Transdisciplina
Planificación Áulica Transdisciplinar:
“La Relatividad:
Entre la Teoría y la Experiencia.”
Destinatarios:
Tercer año de Escuela de Educación Técnica. Curso de 18 alumnos varones de zona marginal de escasos recursos cuyas edades oscilan entre 14 y 17 años.
Espacio Curricular: FÍSICA
Fundamentación
El conocimiento intuitivo que tenemos respecto de la velocidad de un móvil en relación con el espacio y el tiempo que demora en recorrerlo nos lleva a pensar que la velocidad se puede aumentar infinitamente y, por otro lado, que el tiempo es el mismo para cualquier observador independientemente del lugar en que este se encuentre. La educación tradicional en el aula “ignora el proceso de generación de las ideas, enfocando su atención en el producto final de la ciencia y llevando a los alumnos a comprensiones superficiales, frágiles o erróneas, de las ideas científicas” (Gellon, Rosenvasser Feher, Furman y Golombek, s/f; p. 16)
Algunas experiencias permiten corroborar el ejemplo mencionado en el párrafo anterior y formular una teoría que las respalden. Sin embargo, otras experiencias parecen contradecir el sentido común. Decir que “un reloj corre más rápido para un observador que para otro”, puede parecer irrisorio, no obstante, Einstein demostró teóricamente que dicho postulado era cierto.
Es importante, en la enseñanza de las ciencias, modelar ese “empiricismo”, pero también, demostrar que la realidad puede no ser tal como la percibimos; el conocimiento que hoy se enseña como verdadero mañana podría ser disuelto por nuevas teorías abstractas. “Lo esencial en esta recorrida por el “método científico” es el desafío de buscar explicaciones posibles y ponerlas a prueba” (Gellon, Rosenvasser Feher, Furman y Golombek, s/f; p. 73).
Por otro lado, Jorge Sztrajman escribe: “La relatividad ha ejercido una influencia tan grande en nuestra concepción del Universo, que sus ideas principales deberían ser conocidas, incluso por quienes no desarrollan actividades relacionadas con las ciencias naturales” (Sztrajman, 2006; p. 1). Este párrafo sintetiza la relevancia de la enseñanza de la “La Relatividad” dentro de la disciplina. La visión del mundo de la física clásica fue modificada por la relativista provocando grandes cambios que trajeron aparejadas enormes implicancias en diversas aplicaciones humanas. Conocimientos que parecen vedados a su enseñanza en la escuela media.
Objetivos:
· Desarrollar actividades tendientes a generar actitudes científicas de modelización de ideas, indagación, elaboración de diseños experimentales y autoevaluación del proceso investigativo en los alumnos:,
· Contrastar el aspecto empírico de la ciencia (cosas que verdaderamente existen), con el aspecto abstracto (que no deriva de la mera observación) (Gellon, 2006; p.1).
· Comparar los conceptos de velocidad y tiempo obtenidos por el método empírico y por el método abstracto de la Teoría de la Relatividad Especial.
· Ejercitar la imaginación en base a las evidencias obtenidas, y aprender a utilizar la modelización para predecir nuevas observaciones.
· Desarrollar los aspectos metodológico y contra-intuitivo.
Ideas centrales
· El aspecto metodológico de la ciencia comprende las técnicas, estrategias del pensamiento, trucos y el consabido método científico (Gellon, 2006; p. 3).
· Tradicionalmente, el método científico supone una serie ordenada de pasos para ir encontrando respuestas consistentes a preguntas bien planteadas relacionadas con lo que sucede en nuestro entorno. Sin embargo, en el mundo científico, una investigación puede llegar a comenzar con experimentos exploratorios, con observaciones que llaman la atención, buscando una conciliación de ideas divergentes o con el objetivo de validar una determinada visión de la realidad. ” (Gellon, Rosenvasser Feher, Furman y Golombek, s/f; p. 70).
· Las ciencias físicas y naturales no lidian con mundos de fantasía sino con las cosas que verdaderamente existen (Gellon, 2006; p. 3). Esto se denomina aspecto empírico de la ciencia.
· La ciencia genera en sus modelos teóricos y cuerpos de teoría un conjunto de entidades imaginarias cuya existencia no se deriva de la observación (Gellon, 2006; p. 3). Esto se denomina aspecto abstracto de la ciencia.
· La velocidad es proporcional al espacio e inversamente proporcional al tiempo que demanda recorrerlo. Intuitivamente, el tiempo es el mismo para cualquier observador y la velocidad podría aumentarse indefinidamente. Sin embargo, la teoría de la relatividad especial de Einstein demuestra que el tiempo depende de la velocidad relativa del observador proponiendo como límite a la velocidad de la luz.
· El pensamiento científico en algunos casos parece contradecir el sentido común desafiando nuestras formas de pensar habituales. Este aspecto se denomina contra-intuitivo (Gellon, 2006; p. 3).
Se utiliza la Teoría de la Relatividad Especial para ejemplificar los aspectos de la ciencia: empírico, abstracto, metodológico y contra-intuitivo.
Procedimientos y actitudes
· Identificación y aplicación del método empírico y abstracto de la ciencia.
· Formulación de conclusiones y análisis crítico de las mismas.
· Comparación entre ambos métodos.
Se pretende con estos procedimentales, despertar un “espíritu científico” en los alumnos (Gellon, 2006; p.1).
Estrategias metodológicas (enfoques sobre la enseñanza)
Clase 1
Gellon afirma que “para poder aprender a pensar científicamente los estudiantes deben comprender cómo los investigadores formulan ideas para explicar la realidad que percibimos” (Gellon, Rosenvasser Feher, Furman y Golombek, 2006; p.39). No basta con decirles a los estudiantes que la ciencia es empírica es necesario modelar ese carácter empírico.
