecuencia, inmensa”

(Chevallard, 1998).

Lo antes mencionado, recae en una serie de complicaciones u obstáculos de corte

cognitivo para los alumnos, en la medida en que tienen que hacer frente a una serie

de “baches informativos” que la evolución y transposición del concepto han

generado, es decir, los alumnos deben aprender un concepto ya maquillado a lo

largo del tiempo y el trabajo de varios matemáticos.

Por lo anterior, el análisis epistemológico del concepto función se presenta oportuno

para entender las dificultades por las cuales se pasaron antes de lograr la

construcción de este concepto; una vez identificados estas dificultades podremos

mirar si estas se siguen presentando actualmente durante la enseñanza de este

concepto, es decir, miraremos en que medida estas dificultades se manifiestan al

momento de construir este concepto en el salón de clase.

De igual manera nos permitirá observar qué tipos de errores son provocados por la

permanencia de este tipo de dificultades, en otras palabras, podremos obtener un

panorama de los obstáculos ante los cuales se enfrentan los alumnos durante su

propia construcción de este concepto.

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Una vez establecido lo anterior, iniciemos con el análisis buscando identificar los

obstáculos que tuvieron que ser vencidos antes de establecerse como actualmente lo

conocemos.

En un principio las cantidades se describían de manera verbal o gráfica y no existía

una idea abstracta de variable. El conteo implica correspondencia entre un conjunto

de objetos y una secuencia de números para contar y las cuatro operaciones

aritméticas elementales son funciones de dos variables, como también lo son las

tablas babilónicas. Durante esta época todos los desarrollos fueron explicados

verbalmente, en tablas, gráficamente o por ejemplos (Sastre, 2005).

De esta manera, se puede observar que en un principio se tiene que tratar una idea

intuitiva de lo que es en sí una función, es decir, se tiene que evidenciar como refleja

la correspondencia entre dos conjuntos y que este tipo de situaciones las podemos

encontrar en las operaciones aritméticas elementales que no son ajenas a nosotros;

señalamos esto debido a que es común que este concepto sea presentado como

algo nuevo o ajeno a los temas tratados en cursos pasados.

Entonces el hecho de no considerar que la función se encuentre implícita en las

operaciones aritméticas que empleamos en la vida cotidiana hace que se conciba

como un objeto extraño a los temas ya vistos, es entonces que inconscientemente, al

hacer esto, creamos una especie de abismo entre los conceptos antes abordados y

el concepto función. De esta manera todos aquellos temas que involucren de alguna

forma este concepto no se lograrán asir fuertemente debido a este bache en el

conocimiento de los alumnos.

Todas estas inconsistencias de enlaces no permiten una adecuada aprehensión del

concepto función ya que no se encuentra un sentido en temas anteriores y aun

menos en posteriores, provocando una sensación de aislamiento de conceptos.

Como bien observa Dal, et. Al., (2006):

Conceptualizar un objeto matemático no puede ser sólo la automatización de ciertos

algoritmos o la comprensión de nociones, sino que implica una coordinación de

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registros de representación. Esta coordinación de registros es una de las condiciones

fundamentales para el aprendizaje de las funciones. La ausencia de coordinación no

dificulta toda la comprensión, pero favorece sólo en parte las transferencias y los

aprendizajes posteriores.

Durante la edad media se estudiaron fenómenos naturales y las ideas se desarrollan

alrededor de cantidades variables independientes y dependientes sin definirlas

específicamente. Una función se definía mediante una descripción verbal de sus

propiedades específicas, o mediante un gráfico, no utilizándose formulas (Sastre,

2005).

Se observa que la idea de función en este entonces se limitaba a describir las

propiedades físicas de la misma, involucrando variables no definidas y aun más no

se requería el empleo de una “fórmula”, entonces es razonable pensar que para

desarrollar una idea intuitiva de función no se requiere necesariamente el empleo de

una “fórmula”, basta con un gráfico; entonces el registro gráfico se muestra como un

aspecto a considerar, la pregunta es ¿Cómo representaban, en ese entonces, de

manera gráfica la relación entre dos conjuntos (propiedad de la función) si los

diagramas de Venn y la teoría de conjuntos aparecieron mucho después?.

Posteriormente durante el periodo moderno, que comenzó a finales del siglo XVI, las

funciones fueron equivalentes a expresiones analíticas. Y no fue hasta que

Descartes y Fermat decidieron darle un cambio a las cosas que la aritmética y el

álgebra lograron superar su subordinación a la geometría, dando lugar a la

construcción de nuevas curvas consecuencia de nuevas ecuaciones algebraicas que

antes no eran consideradas por no ser posible dibujarlas con regla y compás.

Esta ruptura entre el álgebra y la geometría permite analizar a cada una por

separado ya que, hasta cierto punto, no necesitamos de una para describir el

funcionamiento de otra. Esto nos da la libertad de analizar los objetos matemáticos

desde dos perspectivas diferentes pero que de alguna manera otro objeto

matemático logra unificar, entonces bajo lo anterior surgen preguntas como: ¿hasta

qué punto la geometría limita al álgebra y viceversa? Responder a esta pregunta nos

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permitirá observar cuales son las dificultades que surgen cuando se trata el estudio

de la función bajo un ambiente geométrico y bajo uno algebraico, logrando así

descubrir cuales son los errores que pueden surgir como consecuencia de darle mas

peso a alguno de estos registros durante el aprendizaje del concepto función.

Fue hasta 1692 cuando Leibniz utilizó por primera vez el término función para

referirse a cualquier cantidad que varia de un punto a otro en una curva, como la

longitud de la tangente, la normal, subtangente y de la ordenada. Así afirmaba “Una

tangente es una función de una curva”. No utilizaba el concepto de función de la

manera en que lo hacemos actualmente, para él una curva estaba formada por un

número infinito de tramos rectos infinitamente pequeños.

Se observa como la definición dada por Leibniz se da bajo un contexto grafico y

considera los cambios que sufre una partícula al moverse sobre la curva, es decir la

función puede ser una curva cualquiera. De igual manera considera a las curvas

(función) como un número infinito de tramos rectos infinitamente pequeños, lo que

conlleva a analizar a las curvas como la unión de rectas infinitamente pequeñas,

trabajando así en un ambiente infinitesimal.

Esta definición dada por Leibniz necesariamente conduce a una comprensión de lo

que es una recta infinitamente pequeña, lo cual induce a preguntar ¿Qué quiere decir

con “infinitamente pequeño”?, de esta manera es que la concepción de cosas

infinitamente pequeñas es una parte esencial en el estudio del concepto función.

Entonces cabe la pregunta ¿qué entienden nuestros alumnos cuando hacemos

referencia a cosas infinitamente pequeñas? y ¿qué tanto influye en la

Conceptualización de función que no se tenga una noción de lo que son las cosas

infinitamente pequeñas?

Responder a esto nos dará la bases para deducir que tipos de errores son

consecuencia de una falta de atención a lo que son las cosas infinitamente

pequeñas.

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Euler en 1775 define función como una expresión analítica “la función de una

cantidad variable es una expresión analítica compuesta de cualquier manera a partir

de esa cantidad variable y de números o cantidades constantes”, también amplia el

concepto función al admitir las llamadas curvas mecánicas, es decir, aquellas para

las que no tenemos una ecuación conocida, aun cuando su trazo en papel sea

seguido. La admisión de este tipo de curvas permitió que se dividieran las funciones

en continuas y discontinuas, siendo estas últimas las curvas mecánicas.

Es así que las curvas carentes de una ecuación analítica pasaron a ser parte de la ya

extensa gama de funciones.

Fueron Dalembert y Euler quienes lograron que este concepto evolucionara y

enriqueciera a partir que trataron de resolver el problema de la cuerda vibrante. La

discusión entre Dalembert (1717-1783), Euler y D. Bernoulli (1700-1782) se centró

alrededor del significado de “función” y versó sobre funciones que solucionaban este

problema, sosteniendo los dos últimos autores que se debían buscar soluciones mas

generales, ya que en el siglo XVIII se aceptaba sin demostración que: “Si dos

expresiones analíticas coinciden en un intervalo, ellas coinciden en todas partes”

En 1718 Bernoulli publica un artículo en el cual considera una función de una

variable como una cantidad que está compuesta, de alguna manera, desde esta

variable y constantes, y en 1753 propone una nueva solución al problema de la

cuerda vibrante. También formula la siguiente definición: “llamamos función a las

diversas cantidades dadas de alguna forma por una (cantidad) indeterminada x, y por

constantes ya sea algebraicamente o trascendentemente”; ésta se convierte en la

primera definición de función como expresión analítica.

