Download corriente eléctrica - if

II CURSO BOLIVIANO
DE ENSEÑANZA DE LA FÍSICA
Carrera de Física, UMSA
Simulación y modelado
computacionales para facilitar
la aprendizaje de circuitos
eléctricos
Eliane Veit
Instituto de Física - UFRGS
La Paz
Agosto 2005
¿Qué circuitos eléctricos?
fuentes ideais
¿Por qué circuitos eléctricos?
•
hay muchas investigaciones respecto
de las dificultades de los alumnos en
esta área
•
como se trata de fenómenos dinámicos
son propicios al modelado
computacional
•
queremos evaluar las posibilidades de
mejoras en la aprendizaje de
conceptos físicos involucrados en
circuitos eléctricos con el uso de
actividades de simulación y modelado
computacionales
Referencial Teórico
• Teoria del Aprendizaje Verbal Significativo de
Ausubel:
• Teniendo
en cuenta los conocimientos previos
de los estudiantes.
• Utilizando
el software Modellus como un
elemento motivador para el estudiante.
• Construyendo
significativo.
un material potencialmente
Vamos presentar:
•
obstáculos para el aprendizaje de conceptos
físicos presentes en circuitos eléctricos simples
•
actividades de simulación y modelado
computacionales creadas para facilitar el
aprendizaje destos conceptos
• resultados de un trabajo de investigación al
respecto de mejoras en la aprendizaje de
conceptos físicos de electricidad
Obstáculos para el aprendizaje:
•
dificultades conceptuales: corriente eléctrica,
diferencia de potencial, resistencia, ...
• lenguaje y razonamientos incorrectos
• concepciones alternativas
Dificultad con respecto al concepto de
corriente eléctrica
• compare los brillos da lámparas L1, L2, L3, L4 y L5
solamente 10% a 15% dan la respuesta correcta
respuestas típicas: L2 > L3 => la corriente eléctrica es
consumida
L1 = L2 = L3; L4 = L5; i3 si divide
McDermott
Dificultades con el concepto de diferencia
de potencial
• ¿Cómo se comparan los brillos de las lámparas,
con el interruptor cerrado?
y si está abierto?
> 50% dos alumnos no consiguem responder
correctamente
McDermott et al.
Consecuências de las dificultades con el
concepto de diferencia de potencial
• muchos alumnos piensam que una
bateria es una fuente de corriente, no de
tensión
• no distiguem
McDermott et al.
Confusión entre los conceptos de potencial
y diferencia de potencial
• ¿Quál es la diferencia de potencial entre los pares de
puntos?
40% dos alumnos respueonderan 6V !
Duit et al.
Dificultad con el concepto de resistência
eléctrica
• Si R1 es aumentada, lo qué si passa con i1 y i2 ?
fuente ideal
Solamente 20% correctos: i1 decresce y i2 no cambia
Duit et al.
Obstáculos para la aprendizaje:
dificultades conceptuales: corriente eléctrica,
diferencia de potencial, resistencia, ...
• lenguaje y razonamientos incorrectos
• concepciones alternativas
Otros obstáculos de aprendizaje:
•
los significados atribuídos a i, R y DV en la
lenguaje cotidiano son diferentes de los
científicos
•
razonamiento local en vez de sistémico u
holístico
•
razonamiento secuencial en vez de sistémico u
holístico
Razonamiento local en vez de sistémico u
holístico
•
focalizam la atención en un punto y ignoran lo que
está a la frente
Muchos alumnos respondieran que:
i1= 0,6 A, i2= 0,3 A y i3= 0,3 A,
como si la bateria fuera una fuente
de corriente y no de diferencia de
potencial
Razonamiento secuencial en vez de
sistémico u holístico
•
piensan en “antes” y “depues” de pasar la corriente
1/3 de los alumnos piensa que
si R1 cambiar, el brillo de L1 cambiará
si R2 cambiar, el brillo de L1 no
cambiará
para muchos, si el interruptor
for abierto, el brillo de L1
permanece el mesmo
A veces las creencias son tan fuertes, que ni
siquiera la experiencia real la destruye
¿Qué parte del hilo brillaría si el interruptor estuviera
cerrado?