Se continúará con el “aprendizaje por indagación” propuesto por Marta Furman, empleando la técnica de “investigaciones guiadas” pretendiendo generar una actitud curiosa hacia lo que nos rodea. Se emplearán preguntas esenciales y, posteriormente a su exposición, preguntas científicas y productivas (Furman, 2006; pp 2 - 9).
Además, se utilizará la estrategia de “revisión de diseño experimental entre pares” (Furman, 2006; p. 12) y de “evaluación de resultados en paneles entre pares” (Gellon, Rosenvasser Feher, Furman y Golombek, 2006; p.98).
Clase 2
Se empleará como estrategia la “metáfora de la narratividad” para contar la historia que, según Mario Carretero, “la forma más elemental de cualquier conocimiento –se argumenta– se halla en las historias que contamos y nos cuentan. Esas historias, que comprenden desde los simples relatos infantiles hasta los cuentos y las novelas complejas, tienen presencia en todas las facetas y las etapas de la vida humana, así como en todas las culturas y los medios sociales” (Carretero; 2005; p. 12).
Se emplearán afiches como recursos gráficos y se empleará la búsqueda de un modelo explicativo abstracto como estrategia para ejercitar la predicción.
Clase 3
Se desarrollará la experiencia de Michelson empleando el interferómetro del Laboratorio de Ciencias del Observatorio Astronómico de Rosario (Puede ver el vínculo de YouTube a continuación). Se empleará como estrategia el trabajo en grupos para validar o refutar las conclusiones.
Clase 4
Se analizará el modelo teórico de la relatividad especial, se identificará el aspecto contra-intuitivo de la ciencia y se efectuará un análisis comparativo entre los aspectos empírico y abstracto.
Actividades - Recursos
Clase 1 - La velocidad, el espacio y el tiempo desde el método empírico de la ciencia
Tiempo estimado: 240 minutos - (3 jornadas de 80 minutos cada una)
Recurso didáctico 1: móvil de bajo coeficiente de rozamiento.
El docente expone que la ciencia tiene un aspecto metodológico tomará un móvil (ver Recurso 1) y le aplicará brevemente una fuerza horizontal para que éste se desplace una distancia sobre el riel. Solicitará a los alumnos que observen el fenómeno con atención ya que deberán expresar sus ideas al respecto. Efectuará la misma actividad dos o tres veces aplicando distintas intensidades de fuerza (y por ende distintas velocidades).
Preguntará a la clase: ¿Qué pudieron observar? ¿Qué ideas les surgen al respecto? ¿Qué relaciones podrían hacer entre la distancia recorrida por el móvil y el tiempo que demora en recorrerla? (Se pretende “Brindar la oportunidad a los estudiantes de observar fenómenos y de formar sus propias ideas sobre ellos”. (Gellon y otros[1])).
Interpelará a los alumnos acerca de la terminología empleada para expresar dicha relación (Para “Usar la secuencia “fenómeno-idea-terminología” al explorar un tema” según la propuesta de Gellon y otros).
A continuación, se solicitará que en grupos de 3 o 4 alumnos propongan un procedimiento experimental para poder medir y comprobar la relación existente entre velocidad-espacio-tiempo del móvil en un movimiento rectilíneo uniforme teniendo en consideración los siguientes criterios para realizar el experimento en el laboratorio: deberá definir el modelo experimental, el instrumental requerido, las tablas de mediciones que deberán realizar, distribuir las tareas a realizar durante la medición y desarrollar un informe que exprese lo realizado, incluyendo conclusiones personales (“Desarrollar ideas a partir de experiencias o prácticas de laboratorio.” Gellon y otros) respondiendo a “preguntas esenciales: puntuales y generales” (Furman, 2006; p. 7): ¿Qué sucede al espacio recorrido en un tiempo fijo cuando se aumenta la velocidad? ¿Qué sucede al tiempo demorado para recorrer una distancia determinada al aumentar la velocidad? ¿Qué relación encuentra entre la velocidad, el espacio y el tiempo?- (“Usar actividades de exploración guiadas que arranquen “desde cero”, es decir, fomentando que los estudiantes construyan sus ideas de acuerdo con lo que perciben” Gellon y otros).
Si los estudiantes no proponen el uso de controles, el docente puede hacer objeciones que impliquen la inclusión de los mismos (“¿Cómo sabés que … ?”). El rol de los controles puede discutirse en esta etapa de diseño experimental. Alternativamente el docente puede explicar qué es un control y realizar una discusión más rica con los resultados del experimento en la mano (Gellon, Rosenvasser Feher, Furman y Golombek, 2006; p.98).
Antes de empezar, los alumnos discutirán y tomarán decisiones:
• ¿Cada cuánto tiempo van a hacer las mediciones? • ¿Quién/quiénes van a medir? • ¿Qué cosas van a medir? (Por ejemplo, ¿van a medir los tiempos que demora el móvil en una distancia fija? ¿Van a aclarar qué es lo que varían? ¿Van a medir las distancias que recorre el móvil en un tiempo determinado? ¿Van a aclarar qué es lo que varían?. ¿Van a comentar qué resultados obtuvieron?. Expliquen cada una de sus decisiones. •¿Cuáles son los resultados posibles del experimento? ¿Qué concluirían de cada uno? (“Prestar atención a la dinámica del aula; por ejemplo, brindando suficiente tiempo a los alumnos para que piensen y elaboren sus respuestas a las preguntas del docente” Gellon y otros) .