El mayor efecto que produjo el debate sobre el problema de la cuerda vibrante fue

extender el concepto de función para permitir la inclusión de funciones definidas por

expresiones analíticas a trozos y funciones con gráfico y sin expresión analítica.

Fourier (1768-1830) conjeturó, pero no probó matemáticamente, que dada una

función podía desarrollarla, en un intervalo apropiado, mediante una serie

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trigonométrica. Esto rompió el “articulo de fe “del siglo XVIII, ya que no era claro que

dos funciones, dadas por diferentes expresiones analíticas, pudieran coincidir en un

intervalo sin la coincidencia fuera. Aporta la idea de función como correspondencia

entre dos conjuntos de números independiente de cómo esta correspondencia esté

dada pero limitada por la idea de que la gráfica sea una gráfica continua. Dando la

base para la posterior aparición de los diagramas de Venn.

En 1829 Dirichlet estableció las condiciones suficientes para que lo planteado por

Euler fuera posible (toda función podía ser representada por una expansión en

series) fuera posible y definió función como: “y es una función de la variable x,

definida en el intervalo , si para todo valor de la variable x en ese intervalo,

le corresponde un valor determinado de la variable y. Además, es irrelevante como

se establece esa correspondencia”

bxa <<

A partir de los trabajos de este matemático el concepto de función adquiere un

significado independiente del concepto de expresión analítica, (Youscakevith, 1976).

La teoría de conjunto iniciada por Cantor (1845-1918) produce una nueva evolución

del concepto de función, extendiéndose la noción de función para incluir: “toda

correspondencia arbitraria que satisfaga la condición de unicidad entre conjunto

numéricos o no numéricos”.

2.3 La cognición y su incidencia en el aprendizaje

Acercamientos cognitivos han señalado que la forma en la cual un estudiante

aprende matemáticas en un momento dado, puede impedirle procesar la información

que el profesor le está comunicando (Cantoral, 1995), es decir, los métodos para

procesar información adquiridos por los estudiantes en cursos pasados

(particularmente para las matemáticas) pueden representar un obstáculo para la

adquisición de nuevos conocimientos.

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Así, los procesos cognitivos que el alumno va forjando a lo largo de su vida

académica pueden pasar de ser estrategias de aprendizaje adecuadas a obstáculos

para la adquisición de nuevos conocimientos, es decir, las estrategias cognitivas que

los alumnos emplean para aprender ciertos conocimientos pueden ser el principal

problema cuando pretenden adquirir un conocimiento nuevo; su aprendizaje se

dificulta al aplicar antiguas estrategias de aprendizaje, al hacer falsas

generalizaciones o tener nociones erróneas previas de conceptos .

Como ejemplo, podemos mencionar lo reportado por Ochoviet, et. al. (2006): Los

estudiantes muestran resistencia a aceptar una gráfica de puntos como la gráfica de

una función. Pensamos que en esto incide el universo de gráficas con las que los

estudiantes han tomado mayor contacto en sus actividades escolares: “las de trazo

continuo”, es decir, tener la representación de la grafica de una función como un

trazo continuo no permite que los estudiantes consideren a las graficas de funciones

con dominio discreto como tales.

Los estudios cognitivos permiten obtener información sobre los procesos mentales

que ejecutan los alumnos al momento de enfrentarse a algún tipo de problema de

aprendizaje, en este caso, nos enfocaremos en aquellos que hacen referencia al

concepto función. De manera que, proporcionamos un panorama de las dificultades

cognitivas u “obstáculos” que pueden presentar o adquirir los alumnos al estudiar

este concepto, logrando inferir cuáles son los errores procedimentales y

conceptuales que pueden atribuirse a éstas

El estudio de los procesos mentales se hace importante debido a que éstos

posteriormente darán lugar a nuevos conocimientos, los cuales pueden representar

un obstáculo mucho mayor para la adquisición de otros nuevos saberes, formando

así una especie de círculo de conocimientos inestables, es decir, nociones de

conceptos que están influenciadas por otras nociones, pero ninguna de éstas tiene

una base firme de conocimientos, pudiendo tratarse de conjeturas no

necesariamente ciertas o ideas erróneas.

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MARCO TEÓRICO

La investigación cognitiva busca desentrañar y comprender la mente humana. Estos

estudios tienen una fundamentación empírica, se disponen de datos sobre los

procesos mentales con los que después se elaboran explicaciones que permiten una

cierta fundamentación teórica de los fenómenos del pensamiento (Cantoral, 1995),

que buscan describir los procesos mentales que surgen en un momento o

circunstancia dados.

Este tipo de investigación no pueden ser con base en observaciones directas, pues

su objeto de estudio no es susceptible de observación, sin embargo, es posible

obtener observaciones a partir de los productos externos de la mente como el

lenguaje, la memoria, las representaciones o el razonamiento, pero no así de los

procesos mediante los cuales estos ocurren (…) Los acercamientos cognitivos,

cuando se evocan a manipular estímulos y a registrar respuestas, admiten una gran

variedad de estructuras, representaciones, estrategias y procesos mentales que

configuran un verdadero sistema cognitivo (Cantoral, 1995), así podemos obtener

una serie de observaciones a partir de estas expresiones externas del pensamiento

pudiendo generar conjeturas sobre los procesos mentales que se pretenden

describir.

Como se ha señalado, la investigación busca identificar, clasificar y explicar los

errores conceptuales y/o procedimentales asociados al concepto función en alumnos

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de bachillerato, a través del análisis de las dificultades que genera el aprendizaje de

este concepto. A continuación, presentamos algunas de las teorías en matemática

educativa que podrían explicar aspectos que aborda la presente investigación.

3.1 Campos conceptuales

El objetivo de esta teoría es el de proporcionar un encuadre teórico a las

investigaciones sobre las actividades cognitivas complejas especialmente referidas a

los aprendizajes científicos y técnicos. Permite localizar las filiaciones y las rupturas

entre conocimientos desde el punto de vista de su contenido conceptual (Vergnaud,

1991). Y puesto que la presente investigación esta enfocada a la actividad cognitiva

de los alumnos, entonces, esta teoría nos permite una perspectiva amplia de las

filiaciones entre ecuación y función, en cuanto a conocimientos y conceptos se

refiere.

Como ya hemos mencionado en apartados anteriores, una dificultad a la cual se

enfrentan los alumno es la forma en la cual se presentan los conceptos matemáticos

y es que suelen ser definidos, en primera instancia, para posteriormente exponer la

forma de operar con ellos, sin embargo “un concepto no puede ser reducido a su

definición, al menos si se esta interesado en su aprendizaje y enseñanza” (Vergnaud,

1991).

Por consiguiente, el definir o caracterizar un concepto matemático no es suficiente

para lograr un aprendizaje satisfactorio, pues es a través de las situaciones y de los

problemas que se pretenden resolver que un concepto adquiere sentido (Vergnaud,

1991).

Ahora, la importancia de los conceptos no es en sí la del concepto mismo, sino más

bien en cuanto a lo que el conocimiento de dicho concepto me permite realizar, es

decir, los conocimientos adquieren sentido en cuanto su nivel de operatividad. Es así,

que los conocimientos, en cuanto a su operatividad, responden a dos tipos de

situaciones:

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1) Aquellas situaciones para las cuales el sujeto dispone en su repertorio de

competencias necesarias para el tratamiento relativamente inmediato de la

situación;

2) Situaciones para las cuales el sujeto no dispone de toda las competencias

necesarias para dar un tratamiento inmediato ante la situación.

De esta manera, el sujeto manipula el conocimiento por medio de “esquemas” que

responden, de una forma diferente, ante las dos tipos de situaciones anteriores.

Estos “esquemas” no son más que la organización invariante de la conducta para

una clase de situaciones dada (Vergnaud, 1991).

Los esquemas se encuentran presentes en la cognición de cada sujeto asociándose

y agrupándose para responder ante situaciones específicas. Por lo que las

competencias matemáticas también se encuentran sostenidas por esquemas

organizadores de la conducta, así por ejemplo:

El esquema de la resolución de las ecuaciones de la forma consigue

rápidamente un elevado grado de disponibilidad y de fiabilidad en los alumnos de

secundaria, principiantes en álgebra, cuando tienen valores numéricos

positivos y cuando . La serie de escrituras efectuadas por los alumnos muestra

claramente una organización invariante, que reposa a la vez sobre hábitos

aprendidos y sobre teoremas como los siguientes: “Se conserva la igualdad al restar

de los dos lados” y “se conserva la igualdad al dividir por los dos lados”

(Vergnaud, 1991).

cbax =+

cyba,

cb <

b a

Sin embargo, estos teoremas y hábitos aplican de igual manera para las funciones,

es decir, la forma de operar que tienen la función y la ecuación son muy similares, ya

que en ambas es posible despejar, también emplean, con mucha frecuencia, las

mismas letras para expresar las incógnitas y las variables (según sea el caso),

ambas modelan situaciones problema, etc. por lo que no parece extraña la existencia

de una confusión de conceptos, ya que, de existir en la cognición de los alumnos,

los esquemas serían muy similares o, en el peor de los casos, iguales, no pudiendo

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discernir, ante una situación que propicie el empleo de este esquema, cual de los

dos conceptos esta respondiendo a dicha situación.