Prediciones:
i)
primero a la izquierda (o
derecha) dependiendo de la
suposición hecha al respecto del
sentido de la corriente y
considerando que brillaría o lado
por el cual la corriente “entra en
el hilo”;
ii)
En el medio, pues habría dos
tipos de corrientes – una que
entra por la izquierda y otra por
la derecha – que se encuentran
al medio
iii) El hilo brillaría
simultaneamente en todos
los lugares (correcta)
Schlichting apud Duit
Vamos presentar:
 obstáculos para la aprendizaje de conceptos
físicos presentes en circuitos eléctricos simples
•
actividades de simulación y modelado
computacionales creadas para facilitar el
aprendizaje destos conceptos
• resultados de un trabajo de investigación al
respecto de mejoras en la aprendizaje de
conceptos físicos de electricidad
Algunos objetivos de las actividades
computacionales creadas
a) dada una diferencia de potencial entre puntos de un
circuito simples, el alumno deverá:
i) ser capaz de reconocer la corriente eléctrica como
consecuência de la diferencia de potencial y de la
resistência eléctrica;
ii) relacionar el aumento de la corriente eléctrica en el
circuito a la disminuición de la resistência equivalente;
Todos los objetivos
Guias para los alumnos y profesores
Alumno: circuito simples (simulación)
circuito simples (modelado)
circuito RLC (simulación)
circuito RLC (modelado)
Profesor: circuito simples (simulación)
circuito RLC (simulación)
Alguns ejemplos
apresenta.mdl
cirser.mdl
cirpar.mdl
cirmis.mdl
cirlamp.mdl
Vamos presentar:
obstáculos para la aprendizaje de conceptos
físicos presentes en circuitos eléctricos simples
 actividades de simulación y modelado
computacionales creadas para facilitar el
aprendizaje destos conceptos
• resultados de un trabajo de investigación al
respecto de mejoras en la aprendizaje de
conceptos físicos de electricidad
¿Qué investigaciones se han hecho??
•
uso de un conjunto de actividades de simulación y
modelado computacionales exploratorias y de creación
en 9 aulas de 1h35min (en clase)
Hipótesis de investigación:
El uso de actividades de simulación y modelado
computacionales promoverá la predisposición de
el alumno para aprender de modo que el perceba la
relevância de el contenido estudiado.
Diseño de la investigación:
Diseño
Grupo experimental
Grupo de control
O1 X O 2
O1 O 2
01 = Test inicial
X = actividades computacionales
02 = Test final
Instrumentos de investigación:
•
•
Test circuito simples
(corriente eléctrica)
Test circuito RLC
Resultados p/circuitos simples
Comparación entre las médias ajustadas de
el test final para los dos grupos:
Conclusiones:
•
El desempeño de los alumnos en el grupo experimental
fue mejor que en el grupo control (diferencia
estadísticamente significativa).
•
Las actividades de simulación y modelado
computacionales con el software Modellus pueden
facilitar la aprendizaje de conceptos físicos involucrados
en circuitos eléctricos simples.
•
El procedimento didáctico adoptado requirió mucha
interacción de los estudiantes con las actividades
computacionales, de los estudiantes entre sí y con el
profesor, tornándose un elemento motivador en el
aprendizaje de los estudiantes (análisis cualitativo).
Referências
[1] DUIT, R.; RHONECK, C. V. Learning and understanding key concepts of
electricity. Disponível em: <http://www.physics.ohio-state.edu/~jossem/ICPE/
C2.html>. Acesso em: 10 mar. 2005.
[2] McDERMOTT, L. C; SHAFFER, P. S. Research as a guide for curriculum
development: an example from introductory electricity. I. Investigation of student
understanding. American Journal of Physics, v. 60, n. 11, p. 994, 1992.
[3] ENGELHARDT, P. V.; BEICHNER, R. J. Students’ understanding of direct
current resistive circuits. American Journal of Physics, v. 72, n. 1, p. 98, 2004.