Además, es importante establecer que toda medición acarrea consigo errores y que por más precisa y cuidadosa que sea, no existe la medición exacta. En términos de Gellon y otros:“Los errores de este tipo, llamados errores probables o estadísticos, no significan equivocaciones sino que establecen los límites dentro de los cuales se conoce la cantidad medida” (Gellon, Rosenvasser Feher, Furman y Golombek, 2006; p.79) . Los alumnos deberán saber estimar sus errores probables.
Se empleará la estrategia “revisión entre pares” (Furman, 2006; p.12) utilizada también por científicos profesionales para el diseño experimental. Cada grupo diseña un experimento y antes de ejecutarlo, presenta el diseño a otro grupo de alumnos quienes efectuarán preguntas que clarifiquen aspectos de su protocolo, sugiriendo mejoras al diseño y destacando ventajas del mismo.
Finalmente deberán preparar un póster para presentar al resto de la clase que incluirá un esquema del experimento de manera que el resto de los grupos puedan entenderlo especificando el título del experimento, la pregunta que quieren responder, un dibujo del diseño del experimento, materiales, variables que van a medir y método de medición. Esto es un ejercicio en el proceso de evaluación entre pares y en la presentación de diseños experimentales y resultados en paneles (Gellon, Rosenvasser Feher, Furman y Golombek, 2006; p.98).
Los grupos desarrollarán la investigación y su exposición; posteriormente se discutirán los métodos de cada grupo para que los alumnos tomen conciencia de por qué eligieron esa forma de trabajar. Se dejará constancia que esta práctica será parte de su evaluación procesual.
Una vez desarrollada la investigación y exposición, los alumnos, en forma escrita, deberán responder individualmente una guía de preguntas científicas (Furman, 2006; p. 8) tales como: ¿Influye la cantidad de observaciones que efectuamos en los resultados obtenidos? ¿De qué forma? ¿Qué sucedería si una medición resultara muy lejana a las otras? ¿Por qué las mediciones no dan valores exactamente iguales?
y preguntas productivas (Furman, 2006; p. 7) tales como:
* Si colocáramos una hormiga sobre un punto de nuestro móvil (que recorre 40 cm/seg) y ésta se desplaza en igual sentido que el mismo con una velocidad de x centímetros en un segundo ¿Qué distancia total podrías decir que recorrió la hormiga?
* ¿Qué distancia total podrías decir que recorrió la hormiga si se desplazara con la misma velocidad propia (absoluta) y sentido opuesto?
* ¿Cuál sería su velocidad propia (absoluta) y cuál su velocidad respecto del móvil (relativa) en ambos casos? (interrogantes que pretenden llevar a los alumnos a realizar nuevos experimentos o nuevas formulaciones, tales como la suma y resta de velocidades)
* ¿Qué significan, para ti, los resultados numéricos obtenidos en estos ejemplos? (que pretende hacerlos reflexionar sobre los datos que recolectaron). (“Poner especial atención en indagar la evidencia empírica que lleva a formular conceptos cuando se trata de fenómenos no observables en el aula”. Gellon y otros).
Se evaluarán las respuestas, pondrán en común y se arribará a las ideas centrales: “las ciencias físicas y naturales no lidian con mundos de fantasía sino con las cosas que verdaderamente existen” y que “tradicionalmente, el método científico supone una serie ordenada de pasos para ir encontrando respuestas consistentes a preguntas bien planteadas relacionadas con lo que sucede en nuestro entorno. Sin embargo, en el mundo científico, una investigación puede llegar a comenzar con experimentos exploratorios, con observaciones que llaman la atención, buscando una conciliación de ideas divergentes o con el objetivo de validar una determinada visión de la realidad” tal como pudieron deducir de la clase desarrollada. (“Considerar casos históricos, analizando la secuencia de desarrollo de una idea a partir de las observaciones y experimentos e incluyendo la definición y redefinición de términos”. Gellon y otros).
Clase 2 - El interferómetro de Michelson: la evidencia y la predicción.
Tiempo estimado: 80 minutos en el aula.
Recursos didácticos: Afiche 1 - Afiche 2
Se retomarán las conclusiones de la clase anterior y se empleará como estrategia la “metáfora de la narratividad” para “narrar”, a modo de cuento, el caso histórico del cálculo teórico de Maxwell de la velocidad de la luz en 300.000 km/seg, la hipótesis del
Afiche 1 Afiche 2
desplazamiento de la luz en el “éter” y el desconcierto producido por el experimento de Michelson-Morley con su interferómetro (Jaffe; 1961). Se utilizará el afiche 1 para esquematizar la idea de Michelson de enviar simultáneamente dos rayos de luz en direcciones perpendiculares, hacerles recorrer distancias iguales y recogerlos en un punto común. Uno de los rayos tardaría más que el otro debido al movimiento de la Tierra alrededor del Sol y por lo tanto a través del supuesto éter; así, girando el aparato, las interferencias entre los rayos deberían ser diferentes. El afiche 2 muestra lo que un observador exterior percibe.
Se solicitará que, en grupos de cuatro alumnos, discutan y propongan un modelo que explique de manera teórica las evidencias obtenidas por Michelson. Tal como Gellon y colaboradores lo expresan: “la creación de modelos con los alumnos no es tarea sencilla; sin embargo, permite entender cómo funcionan las cosas. El objetivo del proceso es que los alumnos ejerciten su imaginación en base a las evidencias obtenidas, y que aprendan a utilizar el modelo para predecir nuevas observaciones” .
Clase 3 - Visita al Museo de Ciencias del Observatorio Astronómico de Rosario.
Tiempo estimado: 120 min en el Laboratorio Interactivo de Ciencias del Observatorio.