Esta similitud de esquemas puede atribuirse al hecho de que “la fiabilidad del

esquema para el sujeto reposa en último extremo sobre el conocimiento que tiene,

explícito e implícito, de las relaciones entre el algoritmo y las características del

problema a resolver” (Vergnaud, 1991) sumado al hecho de que los algoritmos

empleados para las ecuaciones y las funciones presentan varias similitudes en su

estructura.

Ahora, considerando que "Un esquema reposa siempre sobre una conceptualización

implícita" (Vergnaud, 1991), entonces la existencia de esta confusión entre conceptos

responde a una conceptualización insuficiente de cada uno de los conceptos

"función" y "ecuación".

Lo interesante de este asunto no es que el esquema creado para ambos conceptos

sea el mismo, sino que este hecho se ve reflejado por medio de errores que cometen

los alumnos al manipular los conceptos, pero considerando que a nivel escolar el

orden en el cual se estudian es ecuación, en la educación secundaria, y

posteriormente función, en el nivel medio, entonces la peor parte se la lleva este

ultimo ya que durante su estudio el sujeto inicia con la creación de un nuevo

esquema (propio del concepto función) y debido a que el sujeto comienza a

reconocer analogías y parentescos con el esquema que había creado para ecuación

es que inicia un nuevo proceso que trata de ligar, a través de estas analogías y

parentescos, ambos conceptos. En pocas palabras el sujeto cae en la cuenta de que

los invariantes que intervienen en ambas situaciones son los mismos, llevándolo a

una generalización de esquemas.

3.2 Transposición didáctica

El concepto función es uno de los más importantes en matemáticas, por lo que su

aprendizaje es un tema obligado en los distintos niveles de la enseñanza. Por este

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motivo, en los últimos años ha sido objeto de muchas investigaciones en Didáctica

de las Matemáticas y como consecuencia de esta evolución ha sufrido varias

transformaciones hasta consolidarse como el concepto que hoy conocemos. Estas

transformaciones son un factor importante si consideramos que la transformación del

concepto ha alterado, de alguna manera, su estructura interna original e inclusive el

tipo de problemática a la cual responde.

De igual manera, para que este concepto consiga sobrevivir al tiempo necesitó ser

transmitido de una generación a otra, por lo que tuvo que pasar de ser un objeto de

saber a un objeto de enseñanza, dando lugar a la transposición didáctica de dicho

objeto, pero debido a que: “del objeto de saber al objeto de enseñanza, la distancia

es, con mucha frecuencia, inmensa” (Chevallard, 1998) es necesario considerar esta

serie de alteraciones cuando se tiene una intencionalidad educativa o de enseñanza.

Estas alteraciones recaen en forma de complicaciones u obstáculos de corte

cognitivo para los alumnos, esto considerando que durante el aprendizaje del

concepto función tienen que hacer frente a una serie de “baches informativos” que la

evolución y transposición del concepto han generado, es decir, los alumnos

aprenden un concepto ya maquillado por el tiempo y el trabajo de varios

matemáticos. Lo anterior a raíz de que el sistema de enseñanza crea una

epistemología artificial que puede conducir a una ruptura epistemológica con el saber

científico y a un distanciamiento entre el saber designado como “saber a enseñar” y

el “sabe enseñado” (Ruiz, 2000).

Es así que la presente investigación empleará esta teoría, la transposición didáctica,

para explicar algunas de las dificultades que sufren los alumnos al estudiar el

concepto función y como estas dificultades pueden ser reflejadas por medio de

errores conceptuales y procedimentales, esto considerando que esta noción teórica

permite identificar fenómenos que se refieren al contenido de la enseñanza, al

funcionamiento intrínseco de los sistemas didácticos y al propio sistema de

enseñanza en su conjunto, fenómenos que condicionan el aprendizaje de los

alumnos. Por otra parte, un problema al cual se enfrenta el sistema didáctico es a la

elección de estos saberes o contenidos a enseñar ya que esta selección depende de

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la relación entre varios factores como las concepciones epistemológicas dominantes

entre los matemáticos y los profesores, los objetivos de las instituciones, relaciones

culturales establecidas por la sociedad con las matemáticas, etc. (Ruiz, 2000). Por lo

que un concepto sufrirá un tratamiento distinto dependiendo de cada uno de los

factores que en conjunto propiciaron su denominación como saber a enseñar.

Ahora, sin importar el tratamiento que se le de a cada concepto, en este caso a

función, no se debe olvidar que cada concepto a tratar posee una historia y una

epistemología propia y que es en base a ella que su enseñaza debe desarrollarse ya

que la evolución de los conocimientos y la evolución de la cognición de un sujeto son

muy similares, como afirma (Sastre, et. al., 2006).

De igual manera, la elección de estos saberes a enseñar esta influenciada por lo que

Chevallard denomina noosfera (Chevallard, 1998), esta noosfera comprende a todas

las persona que en la sociedad piensan sobre los contenidos y métodos de

enseñanza, incidiendo, por tanto, de una manera directa o indirecta en ella. Es en la

noosfera, donde se desarrollan los problemas que nacen del encuentro con la

sociedad y sus exigencias, donde se defienden y discuten doctrinas, se conducen las

negociaciones y se buscan las soluciones (Ruiz, 2000); es en la noosfera donde los

saberes a enseñar son sometidos al proceso de transposición.

Los efectos que la transposición genera en algún concepto, ya designado como

objeto a enseñar” se observa por medio del estudio de la epistemología e historia del

concepto que se pretende abordar, por ejemplo, en este caso que se pretende

estudiar al concepto función, podemos identificar, a través de la epistemología, que

cuando Newton, Leibniz y Euler el concepto mantenía una idea de variabilidad y

movimiento y que actualmente se encierra en una idea de dependencia entre

variables y como bien apunta (Freudenthal, 1983) citado por (Ruiz, 2000) esta

definición esta construida de una manera lógicamente formalizada, sin embargo se

ha oscurecido su esencial significado como dependencia entre variables, se ha

perdido su carácter dinámico para transformarse en algo puramente estático.

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Otro efecto de la transposición se mira en el aspecto ontológico ya que este proceso

en una segunda etapa contiene dos elementos que la hacen interesante, esto son la

despersonalización y personalización de los objetos a enseñar y enseñados, según

se trate de los alumnos o los profesores.

La despersonalización consiste en que cuando se designa un saber que pretende ser

enseñado el profesor tiene que realizar una despersonalización de este concepto, es

decir, tiene que tomar al concepto mismo eliminando hasta cierto punto la parte

ontológica que le ha designado, para transmitir este concepto lo mas puro posible.

Sin embargo, durante esta transmisión del concepto el alumno al iniciar con el

aprendizaje principia con un proceso de personalización del concepto, es decir, inicia

con la construcción del conocimiento por medio de esquemas, conjeturas,

asociaciones a conceptos y conocimientos previamente adquiridos, etc. haciendo

suyo el concepto.

Lo curioso es que si el alumno pretende enseñar lo aprendido, a un compañero por

ejemplo, inicia, al igual que un profesor, con un proceso de despersonalización. Y

este ciclo despersonalización-personalización se repite a medida que el conocimiento

se transmite de una persona a otra. Pero durante este ciclo cierta información se va

perdiendo o relegando hasta desaparecer, provocando, como se mencionó líneas

arriba, un aislamiento entre el objeto del saber y el objeto de enseñanza.

Este proceso de transposición no suele ser percibido por los profesores o no se le

presta la debida atención, como apunta (Chevallard, 1998): “El docente en su clase,

el que elabora los programas, en el que hace los manuales, cada uno en su ámbito,

instituyen una norma didáctica que tiende a construir un objeto de enseñanza como

distinto del objeto al que da lugar. De este modo, ejercen su normatividad, sin asumir

la responsabilidad –epistemológica- de este poder creador de normas. Si espera, a

veces, la aprobación o el rechazo del especialista, sitúan esa apreciación como algo

exterior a su proyecto, y ajeno a su lógica interna. Esta apreciación es considerada

posteriormente o puede acompañar a dicha lógica, pero raramente se integra en ella,

por imposibilidad de tomarla en cuenta en sus implicaciones epistemológicas. Posee

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valor estético o moral, interviene en la recepción social del proyecto. No informa de

ello a la estructura ni a los contenidos sino de una manera mimética y en un intento

de acreditarlos frente a los poderes institucionalmente investidos”

Pero, aunque el profesor no se percate de la transposición esta existe muy por a

pesar de ello, y es que es imposible detenerla considerando la necesidad latente que

tiene el ser humano de transmitir conocimientos y que las instituciones educativas

funcionan proporcionando conocimiento y mientras la necesidad de aprender no

desaparezca la transposición seguirá existiendo.