[4] THACKER, B. A.; GANIEL, U.; BOYS, D. Macroscopic phenomena and
microscopic processes: student understanding of transients in direct current
electric circuits. Physics Education Research: a supplement to the American
Journal of Physics, 1, to v. 67, n. 7, p. S25, 1999.
[5] GANIEL, U.; EYLON, B. Macro-micro relationships: the missing link between
electrostatics and electrodynamics in students' reasoning. International Journal of
Science Education, v. 12, n. 2, p. 79, 1990.
[6] GRECA, I. M.; MOREIRA, M. A. Modelos mentales y aprendizaje de física en
electricidad y magnetismo. Enseñanza de las Ciencias, Barcelona, v. 16, n. 2, p.
289, 1998.
[7] GRECA, I. M.; MOREIRA, M. A. Un estudio piloto sobre representaciones
mentales, imagenes, proposiciones y modelos mentales respecto al concepto de
campo electromagnetico en alumnos de física general, estudiantes de postgrado y
fisicos profesionales. Investigações en Ensino de Ciências, v. 1, n. 1, p. 95,1996.
L1 = L4 = L5 > L2 = L3
L1 = L4 > L2 y L3
•
a corriente eléctrica que passa pelas lâmpadas L1 y
L4 é a mesma y maior do que a que passa por L2 y L3;
• ou pode-se raciocinar que a diferencia de potencial
entre os terminais de L1 y L4 é maior do que a
estabelecida entre os bornes de L2 y L3.
corriente eléctrica
dificultad en
1. visualizar que la intensidad de
la corriente eléctrica en un
circuito depende de las
características de la fuente, pero
también de la resistência
equivalente do que fué acoplado
entre sus terminales
2. considerar la conservación
espacial de la corriente eléctrica
3. reconocer que la intensidade
de la corriente eléctrica no
depende de la orden en que se
encontram los elementos no
circuito y ni de lo sentido de la
corriente.
concepciones
alternativas
... piensam que la bateria és
una fuente de corriente
eléctrica constante
... piensam que la corriente
se desgasta al passar por
una resistência eléctrica
... cream que la orden de los
elementos en el circuito y el
sentido de la corriente
eléctrica son relevantes
...pressuponen que la fuente
fornece los portadores de
carga responsábles por la
corriente eléctrica en el
circuito
diferencia de potencial
dificultad en
1. diferenciar los conceptos:
diferencia de potencial y
corriente eléctrica
2. diferenciar os conceptos de
diferencia de potencial y de
potencial eléctrico
3. reconocer que una bateria
ideal mantém una diferencia de
potencial constante entre sus
terminales
4. calcular la diferencia de
potencial entre pares de puentos
a lo largo del circuito
concepções alternativas
... piensam que la bateria és
una fuente de corriente
eléctrica constante y no
como una fuente de
diferencia de potencial
constante
... perciebem la diferencia de
potencial como una
propriedade da corriente
eléctrica
... consideram que las
diferencias de potencial
entre pares de puentos ao
longo do circuito
permanecem constantes
Resistência eléctrica
dificultad em
concepções alternativas
1. distinguir resistência equivalente
... freqüentemente piensam en la
de una parte del circuito y la
resistência equivalente en el
resistência eléctrica de un elemento
circuito como se fuera una
individual
propiedade de un elemento
individual de el circuito
2. perceber que la resistência
equivalente és una abstracción útil ... en división de corrientes
para obter la corriente total o la
eléctrica en ramos paralelos
diferencia de potencial en una parte
de un circuito, consideram
del circuito
solamente el número de
ramos y no las resistências
3. compreender que las divissiones
eléctricas relativas a los
de corrientes eléctrica en un puento
vários ramos
de junción del circuito depienden
de la configuracion del circuito
... piensam que se un resistor
reduz la corriente por x, dois
4. entender la associación en série de
resistores van reduzi-la por 2x,
resistores como un impedimiento a
independientemente de el
la pasaje de corriente; y a
arranjo de los resistores
associación en paralelo como un
camino alternativo, para la passaje
de corriente... ; 5...