Recursos didácticos: Interferómetro de Michelson
Los alumnos realizarán la experiencia interactiva con el interferómetro de Michelson-Morley y revisarán las conclusiones a las que habían arribado validando o refutándolas (Estimular las conversaciones e intercambio de ideas en pequeños grupos de trabajo para que analicen propuestas, las validen o las refuten de acuerdo con los procedimientos característicos del trabajo científico. Martini, 2006). El objetivo de la visita es, empleando palabras de Mariana Martini, “posibilitar una mejor adquisición de contenidos conceptuales, procedimentales y actitudinales … lo importante no es sólo ver, sino también manipular, para poder entender determinados principios científicos y técnicos”
Clase 4 - La Relatividad Especial de Einstein y el método abstracto de la ciencia
Tiempo estimado: 80 minutos en el aula.
Recursos didácticos: Afiche 1 - Afiche 2
Una vez en el aula, se pondrán en común las reflexiones arribadas (Promover que los alumnos prolonguen estas discusiones y busquen profundizar los conceptos y los temas abordados luego de la visita; Martini, 2006)
A continuación, se presentará el modelo teórico presentado por Einstein (Como resultado de esta puesta en común con los estudiantes, reformularemos sus aportaciones e indicaremos, por ejemplo, los resultados obtenidos por la comunidad científica, para luego plantear nuevas preguntas, nuevos experimentos que les permitan continuar y profundizar la experiencia de la visita al museo; Martini, 2006) empleando el ejemplo propuesto por Sztrajman referido a un tren que se mueve hacia la derecha y del cual parten dos rayos de luz: uno en el sentido de su movimiento y otro en sentido contrario. Así, un pasajero sentado en el tren observará que ambos rayos alcanzan los extremos en el mismo momento, ya que se mueven a igual velocidad y recorren idénticas distancias. Sin embargo, un espectador exterior observa que el rayo que viaja en el sentido del tren tarda más en llegar al extremo, pues debe perseguir a ese extremo y el rayo que viaja en sentido contrario al del tren emplea menos tiempo, pues el extremo le viene al encuentro. Se preguntará al curso respecto de sus opiniones al respecto y se pondrá de manifiesto que la conclusión arribada por Einstein es que ambos observadores están en lo cierto ya que los intervalos de tiempo no son absolutos sino relativos al observador y dependen de la velocidad relativa de los mismos. Dos sucesos simultáneos para uno pueden no serlo para otro y que aunque esto resulte extraño para el sentido común, no es contradictorio con los hechos físicos expresando la idea central: “el pensamiento científico en algunos casos parece contradecir el sentido común desafiando nuestras formas de pensar habituales. Este aspecto se denomina contra-intuitivo” (Gellon, 2006). Se abordará la idea central respecto del aspecto abstracto de la ciencia que alude al hecho de que la misma genera en sus modelos teóricos un conjunto de “entidades imaginarias cuya posible existencia no se deriva de la mera observación”(Gellon, 2006; p. 3).
Finalmente, los alumnos realizarán un “Análisis comparativo” (Miguel, 2000; p.55) entre el aspecto empírico y el abstracto plasmándolo en un cuadro comparativo, empleado como instrumento de evaluación individual.
Bibliografía del docente
· Adúriz –Bravo, A., (2006); “Reflexiones acerca de la naturaleza de la ciencia: un aporte central para una educación científica de calidad para todos y todas” en Posgrado Diploma Superior en Constructivismo y Educación, Bs As, FLACSO.
· Aparicio, J.J. y Rodríguez Moneo, M., (2005); “Aprendizaje significativo y aprendizaje con sentido” en Posgrado Diploma Superior en Constructivismo y Educación, Bs As, FLACSO.
· Carretero, M., (2005); “Psicología cognitiva y educación” en Posgrado Diploma Superior en Constructivismo y Educación, Bs As, FLACSO.
· Furman, M., (2006); “Investigando se aprende. El desarrollo del pensamiento científico a través de indagaciones guiadas” en Posgrado Diploma Superior en Enseñanza de las Ciencias, Bs As, FLACSO.
· Gellon, G., Rosenvasser Feher, E., Furman, M. y Golombek, D.; (s/f), “La ciencia en el aula. Lo que nos dice la ciencia sobre cómo enseñarla”, Bs As, Paidós
· Golombek, D., (2006); “Bienvenida y presentación del posgrado” en Posgrado Diploma Superior en Enseñanza de las Ciencias, Bs As, FLACSO.
· Jaffe, B., (1961); “Michelson y la velocidad de la luz”, Buenos Aires, Eudeba.
· Martini, M., (2006); “Escuela e Instituciones informales de ciencia: aliados en la enseñanza y el aprendizaje”, en Posgrado Diploma Superior en Enseñanza de las Ciencias, Bs As, FLACSO.
· Miguel, M. (2000); Introducción a la didáctica de la Educación Tecnológica”, Córdoba, Grafos XXI.
· Millar, R. y Osborne, J., (1998); “Beyond 2000. Science education for the future”, King’s Collage London, Scholl of Education.
· Sztrajman, J., (2006); “La relatividad y la concepción del universo” en Posgrado Diploma Superior en Enseñanza de las Ciencias, Bs As, FLACSO.
· Torregrosa Lillo, A., (s/f); “La teoría de la RELATIVIDAD” en: http://www.relatividad.org/bhole/relatividad.htm“Apunte para entender bastante la teoría de la relatividad especial y algo la general” en www.monografias.com/trabajos13/relati/relati.shtml.
[1] Gellon y otros: Gellon, Rosenvasser Feher, Furman y Golombek, 2006; p.39; “Prácticas pedagógicas sugeridas para destacar el aspecto empírico de la ciencia” en “La ciencia en el aula. Lo que nos dice la ciencia sobre cómo enseñarla”, Bs As, Paidós
Planificación Áulica Transdisciplinar:
“La Relatividad:
Entre la Teoría y la Experiencia.”