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ELEMENTOS METODOLÓGICOS

La presente investigación profundizará en la confusión entre el concepto función y el

de ecuación en alumnos de bachillerato que cursan la asignatura denominada

matemáticas IV (precálculo) impartida en el cuarto semestre (segundo año).

Particularmente, la población sobre la cual se trabajo, fue en alumnos pertenecientes

al Colegio de Bachilleres de Yucatán (COBAY), quienes en los primeros capítulos de

esta asignatura adquieren su primera noción del concepto función.

4.1 Etapas de la investigación

Para el desarrollo de la presente investigación se llevaron acabo cuatro etapas

fundamentales, estas son:

• Revisión documental. A través de ella se buscó obtener información referente

a los errores que reportan diversas investigaciones así como las posibles

dificultades a las cuales se enfrentan los estudiantes para el estudio del

concepto función; nos centramos principalmente en aquellos que reportaban

errores o dificultades de carácter cognitivo tomando de igual forma aquellas

que abarcaban el carácter epistemológico y el didáctico con la finalidad de

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tomar a estos últimos como marco de referencia para una posible explicación

de los primeros.

• Exploración y diseño de instrumentos. Estos instrumentos consisten en una

serie de reactivos a modo de cuestionario que pretendían explorar y buscar

los diversos errores presentes en los alumnos. se elaboraron y aplicaron dos

instrumentos cuya finalidad era la obtención de la siguiente información:

o El primer instrumento se aplicó a los alumnos, este tenía un carácter

exploratorio, es decir, a través de este, se pretendía obtener un

panorama general de las concepciones y errores presentes en los

estudiantes, esto ante situaciones que manifestaban el empleo de

función.

o Los errores conceptuales y procedimentales, asociados al concepto

función, presentes en los alumnos de bachillerato, cabe aclarar que los

errores a considerar fueron aquellos que, en conjunto, podrían dar una

referente sobre la existencia de la confusión entre función y ecuación.

• Análisis e interpretación de resultados. Se aplicaron los instrumentos a 20

alumnos que cursan Matemáticas IV del COBAY, plantel Xoclán. Con base en

la información obtenida, se procedió a la identificación y explicación de errores

relacionados con funciones.

4.2 Ingeniería didáctica

Debido a lo anterior, el desarrollo de la investigación inició, como ya se mencionó en

líneas arriba, con la revisión documental de investigaciones que hacen referencia al

concepto función, se puso mayor énfasis en aquellas que involucraban los aspectos

cognitivo, epistemológico y didáctico de este concepto, esto con una doble finalidad:

por un lado, pretendíamos encontrar algunos errores reportados por los

investigadores y, por otro, tener un marco de referencia que pudiera explicar, de

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alguna manera, los errores que los alumnos presentan al enfrentarse a situaciones

que sugerían el empleo del concepto función.

La elección de estos aspectos responde al hecho de que el funcionamiento global de

un sistema didáctico (saber, profesor, alumno) no puede ser explicado por el estudio

separado de cada uno sus componentes (Ruiz, 2000), de igual manera aunque, la

investigación, la centraremos principalmente en el aspecto cognitivo tomaremos

como referentes teóricos a la epistemología y la didáctica del concepto función para

englobar los componentes del sistema didáctico y considerando que los elementos

que conforman el sistema didáctico actúan conjuntamente, es que la ingeniería se

presenta oportuna para el estudio.

Aunque en un principio la ingeniería didáctica como metodología de investigación

parece limitada al estudio de “realizaciones didácticas”

“Como metodología de investigación, la ingeniería didáctica se

caracteriza en primer lugar por su esquema experimental basado en las

“realizaciones didácticas”, en clase, es decir, sobre la concepción,

realización, observación y análisis de secuencias de enseñanza.”

(Artigue, 1995),

su campo de acción es mucho más amplio de lo que parece, por ejemplo podemos

ver lo expuesto por R. Douady (1987), citado por Artigue (1995), quien distingue

investigaciones que abordan el estudio de los procesos de aprendizaje de un

concepto determinado.

La ingeniería didáctica, como metodología de investigación, se caracteriza por

presentar cuatro fases: fase 1 de análisis preliminar, fase 2 de concepción y análisis

a priori de las situaciones didácticas de ingeniería, la fase 3 de experimentación y

finalmente la fase 4 de análisis a posteriori y evaluación. Por tanto, es oportuno

recalcar que nos limitaremos a la fase 1 de esta metodología debido principalmente a

que la ingeniería didáctica, en su primera fase, se basa en un determinado número

de análisis preliminares, como lo son:

31

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• El análisis epistemológico de los contenidos empleados en la enseñanza.

• El análisis de la enseñanza tradicional y sus efectos.

• El análisis de las concepciones de los estudiantes, de las dificultades y

obstáculos que determinan su evolución.

En particular, nos enfocaremos en analizar el último de estos aspectos, tomando

como antecedente el análisis de los dos primeros.

De igual manera, esta metodología nos permite unificar los resultados obtenidos en

cada una de las perspectivas que se pretenden abordar, es decir, será posible

unificar, en cierta medida, cada uno de los resultados obtenidos referentes a la

epistemología, la cognición y la didáctica.

Así, el desarrollo de la investigación fue a través de la aplicación de dos instrumentos

aplicados a cuarenta alumnos del COBAY que cursaban el cuarto semestre (veinte

para cada instrumento).

Con el primero de estos dos instrumentos, el “exploratorio”, fue posible identificar

errores conceptuales diversos, por lo que, de igual manera, este instrumento fue

tomado como un referente para decidir en cual de los errores se pondría el énfasis

de la presente investigación. Una vez obtenido los errores, en este primer

instrumento, se procedió a indagar sobre aquel error que pudiera representar una

mayor presencia en las respuestas proporcionadas por los alumnos, siendo la

confusión entre variable e incógnita la que cumplió con esta característica.

A consecuencia de lo anterior, el segundo de los instrumentos se creó con la

intencionalidad de indagar más sobre el error, antes mencionado, esto es, se procuro

que los reactivos presentes en este segundo instrumento mostrarán la existencia de

errores que pueden ser asociados a la confusión entre ecuación y función.

Dado lo anterior los reactivos se enfocaron en poner a los estudiantes en situaciones

que, de tener un aprendizaje deficiente de los conceptos función y ecuación,

32

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pondrían a flote los errores conceptuales y procedimentales asociados a la confusión

entre estos conceptos.

Por otra parte, a manera de tener información complementaria, se aplicó un

cuestionario a profesores que imparten Matemáticas IV, para tener un panorama

general de la situación en la cual se encontraban los estudiantes. Es decir,

determinar si los alumnos fueron sometidos a una prueba de diagnóstico (con la

finalidad de indagar sobre aquellos conocimientos previos de los alumnos al inicio del

curso y que pudieran representar algún obstáculo para el aprendizaje de los nuevos

conceptos, particularmente el de función), los temas que los profesores consideran

más difíciles de aprender, las deficiencias conceptuales y procedimentales que ellos

detectaban y las dificultades que observaban que enfrentan los alumnos, entre otras.

4.3 Análisis preeliminar. Exploración y diseño

Durante la elaboración de los reactivos que se encuentran presentes en el primer

instrumento denominado exploratorio, se realizó un análisis a priori de las posibles

respuestas que esperábamos encontrar en los alumnos, de igual manera se hicieron

algunas consideraciones para la inclusión de los reactivos. A continuación se

describen los reactivos, los aspectos que se tomaron en cuenta para su diseño, así

como las respuestas que se esperaban obtener.

1) Explica con tus propias palabras qué es una función y da un ejemplo

Con este reactivo se pretendía obtener información que nos indique cual es la noción

que tienen los estudiantes sobre función. Esto nos permitirá saber Que tan sesgada

se encuentra la definición aportada por los alumnos y la matemáticamente aceptable.

Las respuestas esperadas eran aquellas que hicieran referencia a la relación entre

elementos de dos conjuntos que el concepto función describe. Se esperaba que los

alumnos aporten una definición muy similar a la propuesta por los libros.

