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REFERENTES Y REPRESENTACIONES CONCEPTUALES EN LA
FORMACIÓN DE PROFESORES DE FÍSICA
Jaime Duván Reyes Roncancio
[email protected]
Universidad Distrital Francisco José de Caldas
Facultad de Ciencias y Educación. Colombia
El articulo muestra un análisis de los referentes
conceptuales que sobre el concepto de campo eléctrico
manifiestan los estudiantes de licenciatura en física de
la Universidad Distrital ¨Francisco José de Caldas¨ en
el Curso Didáctica de la Fisica II, orientadas con
propósitos de enseñanza. Se presentan los resultados de
la aplicación de un instrumento utilizado en el trabajo
de investigación de aula,
así mismo se revela la
importancia de valorar el conocimiento físico como
componente del conocimiento didáctico del contenido
(Shulman, 1986, Marcelo. G., 1992) de los profesores en
formación inicial, Los resultados muestran elementos de
lo que Guisasola y Furió (1994,2001) han venido
develando en términos de la no claridad del salto
cualitativo
de
orden
epistémico
que
requiere
la
conceptualización del campo eléctrico en términos del
aprendizaje y por ende, para este Caso la futura
enseñanza.
Se
cuestiona
así
la
perspectiva
epistemológica que se devela en el análisis y algunas
consecuencias para la formación de profesores de física
en Colombia.
Palabras Clave: Conocimiento del profesor, Formación de
profesores,
física,
campo
eléctrico,
enseñanza,
aprendizaje, PCK.
Introducción
El conocimiento profesional del profesor no surge
espontáneamente de la práctica profesional y tampoco del
acumulado de años de experiencia, a menos de que ésta
haya sido reflexionada y puesta en consideración de
cambio
o
mejoramiento.
Así
las
cosas
tanto
el
conocimiento pedagógico como el de la Disciplina que se
enseña se constituyen en componentes generales del
conocimiento
profesional
que
adquiere
relevancia
investigativa en la medida en que los sujetos profesores
los involucran en sus practica diarias con los
estudiantes.
Estos
conocimientos
tampoco
también
devienen
de la formación que se desarrolle en los
estudios académicos de pregrado. En este sentido los
profesores en formación inicial del Proyecto Curricular
de Licenciatura en Física tienen la oportunidad de tomar
cursos de Didáctica de la Física en los que se abordan
referentes
teóricos
y
desarrollos
investigativos
mediante los cuales se posibilita la reflexión acerca de
propuestas
de
enseñaza
y
alternativas
de
manejo
didáctico con los estudiantes. Uno de estos grupos, el
correspondiente al curso Didáctica de la Física II
abordó el problema de la enseñanza de la electricidad,
situación en la que se involucran no solo perspectivas
pedagógicas y didácticas sino
también los conceptos
físicos asociados, en este caso ideas como carga
eléctrica, campo eléctrico y potencial eléctrico fueron
consideradas como parte del conocimiento físico que le
es inherente al conocimiento didáctico del contenido
(Shulman, 1986).
Metodología
El grupo de estudiantes aplicó un cuestionario sobre
conocimiento de contenido en el tema del campo
eléctrico, herramienta cuyos resultados de aplicación
son objeto del presente artículo en la medida en que
representan una forma de revisar los referentes desde
los cuales los estudiantes entienden o explican el
concepto de campo Eléctrico y que están a la par de sus
propuestas de enseñanza. Se advierte aquí que el
cuestionario tiene la intención de indagar por el
Conocimiento
de
contenido
que
el
estudiante
de
licenciatura en física utiliza a la altura de octavo
semestre para proyectar propuestas de enseñanza de los
conceptos físicos (Campo eléctrico en este caso).
En este sentido, el instrumento tienen una naturaleza de
orden exploratorio y reflexivo que busca cuestionar a
los estudiantes del curso sobre sus posibilidades de
proyectar unidades de enseñanza en relación con la
identificación de un tipo de dominio de los conceptos
físicos y una intencionalidades didácticas. Por esto las
preguntas del cuestionario no solo inquieren por el
nivel de representación del campo eléctrico sino que se
adjuntan cuestionamientos sobre el papel de la historia
y la epistemología en este conocimiento, también se
pregunta por la importancia del tema en el contexto de
la enseñanza y además se solicita presentar lineamientos
generales de propuestas alternativas de enseñanza.