Destinatarios:
Tercer año de Escuela de Educación Técnica. Curso de 18 alumnos varones de zona marginal de escasos recursos cuyas edades oscilan entre 14 y 17 años.
Espacio Curricular: FÍSICA
Fundamentación
El conocimiento intuitivo que tenemos respecto de la velocidad de un móvil en relación con el espacio y el tiempo que demora en recorrerlo nos lleva a pensar que la velocidad se puede aumentar infinitamente y, por otro lado, que el tiempo es el mismo para cualquier observador independientemente del lugar en que este se encuentre. La educación tradicional en el aula “ignora el proceso de generación de las ideas, enfocando su atención en el producto final de la ciencia y llevando a los alumnos a comprensiones superficiales, frágiles o erróneas, de las ideas científicas” (Gellon, Rosenvasser Feher, Furman y Golombek, s/f; p. 16)
Algunas experiencias permiten corroborar el ejemplo mencionado en el párrafo anterior y formular una teoría que las respalden. Sin embargo, otras experiencias parecen contradecir el sentido común. Decir que “un reloj corre más rápido para un observador que para otro”, puede parecer irrisorio, no obstante, Einstein demostró teóricamente que dicho postulado era cierto.
Es importante, en la enseñanza de las ciencias, modelar ese “empiricismo”, pero también, demostrar que la realidad puede no ser tal como la percibimos; el conocimiento que hoy se enseña como verdadero mañana podría ser disuelto por nuevas teorías abstractas. “Lo esencial en esta recorrida por el “método científico” es el desafío de buscar explicaciones posibles y ponerlas a prueba” (Gellon, Rosenvasser Feher, Furman y Golombek, s/f; p. 73).
Por otro lado, Jorge Sztrajman escribe: “La relatividad ha ejercido una influencia tan grande en nuestra concepción del Universo, que sus ideas principales deberían ser conocidas, incluso por quienes no desarrollan actividades relacionadas con las ciencias naturales” (Sztrajman, 2006; p. 1). Este párrafo sintetiza la relevancia de la enseñanza de la “La Relatividad” dentro de la disciplina. La visión del mundo de la física clásica fue modificada por la relativista provocando grandes cambios que trajeron aparejadas enormes implicancias en diversas aplicaciones humanas. Conocimientos que parecen vedados a su enseñanza en la escuela media.
Objetivos:
· Desarrollar actividades tendientes a generar actitudes científicas de modelización de ideas, indagación, elaboración de diseños experimentales y autoevaluación del proceso investigativo en los alumnos:,
· Contrastar el aspecto empírico de la ciencia (cosas que verdaderamente existen), con el aspecto abstracto (que no deriva de la mera observación) (Gellon, 2006; p.1).
· Comparar los conceptos de velocidad y tiempo obtenidos por el método empírico y por el método abstracto de la Teoría de la Relatividad Especial.
· Ejercitar la imaginación en base a las evidencias obtenidas, y aprender a utilizar la modelización para predecir nuevas observaciones.
· Desarrollar los aspectos metodológico y contra-intuitivo.
Ideas centrales
· El aspecto metodológico de la ciencia comprende las técnicas, estrategias del pensamiento, trucos y el consabido método científico (Gellon, 2006; p. 3).
· Tradicionalmente, el método científico supone una serie ordenada de pasos para ir encontrando respuestas consistentes a preguntas bien planteadas relacionadas con lo que sucede en nuestro entorno. Sin embargo, en el mundo científico, una investigación puede llegar a comenzar con experimentos exploratorios, con observaciones que llaman la atención, buscando una conciliación de ideas divergentes o con el objetivo de validar una determinada visión de la realidad. ” (Gellon, Rosenvasser Feher, Furman y Golombek, s/f; p. 70).
· Las ciencias físicas y naturales no lidian con mundos de fantasía sino con las cosas que verdaderamente existen (Gellon, 2006; p. 3). Esto se denomina aspecto empírico de la ciencia.
· La ciencia genera en sus modelos teóricos y cuerpos de teoría un conjunto de entidades imaginarias cuya existencia no se deriva de la observación (Gellon, 2006; p. 3). Esto se denomina aspecto abstracto de la ciencia.
· La velocidad es proporcional al espacio e inversamente proporcional al tiempo que demanda recorrerlo. Intuitivamente, el tiempo es el mismo para cualquier observador y la velocidad podría aumentarse indefinidamente. Sin embargo, la teoría de la relatividad especial de Einstein demuestra que el tiempo depende de la velocidad relativa del observador proponiendo como límite a la velocidad de la luz.
· El pensamiento científico en algunos casos parece contradecir el sentido común desafiando nuestras formas de pensar habituales. Este aspecto se denomina contra-intuitivo (Gellon, 2006; p. 3).
Se utiliza la Teoría de la Relatividad Especial para ejemplificar los aspectos de la ciencia: empírico, abstracto, metodológico y contra-intuitivo.
Procedimientos y actitudes
· Identificación y aplicación del método empírico y abstracto de la ciencia.
· Formulación de conclusiones y análisis crítico de las mismas.
· Comparación entre ambos métodos.
Se pretende con estos procedimentales, despertar un “espíritu científico” en los alumnos (Gellon, 2006; p.1).
Estrategias metodológicas (enfoques sobre la enseñanza)
Clase 1
Gellon afirma que “para poder aprender a pensar científicamente los estudiantes deben comprender cómo los investigadores formulan ideas para explicar la realidad que percibimos” (Gellon, Rosenvasser Feher, Furman y Golombek, 2006; p.39). No basta con decirles a los estudiantes que la ciencia es empírica es necesario modelar ese carácter empírico.