2) Explica con tus propias palabras que es el dominio de una función

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En este reactivo se pretendía explorar la definición de dominio adoptada por los

alumnos, buscando saber que tanto difería esta de la aceptada por las matemáticas.

Las respuestas esperadas eran aquellas en las que los alumnos reflejaran de que

manera o que características deben poseer los elementos del eje de las abscisas

para ser consideradas como parte del dominio de la función, es decir, se esperaba

una caracterización del dominio, propia de los alumnos.

3) Subraya cuál de los siguientes pares de conjuntos pueden establecer una

función

Este reactivo buscaba examinar la capacidad de los alumnos para identificar la

presencia de una función en el enlace de elementos de conjuntos discretos, es decir,

se pretendía observar si los alumnos eran capaces de identificar la presencia de una

función en un dominio discreto.

La respuesta esperada, debido al reactivo mismo, era que los alumnos subrayen los

dos últimos pares de conjuntos debido a que la función correspondiente a cada par

no poseía un grado de dificultad del nivel correspondiente al primero de los pares de

conjuntos.

4) Escribe cuáles son las variables que intervienes en el siguiente fenómeno:

“llenar con agua una piscina rectangular”

En este apartado se pretendía identificar si existen problemas para la correcta

identificación de las variables presentes en un fenómeno.

Se espera que los alumnos empleen las fórmulas vistas en otras materias, por

ejemplo física, para dar solución a estas problemáticas desatendiendo la naturaleza

misma del fenómeno.

Estas preguntas nos darán una visión general de que tan viciado se encuentra un

alumno, en lo que a resolución de problemas se refiere, es decir, como el empleo de

situaciones similares a otras, pero de naturaleza distinta, pueden provocar un

tratamiento erróneo del problema planteado.

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Nótese que esta sección esta enfocada en la búsqueda de errores de naturaleza

cognitiva y, hasta cierto punto, didáctica; la parte cognitiva se notará en la forma en

la que los estudiantes aborden el problema, es decir, observaremos si existe una

relación de tipo funcional entre las variables que plantea como respuesta. Sabemos

que el número de variables involucradas en el fenómeno planteado es considerable

pero, como se mencionó, se espera que los alumnos solo apunten aquellas que han

visto en otras materias, inclusive de grados anteriores (velocidad, distancia, tiempo,

etc.).

La parte didáctica se observará en que tanto los alumnos recurren a una fórmula

para dar solución a la interrogante, es decir, observaremos cuantos alumnos recurren

una fórmula de física, por ejemplo, para dar una respuesta.

5) Para los siguientes fenómenos indica cuales son las variables que influyen y

clasifícalas en dependientes e independientes, justifica tu respuesta:

“La cantidad de dinero recibida en una tienda de telas por la venta de lino, si

cada metro cuesta $25”

En éste reactivo se pretendía mirar si los alumnos son capaces de identificar y

clasificar las variables, en dependientes e independientes, presentes en un

fenómeno.

De igual manera se pretende encontrar errores de naturaleza cognitiva y didáctica, a

diferencia del reactivo anterior lo que aquí se pretende observar es la correcta

clasificación de las variables en dependientes e independientes.

La parte cognitiva busca mirar cual son las consideraciones por las cuales los

alumnos realizan sus clasificación.

La parte didáctica pretende identificar si los alumnos han sido instruidos en la

identificación y clasificación de las variables, esto bajo la consideración de que el

tratamiento que suele darse a la función es netamente algorítmico, es decir, solo se

enseña como se debe operar con este objeto bajo ciertas situaciones.

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6) Escribe en la segunda columna, una V si la expresión que aparece en la

primera columna representa una función y una F si no lo es. En la tercera

columna, escribe la (as) razón(es) por las que consideras que la expresión

representa o no una función.

Expresión V o F Razones

a) 323 4 −=+ xx

b) ( ) 12 += mmC

c) ( ) 2=xg

d) 821 += qp

e) ( ) 22 += xxf

Este apartado busca identificar si los alumnos son capaces de discernir entre una

función y una ecuación. Aquí, los aspectos a considerar son el cognitivo y el

didáctico. El primero buscando errores consecuencia de conocimientos previos

deficientes, es decir, no tener una correcta definición de ecuación.

La parte didáctica trabaja bajo el supuesto de que el tratamiento de estos dos

conceptos es indiscriminado, es decir, es común que se empleen sin distinción uno

por otro en el discurso matemático.

7) Observa con atención los siguientes gráficos:

i. Marca con una X la gráfica que representa una función. a) b)

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c) d)

Este reactivo fue incluido con la finalidad de observar si los alumnos aplicaban el

método conocido como el “método de la vertical” para identificar cual de los gráficos

que se presentan pueden representar una función.

La respuesta esperada era que muy a pesar de conocer el método antes

mencionado indicaran que el inciso “b” también representaba una función, esto por

su similitud con la parábola

8) Marca con una X la gráfica que represente una función:

a) b)

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5

Este gráfico representa a xy = , donde x solo puede tomar valores reales

Este gráfico representa a xy = , donde x solo puede tomar valores enteros

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Este reactivo tiene como propósito mirar si los alumnos tienen claro el papel que

juega el dominio en una función, esto bajo una representación gráfica, obsérvese que

este reactivo tiene una finalidad similar a la del tercero ya que buscan mirar si existen

errores al tratar con funciones de dominio discreto, de igual manera, de existir algún

error referente al dominio, este reactivo lo evidenciará aun mas.

Se pretende observar si la definición de dominio adoptada por los alumnos

representa algún obstáculo epistemológico, también se pretende mirar la influencia

de la didáctica, considerando que el tratamiento de la representación gráfica de una

función suele ser a través de trazos continuos.

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ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS

5.1 Concepciones erróneas sobre el concepto función presentes en los estudiantes

A continuación describiremos los errores hallados en la prueba exploratoria aplicada

a los alumnos.

Falta de discernimiento en la identificación de funciones y ecuaciones

Este primer error encontrado en los alumnos, se percibió debido a que cuando se

preguntaba a los alumnos que es una función, la definían como una ecuación que

representa a una gráfica, es decir, se encontró que los alumnos confunden los

conceptos función y ecuación.

Muestra de lo anteriormente expuesto, son las repuestas dadas por los alumnos

sobre la definición de función, por ejemplo:

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Otro error que parece evidenciar lo expuesto arriba es que los alumnos identifican

una expresión algebraica como una función por el simple hecho de parecerse a la

forma común de representar, bajo el registro algebraico, a una función, es decir, una

función, en la mayoría de los casos, consta de un ( )xf o un , presentando

siempre las variables . Muestra de este error son las siguientes respuestas

obtenidas:

( )xg

yx,

En pocas palabras, con base en los dos errores expuestos, podemos inferir que los

alumnos no identificaron cuando una expresión algebraica, representa funciones y

cuando ecuaciones, esta confusión parece estar asociada a la similitud de las

representaciones de ambos conceptos.

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Concebir el conjunto de los reales como el dominio de cualquier función

Un segundo error hallado fue que los alumnos consideraban que el dominio de una

función es siempre el eje de las abscisas, esta afirmación es consecuencia de las

respuestas dadas por los alumnos al segundo reactivo, por ejemplo:

Este error, se pudo observar más claramente en las respuestas dadas por los

alumnos al cuestionarlos si dos representaciones graficas de funciones podrían

considerarse como tales, cabe aclarar que una de estas graficas presentaba la

representación de una función de dominio discreto. Ante esta interrogante los

alumnos solo consideraron como función a aquella grafica cuyo dominio eran los

reales, es decir, no perciben la existencia de una función cuando, la representación

grafica de ésta, presenta un dominio discreto.

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Identificar una relación funcional entre dos conjuntos, en los que no existe

Un tercer error fue que los estudiantes, al momento de pedirles indicar si existe una

función que relacione dos conjuntos, presentando estos conjuntos por extensión, se

limitaban a marcar los elementos repetidos en ambos conjuntos dados.

Esto, da muestra de que los alumnos no son capaces de identificar la función que

explica de que manera los elementos de dichos conjuntos se relacionan.

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Describir las variables por medio de las literales usualmente empleadas

Un nuevo error se halló cuando al pedirles a los alumnos que indiquen las variables

presentes en un fenómeno, plasmaban las literales con las cuales suele

representarse a las variables (esto cuando se presentan bajo una representación

algebraica), es decir, escribieron ., yx Explícitamente los alumnos indicaban que las

variables presentes en el fenómeno planteado son:

Este error da muestra de cómo la simplificación de las variables hecha por los

matemáticos, con la finalidad de simplificar cálculos, puede ser una dificultad para el

aprendizaje de los alumnos, esto al identificar que las variables, sin importar su

naturaleza u origen, puede ser llamada simplemente x o .y

Por otra parte, pero siempre con referencia a este error, podemos mencionar que en

uno de los reactivos en el cual se pedía a los alumnos que identificaran las variables

presentes en un nuevo fenómeno pero que a demás se pedía las clasifiquen en

dependientes e independientes, los alumnos igualmente emplearon las letras x, y

para identificar las variables.