Análisis de Resultados
1. Definir el campo eléctrico con sus propios términos
Según Maxwell (1888):
“To render our conception more definite, we shall begin by supposing a conducting
body electrified positively and insulated within a hollow conducting vessel. The
space between the body and the vessel is filled with air or some other insulating
medium. We call it an insulating medium when we regard it simply as retaining the
charge of the surface of the electrified body. When we consider it as taking an
important part of the manifestation of electric phenomena we shall use Faraday’s
expression, and call it a dielectric medium. Finally, when we contemplate the
region occupied by the medium as being a part of space in which electric
phenomena may be observed, we shall call this region the Electric Field. By using
this last expression we are not obliged to figure to ourselves the mode in which
the dielectric medium takes part in the phenomena. If we afterwards wish to form
a theory of the action of the medium, we may find the term dielectric useful.”
(pp. 36-37).
En las respuestas de los encuestados la idea de Campo
Eléctrico
no
se
asocia
en
todos
los
casos
con
las
conceptualizacion de Maxwell y Faraday, especificamente
en lo que tiene que ver con la referencia al medio entre
cargas, un caso tiene en cuenta el papel del medio en el
sentido de igualarlo conceptualmente al campo,
en otro caso el campo se entiende como perturbacion del
espacio, y llama la atenciòn
un caso en el cual el
estudiante asume que no hay una definición de Campo
Eléctrico. Igualmente un caso representa al campo en
términos de la interacción entre un cuerpo cargado
y
¨cualquier cuerpo material¨.
Esta diversidad de interpretaciones (ver cuadro No. 1)
puede
estar
igual
de
Eléctrico
reflejando
diversas
como
no
tal
perspectivas
solo
sino
del
del
epistemológicas
concepto
fenómeno
de
Campo
de
la
electrificacion que en la mayoria de los casos pareciera
interpretarse de manera implicita desde la perspectiva
de acción a distancia. Aquellos casos en donde se hace
explicito el papel del medio en el fondo subyace la idea
de que la fuerza se debe a las cargas y no al campo.
Parece una visión newtoniana en la cual solo actúan las
cargas, y no entre el campo y la partícula, como una
acción
contigua
que
tarda
un
tiempo
finito
para
propagarse (como lo introduce Faraday).
Tal vez esto se debe al carácter operativo que se le da
al campo, así pues, se utiliza el vector intensidad de
campo
para
calcular
fuerzas
mediante
acciones
a
distancia e instantáneas.
Cuadro No.1 Definiciones del campo eléctrico de los
estudiantes
1
¨El campo eléctrico es una propiedad que tiene el
espacio para interactuar con los objetos materiales¨.
¨Es
un
modelo
matematico
que
permite
calcular
la
fuerza que actuaría sobre cualquier carga-la carga de
2
prueba- al interactuar con otra (s)- la carga fuente.
- 3 Es una cantidad vectorial¨.
4
¨El campo eléctrico es aquella región del espacio, la
cual representa una fuerza por unidad de carga¨.
5
¨
Una
fuerza
de
atracción
que
ejercen
las
cargas
eléctricas y que solo son percibidas por otro cuerpo
con carga¨.
6
¨ El campo eléctrico es la evidencia que se tiene ante
la presencia de una carga eléctrica¨
7
¨Campo eléctrico. El concepto de campo electrico se
introduce para dar explicación de fuerzas a distancia,
entre cargas eléctricas, sin embargo no existe una
definición estructurada de este concepto¨.
8
¨Modificación
del
espacio
por
la
presencia
de
una
carga¨
9
¨Es
aquella
que
produce
ciertas
fuerzas
que
logra
sentir una carga. Otra definción mas matematica es:
que es la fuerza que siente la carga por unidad de
carga¨.
10 ¨Es aquella región debido a la presencia de una carga
electrica,
en
donde
se
evidencian
propiedades
y/o
fenomenos electricos¨.
2. Representaciones gráficas del
Según
campo eléctrico
Berkson (1981):
¨Faraday define las líneas de fuerza como líneas
cuyas tangentes están siempre en la dirección de
la fuerza; en este caso, la fuerza ejercida sobre
una partícula cargada en ese punto. En el caso de
una sola partícula cargada, las líneas de fuerza
son rectas y surgen de la partícula en todas las
direcciones como la luz emitida por una fuente
luminosa…Pero si tenemos dos partículas cargadas
separadas por una cierta distancia, una positiva y
la
otra
negativa
el
campo
resultante
presenta
líneas de fuerza curvas entre las dos cargas¨.
(pg. 119)
La representación del Campo Eléctrico (ver grafico No.