Se continúará con el “aprendizaje por indagación” propuesto por Marta Furman, empleando la técnica de “investigaciones guiadas” pretendiendo generar una actitud curiosa hacia lo que nos rodea. Se emplearán preguntas esenciales y, posteriormente a su exposición, preguntas científicas y productivas (Furman, 2006; pp 2 - 9).
Además, se utilizará la estrategia de “revisión de diseño experimental entre pares” (Furman, 2006; p. 12) y de “evaluación de resultados en paneles entre pares” (Gellon, Rosenvasser Feher, Furman y Golombek, 2006; p.98).
Clase 2
Se empleará como estrategia la “metáfora de la narratividad” para contar la historia que, según Mario Carretero, “la forma más elemental de cualquier conocimiento –se argumenta– se halla en las historias que contamos y nos cuentan. Esas historias, que comprenden desde los simples relatos infantiles hasta los cuentos y las novelas complejas, tienen presencia en todas las facetas y las etapas de la vida humana, así como en todas las culturas y los medios sociales” (Carretero; 2005; p. 12).
Se emplearán afiches como recursos gráficos y se empleará la búsqueda de un modelo explicativo abstracto como estrategia para ejercitar la predicción.
Clase 3
Se desarrollará la experiencia de Michelson empleando el interferómetro del Laboratorio de Ciencias del Observatorio Astronómico de Rosario (Puede ver el vínculo de YouTube a continuación). Se empleará como estrategia el trabajo en grupos para validar o refutar las conclusiones.
Clase 4
Se analizará el modelo teórico de la relatividad especial, se identificará el aspecto contra-intuitivo de la ciencia y se efectuará un análisis comparativo entre los aspectos empírico y abstracto.
Actividades - Recursos
Clase 1 - La velocidad, el espacio y el tiempo desde el método empírico de la ciencia
Tiempo estimado: 240 minutos - (3 jornadas de 80 minutos cada una)
Recurso didáctico 1: móvil de bajo coeficiente de rozamiento.
El docente expone que la ciencia tiene un aspecto metodológico tomará un móvil (ver Recurso 1) y le aplicará brevemente una fuerza horizontal para que éste se desplace una distancia sobre el riel. Solicitará a los alumnos que observen el fenómeno con atención ya que deberán expresar sus ideas al respecto. Efectuará la misma actividad dos o tres veces aplicando distintas intensidades de fuerza (y por ende distintas velocidades).
Preguntará a la clase: ¿Qué pudieron observar? ¿Qué ideas les surgen al respecto? ¿Qué relaciones podrían hacer entre la distancia recorrida por el móvil y el tiempo que demora en recorrerla? (Se pretende “Brindar la oportunidad a los estudiantes de observar fenómenos y de formar sus propias ideas sobre ellos”. (Gellon y otros[1])).
Interpelará a los alumnos acerca de la terminología empleada para expresar dicha relación (Para “Usar la secuencia “fenómeno-idea-terminología” al explorar un tema” según la propuesta de Gellon y otros).
A continuación, se solicitará que en grupos de 3 o 4 alumnos propongan un procedimiento experimental para poder medir y comprobar la relación existente entre velocidad-espacio-tiempo del móvil en un movimiento rectilíneo uniforme teniendo en consideración los siguientes criterios para realizar el experimento en el laboratorio: deberá definir el modelo experimental, el instrumental requerido, las tablas de mediciones que deberán realizar, distribuir las tareas a realizar durante la medición y desarrollar un informe que exprese lo realizado, incluyendo conclusiones personales (“Desarrollar ideas a partir de experiencias o prácticas de laboratorio.” Gellon y otros) respondiendo a “preguntas esenciales: puntuales y generales” (Furman, 2006; p. 7): ¿Qué sucede al espacio recorrido en un tiempo fijo cuando se aumenta la velocidad? ¿Qué sucede al tiempo demorado para recorrer una distancia determinada al aumentar la velocidad? ¿Qué relación encuentra entre la velocidad, el espacio y el tiempo?- (“Usar actividades de exploración guiadas que arranquen “desde cero”, es decir, fomentando que los estudiantes construyan sus ideas de acuerdo con lo que perciben” Gellon y otros).
Si los estudiantes no proponen el uso de controles, el docente puede hacer objeciones que impliquen la inclusión de los mismos (“¿Cómo sabés que … ?”). El rol de los controles puede discutirse en esta etapa de diseño experimental. Alternativamente el docente puede explicar qué es un control y realizar una discusión más rica con los resultados del experimento en la mano (Gellon, Rosenvasser Feher, Furman y Golombek, 2006; p.98).
Antes de empezar, los alumnos discutirán y tomarán decisiones:
• ¿Cada cuánto tiempo van a hacer las mediciones? • ¿Quién/quiénes van a medir? • ¿Qué cosas van a medir? (Por ejemplo, ¿van a medir los tiempos que demora el móvil en una distancia fija? ¿Van a aclarar qué es lo que varían? ¿Van a medir las distancias que recorre el móvil en un tiempo determinado? ¿Van a aclarar qué es lo que varían?. ¿Van a comentar qué resultados obtuvieron?. Expliquen cada una de sus decisiones. •¿Cuáles son los resultados posibles del experimento? ¿Qué concluirían de cada uno? (“Prestar atención a la dinámica del aula; por ejemplo, brindando suficiente tiempo a los alumnos para que piensen y elaboren sus respuestas a las preguntas del docente” Gellon y otros) .