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De igual manera hubieron respuestas en las cuales se observó que algunos alumnos

eran capaces de identificar las variables presentes y aun más llamarlas por sus

nombres, pero al momento de clasificarlas lo hacia de manera incorrecta.

Identificación de curvas como funciones, cuando no lo son

Otro error hallado fue que los alumnos al pedirles que indiquen cual o cuales de

cuatro gráficos presentados podía representar una función, indicaron que una

parábola horizontal puede ser catalogada como la grafica de una función.

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Lo que parece extraño, es que los alumnos cuentan con “la prueba de la vertical”

para identificar si un gráfico es una función, y que a pesar de ello optarán por la

elección del inciso “b”.

Este error podríamos atribuirlo al hecho de que algunas de las graficas estudiadas en

geometría analítica pueden ser catalogadas como funciones, este hecho parece

haber sido generalizado por los alumnos a aquellas graficas que se asemejan a las

que ya han sido catalogadas como funciones (obsérvese los incisos “c” y “b” de

arriba).

Como se puede observar los errores hallados son considerables y el estudio de cada

uno de ellos puede ser tan extenso como se desee y generarse por diversas causas,

como lo son las dificultades de aprendizaje.

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5.2 Dificultades en el aprendizaje de funciones

Con base en los resultados obtenidos se pudo observar que existe un error, la falta

de discernimiento en la identificación de funciones y ecuaciones, que se manifiesta

en la mayoría de los estudiantes, por lo que nos enfocaremos en el análisis de las

dificultades asociadas a este error.

Las dificultades, son los siguientes:

• La distinción entre variable e incógnita, es decir, el poco énfasis entre lo que

representa la presencia de “x” en una función y que la diferencía de aquella

que aparece en una ecuación.

• El manejo algebraico del concepto función y el de ecuación: el tratado

algebraico que suele darse a ambos conceptos niega la naturaleza del

concepto función, es decir, este manejo deja de lado el hecho de que la

función representa la forma en que se relacionan los elementos de dos

conjuntos. De igual manera se considera que los ejercicios de funciones

suelen limitarse a encontrar el resultado de una suma, resta, composición, etc.

este tratamiento es muy similar al de las ecuaciones.

• El poco énfasis en las consideraciones que deben hacerse al momento de

operar con funciones, es decir, durante el análisis de las funciones resultantes

de una operación (suma, resta, multiplicación, composición, etc.) se olvida de

las características que poseen las funciones que le dieron origen.

• Los procesos algorítmicos: durante el estudio de este concepto suelen

presentarse procesos algorítmicos, por ejemplo la obtención de la función

inversa, la dificultad podría explicarse al considerar que después de presentar

algún algoritmo suele darse prioridad a los ejercicios que exigen el empleo de

éste.

• Las diversas formas de representación del concepto función, es decir, las

principales representaciones de este concepto son el algebraico y el grafico,

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los mismos que emplea la ecuación, y recordando, la primera dificultad

mencionada, por ejemplo, estas representaciones pueden convertirse en

obstáculos.

• La relación unívoca de la función, es común que al presentar el concepto se

mencione que este indica la forma en que se relacionan los elementos de dos

conjuntos, considerando un solo sentido, pero no se indica si esta relación es

valida en un sentido contrario, dejando este caso para cuando se estudie la

función inversa. En pocas palabras no se explicita el carácter univoco de la

función.

• La idea de que precalculo es una materia de carácter integrador entre el

álgebra y la geometría analítica. Debido a que en esta asignatura es posible

encontrar gráficos y expresiones algebraicas, muy similares a los que

encontramos en álgebra y geometría analítica es que los alumnos al mirar que

los gráficos, “propios” de geometría analítica, son asociados a expresiones

algebraicas y son denotados como funciones, es que puede surgir, a nivel

cognitivo, una especie de generalización, considerando como funciones a

gráficos que no pueden ser denotados como tales.

Cabe aclarar, que todas estas dificultades fueron consideradas como un referente

para el diseño de los reactivos incluidos en el segundo instrumento. Por lo tanto los

reactivos están enfocados a la búsqueda de errores que verifiquen esta confusión

entre función y ecuación.

5.3 Errores asociados a la falta de discernimiento en la identificación de funciones y ecuaciones

Como ya se mencionó, la segunda prueba aplicada a los estudiantes se encamino a

identificar los errores cometidos por los estudiantes cuando se enfrentan a

situaciones ante las cuales una mala conceptualización de los conceptos función y

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ecuación pueden reflejarse por medio de errores tanto conceptuales como

procedimentales.

Algunos de los reactivos que se plasmaron en este instrumento son muy similares a

los de la prueba anterior, la razón de esto es que la pruebas fueron aplicadas a dos

grupos diferentes de estudiantes, por lo que era necesario confirmar la permanencia

de los errores antes hallados, aprovechando la búsqueda de otros más; cabe aclarar

que en esta ocasión nos enfocamos en aquellos que pueden atribuirse a la confusión

entre los conceptos función y ecuación.

Describiremos a continuación los errores hallados en este instrumento:

Los primeros errores que remarcaremos son aquellos presentes en la prueba

exploratoria que se manifestaron en este segundo instrumento. Estos son:

Confusión entre función y ecuación

Se notó que los alumnos consideran que una expresión algebraica es una función

por el simple hecho de poseer un formato similar al comúnmente empleado.

Evidencia de esto son las siguientes respuestas planteadas por alumnos al

preguntarles si las expresiones algebraicas expuestas podrían considerarse como

funciones:

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Obsérvese, que en este caso se pidió a los alumnos que expresaran las razones de

su elección y que es a través de las razones que plantean que se observa muy

claramente el error planteado.

Algo similar, sucedió cuando otro reactivo presentaba las siguientes expresiones

y las cuales son similares y solo son diferenciadas, en

cuanto a su apariencia, por . Para este caso, los alumnos indicaron que la

segunda era una función justificando esta elección por la presencia del término antes

mencionado. Las siguientes respuestas dan muestra de este hecho:

084 =−x 84)( −= xxf

)(xf

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Identificar gráficos de geometría analítica como funciones

Otro error que permaneció fue que los estudiantes al presentarles algunos gráficos y

pedirles que indiquen cual de ellos representaba una función marcaban aquellos que

no cumplían con la “regla de la vertical”, como sucedió en el instrumento exploratorio.

Obsérvese, que en este caso se incluyó una hipérbola y que la elección de esta

como función valida aun más las dificultades a las cuales se asoció este error en una

sección pasada.

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Ahora, los errores nuevos que pudimos observar son los siguientes:

Considerar que una función es siempre biyectiva

Se observó que los estudiantes al ser cuestionados sobre el carácter unívoco de la

función por medio de la siguiente pregunta:

¿Si la distancia esta en función del tiempo, entonces el tiempo esta en función de la

distancia?

Respondieron afirmativamente:

Se observa que los alumnos no tienen una noción clara sobre el carácter unívoco de

las funciones, lo cual podría ser la razón de que al pedirles una clasificación de

variables en dependientes e independientes, consideren que cualquiera de las

variables podría catalogarse como dependiente o independiente, según el sentido

bajo el cual se mire.

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Como ha podido observarse los errores hasta ahora expuestos podrían catalogarse

como conceptuales, por tanto, a continuación, describiremos los errores

procedimentales hallados.

Considerar con dominio en los reales, la función resultante de operar dos funciones cualesquiera

El primer error procedimental encontrado es referente a la composición de

funciones y el dominio de esta composición, el reactivo que evidenció lo anterior

es el siguiente:

Sean y , ambas con dominio en los reales, encuentra ( ) 3xxf = ( ) 12 −= xxg

( )( )

( )( )xfxgy

xgxf

e indica cual es su dominio.

Ante esto los alumnos presentaron grandes dificultades para realizar los cocientes

planteados, realizando de manera inadecuada las factorizaciones, cancelando

términos en el afán de simplificar la expresión a una más sencilla, de igual manera se

identificó que al momento de indicar el dominio, de la nueva función, plantearon que

se trataba de los reales.