Además, es importante establecer que toda medición acarrea consigo errores y que por más precisa y cuidadosa que sea, no existe la medición exacta. En términos de Gellon y otros:“Los errores de este tipo, llamados errores probables o estadísticos, no significan equivocaciones sino que establecen los límites dentro de los cuales se conoce la cantidad medida” (Gellon, Rosenvasser Feher, Furman y Golombek, 2006; p.79) . Los alumnos deberán saber estimar sus errores probables.
Se empleará la estrategia “revisión entre pares” (Furman, 2006; p.12) utilizada también por científicos profesionales para el diseño experimental. Cada grupo diseña un experimento y antes de ejecutarlo, presenta el diseño a otro grupo de alumnos quienes efectuarán preguntas que clarifiquen aspectos de su protocolo, sugiriendo mejoras al diseño y destacando ventajas del mismo.
Finalmente deberán preparar un póster para presentar al resto de la clase que incluirá un esquema del experimento de manera que el resto de los grupos puedan entenderlo especificando el título del experimento, la pregunta que quieren responder, un dibujo del diseño del experimento, materiales, variables que van a medir y método de medición. Esto es un ejercicio en el proceso de evaluación entre pares y en la presentación de diseños experimentales y resultados en paneles (Gellon, Rosenvasser Feher, Furman y Golombek, 2006; p.98).
Los grupos desarrollarán la investigación y su exposición; posteriormente se discutirán los métodos de cada grupo para que los alumnos tomen conciencia de por qué eligieron esa forma de trabajar. Se dejará constancia que esta práctica será parte de su evaluación procesual.
Una vez desarrollada la investigación y exposición, los alumnos, en forma escrita, deberán responder individualmente una guía de preguntas científicas (Furman, 2006; p. 8) tales como: ¿Influye la cantidad de observaciones que efectuamos en los resultados obtenidos? ¿De qué forma? ¿Qué sucedería si una medición resultara muy lejana a las otras? ¿Por qué las mediciones no dan valores exactamente iguales?
y preguntas productivas (Furman, 2006; p. 7) tales como:
* Si colocáramos una hormiga sobre un punto de nuestro móvil (que recorre 40 cm/seg) y ésta se desplaza en igual sentido que el mismo con una velocidad de x centímetros en un segundo ¿Qué distancia total podrías decir que recorrió la hormiga?
* ¿Qué distancia total podrías decir que recorrió la hormiga si se desplazara con la misma velocidad propia (absoluta) y sentido opuesto?
* ¿Cuál sería su velocidad propia (absoluta) y cuál su velocidad respecto del móvil (relativa) en ambos casos? (interrogantes que pretenden llevar a los alumnos a realizar nuevos experimentos o nuevas formulaciones, tales como la suma y resta de velocidades)
* ¿Qué significan, para ti, los resultados numéricos obtenidos en estos ejemplos? (que pretende hacerlos reflexionar sobre los datos que recolectaron). (“Poner especial atención en indagar la evidencia empírica que lleva a formular conceptos cuando se trata de fenómenos no observables en el aula”. Gellon y otros).
Se evaluarán las respuestas, pondrán en común y se arribará a las ideas centrales: “las ciencias físicas y naturales no lidian con mundos de fantasía sino con las cosas que verdaderamente existen” y que “tradicionalmente, el método científico supone una serie ordenada de pasos para ir encontrando respuestas consistentes a preguntas bien planteadas relacionadas con lo que sucede en nuestro entorno. Sin embargo, en el mundo científico, una investigación puede llegar a comenzar con experimentos exploratorios, con observaciones que llaman la atención, buscando una conciliación de ideas divergentes o con el objetivo de validar una determinada visión de la realidad” tal como pudieron deducir de la clase desarrollada. (“Considerar casos históricos, analizando la secuencia de desarrollo de una idea a partir de las observaciones y experimentos e incluyendo la definición y redefinición de términos”. Gellon y otros).
Clase 2 - El interferómetro de Michelson: la evidencia y la predicción.
Tiempo estimado: 80 minutos en el aula.
Recursos didácticos: Afiche 1 - Afiche 2
Se retomarán las conclusiones de la clase anterior y se empleará como estrategia la “metáfora de la narratividad” para “narrar”, a modo de cuento, el caso histórico del cálculo teórico de Maxwell de la velocidad de la luz en 300.000 km/seg, la hipótesis del
Afiche 1 Afiche 2
desplazamiento de la luz en el “éter” y el desconcierto producido por el experimento de Michelson-Morley con su interferómetro (Jaffe; 1961). Se utilizará el afiche 1 para esquematizar la idea de Michelson de enviar simultáneamente dos rayos de luz en direcciones perpendiculares, hacerles recorrer distancias iguales y recogerlos en un punto común. Uno de los rayos tardaría más que el otro debido al movimiento de la Tierra alrededor del Sol y por lo tanto a través del supuesto éter; así, girando el aparato, las interferencias entre los rayos deberían ser diferentes. El afiche 2 muestra lo que un observador exterior percibe.
Se solicitará que, en grupos de cuatro alumnos, discutan y propongan un modelo que explique de manera teórica las evidencias obtenidas por Michelson. Tal como Gellon y colaboradores lo expresan: “la creación de modelos con los alumnos no es tarea sencilla; sin embargo, permite entender cómo funcionan las cosas. El objetivo del proceso es que los alumnos ejerciten su imaginación en base a las evidencias obtenidas, y que aprendan a utilizar el modelo para predecir nuevas observaciones” .
Clase 3 - Visita al Museo de Ciencias del Observatorio Astronómico de Rosario.
Tiempo estimado: 120 min en el Laboratorio Interactivo de Ciencias del Observatorio.