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Graficando y operando funciones como si fueran ecuaciones

Otro error procedimental fue el referente a la graficación de funciones, el reactivo

pedía a los alumnos indicar cual de las siguientes expresiones 084 =−x y

es una función y que posteriormente grafiquen cada una de ellas, el

error encontrado con la primera parte del reactivo ya fue abordado en líneas arriba

ahora el error hallado, con respecto a la segunda parte del reactivo, fue que los

alumnos no graficaban adecuadamente las expresiones, también se encontró que

solo presentaban una gráfica, lo que hace pensar que estaban considerando que la

única grafica planteada representaba a ambas expresiones.

84)( −= xxf

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De igual manera, se puede observar que para llevar a cabo el dibujo de la gráfica lo

alumnos recurrían a un procedimiento algebraico para localizar los puntos “clave”

para la correcta graficación, si bien este proceso no es incorrecto, nos permitió

observar que durante la realización de éste los alumnos pasan de manipular

funciones a manipular ecuaciones (arriba), esto evidencia el empleo indiscriminado

de función y ecuación.

Por otra parte, al igual que los errores hallados en los alumnos, fue posible identificar

un aspecto positivo en la cognición de los alumnos, este especto consiste en que los

alumnos fueron capaces de identificar las variables presentes en un fenómeno, por lo

que este hecho puede tomarse como punto de partida para una resignificación del

concepto función. El camino a seguir, sería aprovechar esta facilidad para reconocer

variables para iniciar con una caracterización de las variables, lo que seria el inicio

para facilitar la identificación entre variables e incógnitas.

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A manera de resumen, el siguiente diagrama presenta los errores asociados a la

dificultad para discernir entre funciones y ecuaciones:

Errores asociados al tratamiento

del concepto función

No reconocerel concepto al ser

presentado enregistros distintos a los usualmente

empleados

Falta de discernimiento

en la identificación de funcionesy ecuaciones

Graficando y operando funciones

por ecuaciones

Una función es siemprebiyectiva

Identificar gráficos de

geometría analíticacomo funciones

Describir las variables por medio de las

literales usualmente empleadas

Considerar los reales comoel dominio de

cualquier función

Errores asociados al tratamiento

del concepto función

No reconocerel concepto al ser

presentado enregistros distintos a los usualmente

empleados

Falta de discernimiento

en la identificación de funcionesy ecuaciones

Graficando y operando funciones

por ecuaciones

Una función es siemprebiyectiva

Identificar gráficos de

geometría analíticacomo funciones

Describir las variables por medio de las

literales usualmente empleadas

Considerar los reales comoel dominio de

cualquier función

Figura 3. Errores asociados al tratamiento del concepto función

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CONCLUSIONES Y REFLEXIONES

En capítulos anteriores dimos muestra de los errores que presentan los alumnos al

emplear el concepto función, los cuales denominamos errores conceptuales y

procedimentales. Sin embargo, hasta este momento solo nos limitamos a reportarlos,

por lo cual, en este capítulo daremos muestra de cómo los aspectos abordados en el

capítulo denominado como antecedentes se asocian con estos errores, es decir,

explicaremos las posibles formas en las cuales los errores ya reportados pueden ser

consecuencia de un descuido en los aspectos cognitivo, epistemológico y didáctico

concernientes al concepto función.

6.1 La cognición, la epistemología y la didáctica asociadas a los errores

La dificultad que tratamos es la confusión entre ecuación y función, el cual se

manifestó en ambos instrumentos aplicados a los alumnos. Podemos asociarla a la

perspectiva cognitiva, pero para poder obtener una explicación más amplia y clara de

la situación que se está dando, se requieren como referentes las perspectivas

epistemológica y didáctica. De igual manera, todos los errores hallados tienen una

implicación cognitiva, ya que nacen de las estructuras mentales y conocimientos

previos del sujeto.

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Para explicar adecuadamente las situaciones o factores que dan pie a esta

confusión, nos basamos en el análisis de todos aquellos errores que fueron hallados

en las respuestas dadas por los alumnos en el segundo de los instrumentos, debido

a que la finalidad de los reactivos planteados en este era precisamente mostrar los

errores o dificultades que, en conjunto, podrían explicar la confusión entre los

conceptos ya mencionados. Cabe aclarar que algunos de los errores hallados en el

instrumento exploratorio, nos permiten de igual forma explicar esta confusión, por lo

que no están exentos de ser abordados en esta sección.

Uno de los primeros factores que puede ser el causante de la confusión entre los

conceptos antes mencionados es el hecho de que los alumnos definen a la función

como una ecuación que representa una gráfica.

Esta definición dada por los alumnos puede entenderse bajo los aspectos cognitivo,

epistemológico y didáctico; a nivel cognitivo, podemos decir que los alumnos al notar

que las gráficas vistas en cursos anteriores (en los cuales se manipulaban

ecuaciones) son muy similares a las que se abordan al estudiar funciones, generan

una especie de unión entre estos dos conceptos, por medio de la representación

gráfica, por lo que definir a las funciones como ecuaciones de gráficas no parecería

raro, claro, bajo este razonamiento.

A nivel epistemológico, podemos asociarlo al hecho de que a finales del siglo XVI las

funciones eran equivalentes a expresiones analíticas, por lo que la Aritmética y el

Álgebra estaban subordinadas a la Geometría, sin embargo, pese a esta ruptura,

surgió un concepto que parecía crear un puente entre el Álgebra y la Geometría. Es

decir, a través de expresiones algebraicas la función podía representar a gráficos

propios (por llamarlos de algún modo) de la Geometría y a alguno que en ese

entonces, de alguna manera, quedaban fuera del alcance de ésta.

A nivel didáctico podemos señalar que los profesores no hacen explícito, durante la

enseñanza de funciones, que a pesar de que éstas son expresiones algebraicas

tienen una naturaleza distinta a la de las ecuaciones. Por ejemplo, podemos

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mencionar que las ecuaciones involucran incógnitas mientras que las funciones, a

variables.

Esta forma tan peculiar de definir función nos da pie para mencionar un error hallado

que parece tener una explicación similar a la dada líneas arriba, el error al que nos

referimos es que los alumnos identifican como función a una expresión algebraica

por el simple hecho de poseer una notación específica, este error puede explicarse

desde una perspectiva didáctica ya que, comúnmente, los profesores mantiene un

formato estándar cuando se refieren a funciones, lo que crea la ilusión de que para

poder catalogar una expresión como función solo tengo que vestirme con el formato

indicado. Obsérvese que este último error puede ser una consecuencia del arriba

señalado (definir función como ecuación), pues bajo la necesidad de identificar

cuando se habla de uno y de otro lo más razonable es optar por la búsqueda de

diferencias, siendo ( ) ( ) ( ),,, xhxgxf etc. las que más sobresalen.

Otro de los errores reportados es que los alumnos identificaban a gráficos, propios

de la geometría, como funciones; este error puede considerarse bajo la perspectiva

epistemológica como mencionamos anteriormente.

También reportamos que los alumnos no consideraban como funciones a aquellas

que tiene la característica de tener un domino discreto, esto lo podemos atribuir a

dificultades de corte didáctico, pues los gráficos con los que han tenido un mayor

contacto en su actividad escolar son los de trazo continuo (Ochoviet, et. al, 2006).

Un error que hizo explícita las deficiencias sobre la conceptualización de función, fue

que los estudiantes plasmaron la falta de conocimiento en cuanto al carácter unívoco

de las funciones. Este error puede explicarse bajo la perspectiva cognitiva, ya que

actualmente, el caso de la función inversa es uno de los temas a estudiar, solo que

se hace mucho después de haber “definido” función, pero el problema sería que la

inversa le da a la función esa característica de biyección, dado que las funciones que

se usan, a manera de ejemplos, para la enseñanza de este tema siempre tienen

inversa.

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Ahora, de manera general, podemos decir que la confusión entre ecuación y función

es el resultado de la interacción cognitiva de los errores reportados y algunos otros

que por ahora no se conocen, sin embargo, a este conjunto de errores podemos

sumarle las propias dificultades cognitivas, epistemológicas y didácticas de la falta de

discernimiento entre ecuaciones y funciones.

Es así, que a nivel cognitivo esta dificultad puede ser asociado, como se mencionó

en el primer apartado del capítulo 3 (Campos conceptuales), al hecho de que los

alumnos generan esquemas que responden a situaciones muy similares, entonces

es posible que los alumnos asocien ambos conceptos a la resolución de problemas

que, aunque provienen de naturaleza distinta, la similitud del problema que plantean,

crea la ilusión de poder ser resuelto a través de funciones o ecuaciones.

De igual forma, con relación a la parte epistemológica, puede atribuirse al hecho de

que actualmente la enseñanza el concepto ha tomado una dirección contraria a la

génesis histórica del concepto, es decir, la forma última en que fue concebida

precede, en la enseñanza, a su consideración como herramienta de la actividad

matemática o extramatemática (Ruiz, 2000).

A nivel didáctico, podemos apuntar el hecho de que durante la enseñanza de

funciones los ejercicios planteados suelen ser rutinarios o algorítmicos, excluyendo

aquellos problemas ligados al origen y la evolución epistemológica del concepto,

induciendo a mirar al concepto como algo estático, eliminado aspectos de

variabilidad y movimiento relacionados con éste, propuestas por Newton, Leibniz y

Euler.

Así mismo, siempre referente al aspecto didáctico, podemos señalar que durante la

enseñanza de los conceptos ecuación y función no suele explicitarse lo que quiere

decir la presencia de x en cada una de ellos, es decir, no se pone el debido énfasis

en la diferencia que existe entre variables e incógnitas.

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6.2 Consideraciones para la enseñanza de funciones

Como se ha podido observar, el aprendizaje del concepto función tiene baches

difíciles de librar, más no imposibles, basta con poner atención en los detalles que,

aunque parezcan insignificantes, pueden ser de gran utilidad para nuestra labor

docente.

Es así, que algunas de las consideraciones que se deberían tener en cuenta, si se

tiene una intencionalidad didáctica o investigativa, para lograr la disminución de las

dificultades y errores cometidos por los alumnos al manipular el concepto función,

son:

• Los alumnos no son capaces de percibir, por si solos, el carácter unívoco de

las funciones, por lo que esta característica tiene que hacerse explicita, ya sea

por medio de actividades, problemas o por el profesor mismo.

• Las literales empleadas tanto en las ecuaciones como en las funciones suelen

ser las mismas, por lo que es necesario señalar, claramente, la diferencia

entre variable e incógnita.

• La diversidad de objetos empleados para la enseñanza del concepto función

(dominio, contradominio, gráficas, tablas, diagramas, etc.) pueden causar en

el alumnos la sensación de que para saber lo que es una función, es

necesario conocer una amplia gama de elementos, es decir, el alumno ve

muchos objetos ahí donde el matemático no ve más que uno (Ruiz, 2000).

• La enseñanza del concepto función actualmente gira alrededor del registro

algebraico, la interacción de este registro con otros, como el gráfico, suele ser

limitado a una simple ejemplificación. Por ello, se sugieren tratamientos

alternativos del concepto, como el numérico, geométrico, etc., con especial

énfasis en el aspecto discursivo para la resolución de problemas y modelación

de fenómenos.

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• La “definición” actual con la que es enseñado el concepto limita el carácter

variacional que posee.

• La génesis histórica del concepto es referente sobre cómo se construye éste

en la cognición de los alumnos.

• Los alumnos son capaces de reconocer las variables existentes en un

fenómeno, sin embargo no pueden construir un fenómeno dadas ciertas

variables

En síntesis, proponemos considerar los aspectos cognitivos, epistemológicos y

didácticos para el aprendizaje de funciones, mediante actividades y experiencias que

promuevan el lenguaje y pensamiento variacional, así como el desarrollo de

habilidades cognitivas en los estudiantes.

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Modelo DECA y la Teoría de las Situaciones Didácticas. Acta Latinoamericana

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A N E X O S

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CUESTIONARIO PARA EXPLORAR LOS CONCEPCIONES DE LOS ESTUDIANTES CON RESPECTO AL CONCEPTO FUNCIÓN

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COLEGIO DE BACHILLERES DEL ESTADO DE YUCATÁN

CUESTIONARIO PARA ALUMNOS Estimado alumno, el propósito del presente cuestionario es obtener información para un proyecto de investigación que estamos llevando a cabo en la Facultad de Matemáticas, sobre el concepto de función. Nota. Los resultados obtenidos no afectarán tu calificación. Por lo tanto, te pedimos contestar con toda libertad y confianza. Nombre ________________________________________________ Grupo ______________ Instrucciones: Lee con atención cada uno de los reactivos, responde con pluma y en caso de tener algo que corregir o borrar, enciérralo y continua con tu respuesta. Si el espacio no es suficiente para tu respuesta, escríbela al reverso de la hoja indicando el número del reactivo.

I. Escribe lo que se te pide.

i. Explica con tus propias palabras qué es una función y da un ejemplo.

_______________________________________________________________________

_______________________________________________________________________

_______________________________________________________________________

_______________________________________________________________________

ii. Explica con tus propias palabras qué es el dominio de una función.

_______________________________________________________________________

_______________________________________________________________________

_______________________________________________________________________

II. De los siguientes pares de conjuntos, subraya aquellos en los que el conjunto B esté en

función del conjunto A.

a) } }{{ 9,7,5,3,110,8,6,4,2 == ByA b) } }{{ 8,6,4,24,3,2,1 == ByA

c) } }{{ 2,.....,16,9,4,1,....,4,3,2,1 nBynA ==

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III. Escribe cuáles son las variables que intervienen en el siguiente fenómeno:

“Llenar con agua una piscina rectangular”

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

IV. Escribe cuáles son las variables que intervienen en la siguiente situación

i. La cantidad de dinero recibida en una tienda de telas por la venta de lino, si cada

metro cuesta $25. Variables: ___________________________________________________________ Variable dependiente: __________________________________________________ Variable independiente: ________________________________________________

V. a) Describe un fenómeno o situación que se represente con una función.

________________________________________________________________________________________________________________________________________

b) Indica cuáles son las variables dependiente e independiente en el fenómeno que propusiste en el inciso anterior.

____________________________________________________________________________________________________________________________________________

VI. Escribe en la segunda columna, una V si la expresión que aparece en la primera

columna representa una función y una F si no lo es. En la tercera columna, escribe la(s) razón(es) por las que consideras que la expresión representa o no una función.

Expresión V o F Razones

a) 323 4 −=+ xx

b) ( ) 12 += mmC

c) ( ) 2=xg

d) 821

+= qp

e) ( ) 22 += xxf

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VII. Observa con atención los siguientes gráficos:

ii. Marca con una X la(s) gráfica(s) que represente(n) una función.

a) b)

c) d)

iii. Marca con una X la(s) gráfica(s) que represente(n) una función. a) b)

Este gráfico representa a xy = , donde x solo puede tomar valores reales

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5

Este gráfico representa a xy = , donde x solo puede tomar valores enteros

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5

¿Por qué elegiste esa(s) gráfica(s)? ______________________________________________________

__________________________________________________________________________________

¡Gracias por tu colaboración!

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CUESTIONARIO PARA IDENTIFICAR LOS ERRORES DE LOS ESTUDIANTES ASOCIADOS A LA DIFICULTAD DE DISTINGUIR

ENTRE FUNCIONES Y ECUACIONES

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COLEGIO DE BACHILLERES DEL ESTADO DE YUCATÁN

CUESTIONARIO PARA ALUMNOS Estimado alumno, el propósito del presente cuestionario es obtener información para un proyecto de investigación que estamos llevando a cabo en la Facultad de Matemáticas, sobre el concepto de función. Nota. Los resultados obtenidos no afectarán tu calificación. Por lo tanto, te pedimos contestar con toda libertad y confianza. Nombre__________________________________________________ Grupo_____________ Instrucciones: Lee con atención cada uno de los reactivos, responde con pluma y en caso de tener algo que corregir o borrar, enciérralo y continua con tu respuesta. Si el espacio no es suficiente para tu respuesta, escríbela al reverso de la hoja indicando el número del reactivo. VIII. Sean y , ambas con dominio en los reales, encuentra ( ) 3xxf = ( ) 12 −= xxg

( )( )

( )( )xfxgy

xgxf e indica cual es su dominio.

IX. Escribe en la segunda columna, una V si la expresión que aparece en la primera columna representa una función y una F si no lo es. En la tercera columna, escribe la (as) razón(es) por las que consideras que la expresión representa o no una función.

Expresión V o F Razones

( ) 42 += aah

( ) 42 += xmC

( )xfx =+ 22

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X. Responde a cada una de las siguientes preguntas marcando la respuesta que consideres correcta (Sí/No) e indica el por qué en la columna correspondiente.

Repuesta Pregunta Sí No ¿Por qué?

¿Si la distancia esta en función del tiempo, entonces el tiempo esta en función de la distancia?

XI. Observa con atención los siguientes gráficos: iv. Marca con una X la gráfica que representa a una función e indica, en las líneas de

abajo, el por qué de tu elección.

1

1

a) b)

c)

d)

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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XII. Indica cual de las siguientes expresiones representan una función y posteriormente

grafícalas en la parte de abajo.

Expresión ¿Es función? (Sí/No) Razones

084 =−x

84)( −= xxf

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