Recursos didácticos: Interferómetro de Michelson
Los alumnos realizarán la experiencia interactiva con el interferómetro de Michelson-Morley y revisarán las conclusiones a las que habían arribado validando o refutándolas (Estimular las conversaciones e intercambio de ideas en pequeños grupos de trabajo para que analicen propuestas, las validen o las refuten de acuerdo con los procedimientos característicos del trabajo científico. Martini, 2006). El objetivo de la visita es, empleando palabras de Mariana Martini, “posibilitar una mejor adquisición de contenidos conceptuales, procedimentales y actitudinales … lo importante no es sólo ver, sino también manipular, para poder entender determinados principios científicos y técnicos”
Clase 4 - La Relatividad Especial de Einstein y el método abstracto de la ciencia
Tiempo estimado: 80 minutos en el aula.
Recursos didácticos: Afiche 1 - Afiche 2
Una vez en el aula, se pondrán en común las reflexiones arribadas (Promover que los alumnos prolonguen estas discusiones y busquen profundizar los conceptos y los temas abordados luego de la visita; Martini, 2006)
A continuación, se presentará el modelo teórico presentado por Einstein (Como resultado de esta puesta en común con los estudiantes, reformularemos sus aportaciones e indicaremos, por ejemplo, los resultados obtenidos por la comunidad científica, para luego plantear nuevas preguntas, nuevos experimentos que les permitan continuar y profundizar la experiencia de la visita al museo; Martini, 2006) empleando el ejemplo propuesto por Sztrajman referido a un tren que se mueve hacia la derecha y del cual parten dos rayos de luz: uno en el sentido de su movimiento y otro en sentido contrario. Así, un pasajero sentado en el tren observará que ambos rayos alcanzan los extremos en el mismo momento, ya que se mueven a igual velocidad y recorren idénticas distancias. Sin embargo, un espectador exterior observa que el rayo que viaja en el sentido del tren tarda más en llegar al extremo, pues debe perseguir a ese extremo y el rayo que viaja en sentido contrario al del tren emplea menos tiempo, pues el extremo le viene al encuentro. Se preguntará al curso respecto de sus opiniones al respecto y se pondrá de manifiesto que la conclusión arribada por Einstein es que ambos observadores están en lo cierto ya que los intervalos de tiempo no son absolutos sino relativos al observador y dependen de la velocidad relativa de los mismos. Dos sucesos simultáneos para uno pueden no serlo para otro y que aunque esto resulte extraño para el sentido común, no es contradictorio con los hechos físicos expresando la idea central: “el pensamiento científico en algunos casos parece contradecir el sentido común desafiando nuestras formas de pensar habituales. Este aspecto se denomina contra-intuitivo” (Gellon, 2006). Se abordará la idea central respecto del aspecto abstracto de la ciencia que alude al hecho de que la misma genera en sus modelos teóricos un conjunto de “entidades imaginarias cuya posible existencia no se deriva de la mera observación”(Gellon, 2006; p. 3).
Finalmente, los alumnos realizarán un “Análisis comparativo” (Miguel, 2000; p.55) entre el aspecto empírico y el abstracto plasmándolo en un cuadro comparativo, empleado como instrumento de evaluación individual.
Bibliografía del docente
· Adúriz –Bravo, A., (2006); “Reflexiones acerca de la naturaleza de la ciencia: un aporte central para una educación científica de calidad para todos y todas” en Posgrado Diploma Superior en Constructivismo y Educación, Bs As, FLACSO.
· Aparicio, J.J. y Rodríguez Moneo, M., (2005); “Aprendizaje significativo y aprendizaje con sentido” en Posgrado Diploma Superior en Constructivismo y Educación, Bs As, FLACSO.
· Carretero, M., (2005); “Psicología cognitiva y educación” en Posgrado Diploma Superior en Constructivismo y Educación, Bs As, FLACSO.
· Furman, M., (2006); “Investigando se aprende. El desarrollo del pensamiento científico a través de indagaciones guiadas” en Posgrado Diploma Superior en Enseñanza de las Ciencias, Bs As, FLACSO.
· Gellon, G., Rosenvasser Feher, E., Furman, M. y Golombek, D.; (s/f), “La ciencia en el aula. Lo que nos dice la ciencia sobre cómo enseñarla”, Bs As, Paidós
· Golombek, D., (2006); “Bienvenida y presentación del posgrado” en Posgrado Diploma Superior en Enseñanza de las Ciencias, Bs As, FLACSO.
· Jaffe, B., (1961); “Michelson y la velocidad de la luz”, Buenos Aires, Eudeba.
· Martini, M., (2006); “Escuela e Instituciones informales de ciencia: aliados en la enseñanza y el aprendizaje”, en Posgrado Diploma Superior en Enseñanza de las Ciencias, Bs As, FLACSO.
· Miguel, M. (2000); Introducción a la didáctica de la Educación Tecnológica”, Córdoba, Grafos XXI.
· Millar, R. y Osborne, J., (1998); “Beyond 2000. Science education for the future”, King’s Collage London, Scholl of Education.
· Sztrajman, J., (2006); “La relatividad y la concepción del universo” en Posgrado Diploma Superior en Enseñanza de las Ciencias, Bs As, FLACSO.
· Torregrosa Lillo, A., (s/f); “La teoría de la RELATIVIDAD” en: http://www.relatividad.org/bhole/relatividad.htm“Apunte para entender bastante la teoría de la relatividad especial y algo la general” en www.monografias.com/trabajos13/relati/relati.shtml.
[1] Gellon y otros: Gellon, Rosenvasser Feher, Furman y Golombek, 2006; p.39; “Prácticas pedagógicas sugeridas para destacar el aspecto empírico de la ciencia” en “La ciencia en el aula. Lo que nos dice la ciencia sobre cómo enseñarla”, Bs As, Paidós