1) esta descrita por medio de las líneas de fuerza y en
dos casos se utiliza la regla de la Ley de Gauss: “las
líneas deben comenzar únicamente en las cargas positivas
y terminar en las negativas”. En otro caso la idea Campo
Eléctrico pareceria estar asociada a la existencia de
minimo dos cargas electricas. Dos casos representan el
campo con vectores asociados a puntos del espacio que se
pueden extender a todos los puntos del mismo formándose
asi las lineas de fuerza. Conviene señalar que algunas
representaciones tienen en cuenta el signo de las cargas
y la direccion de las lineas de fuerza, aunque en un
caso
las
líneas
no
son
continuas
y
no
presentan
dirección como si desde cada punto del espacio saliera
una
línea.
El
estudiante
1,
no
cree
que
se
pueda
representar el Campo Eléctrico gráficamente pero si las
configuraciones que puede formar el campo con las cargas
que interactúa, es decir posiblemente cuando observa el
experimento ve las líneas que el conoció como líneas de
Campo Eléctrico pero en ningún lado observa tal campo.
, Gráfico No. 1. Representaciones Gráficas del Campo
Eléctrico
3. La Historia y Epistemología
60 % de los encuestados no reconoce elementos históricos
del concepto del campo eléctrico. El 40% (cuadro No.2 )
restante lo relaciona con la problemática asociada a la
explicación de las interacciones eléctricas a distancia
en términos de la idea de Fuerza. Aquí se reconocen
algunos
rasgos
de
que
Faraday
comenzó
a
cuestionar
respecto a que el espacio no tuviera participación en la
interacción entre las cargas (teoría newtoniana).
Cuadro No. 2 Referentes histórico epistemológicos
¨Sólo
sé
que
introducido
el
por
la
concepto
campo
inconformidad
eléctrico
que
había
fue
de
que
hubiera fuerzas que obraban a distancia¨.
¨Una de las causas fue para poder explicar una ´fuerza
a distancia¨.
¨Faraday introdujo el concepto de campo eléctrico para
explicar
las
interacciones
a
distancia
de
cargas
eléctricas¨.
No conocemos con certeza la historia¨.
De otra parte, llama la atención que cuando se solicita
destacar
la
importancia
de
la
epistemologia
en
la
enseñanza del concepto de campo eléctrico la tendencia
mayoritaria la valora positivamente. En algunos casos se
apela a la claridad que brinda el conocer la historia y
sus contextos frente a la comprensión del concepto, como
lo señalan los siguientes casos:
¨…
porque
teniendo
claro
el
contexto
histórico, y causa epistemológica de su
origen,
se
comprensión
facilitara
en
su
el
manejo
estudio.
y
Entendido
también como una forma de acercamiento al
concepto¨.
¨… porque quien conoce de donde surgio una
idea
se
le
hace
mas
fácil
entender
el
concepto¨.
Otros casos acuden a la valoración en términos de las
difucultades intrínsecas del concepto, en particular a
la
abstracción
compriobar
existencia
necesaria
directamente
y
(con
la
imposibilidad
los
sentidos)
de
la
del campo eléctrico. En este sentido se
encuentran afirmaciones como:
¨…porque al igual que las cosas que no
podemos ver pero que los fenómenos dan
cuenta de que podrian existir, el campo
eléctrico
damos
no
cuenta
lo
de
vemos
ello
y
sin
al
embargo
atribuirle
propiedades como de que el campo es el
que ejerce la fuerza¨.
¨ Porque así como existe el concepto de
campo
gravitacional
para
hacer
referencia a la propiedad que atrae los
cuerpos, así mismo las cargas eléctricas
interactúan en el espacio y se construye
el concepto de campo eléctrico¨.
Se
presentan
también
argumentos
a
favor
de
la
epistemología como fuente de Conocimiento Didáctico del
Contenido en el sentido de valorar el reconocimiento
histórico a nivel de las dificultades conexas al proceso
de
construcción
conceptual,
es
decir
que
si
se
reflexiona sobre los errores o formas de analizar el
fenómeno se puede eventualmente cualificar su enseñanza.
Se encuentran aquí las siguiente afirmaciones:
¨… porque uno tiene que conocer la historia
para no cometer los mismos errores que otros
cometieron¨.
¨…
es
importante
histórico,
concepto
esto
de
hacer
un
reconocimiento
permitira
campo
y
elaborar
poder
el
avanzar
conceptualmente¨.
¨… ya que ayudaría a una mayor comprensión de
porque
la
definición
misma
de
campo
y
su
importancia¨.
¨… Porque una mirada al desarrollo histórico
de un concepto científico, puede permitir que
quien aprende, vea como fue desarrollado y
cuales necesidades lo hicieron posible¨.
4. Importancia del campo eléctrico en la electrostática
Cuadro No.3
¨Porque
La importancia del Campo Eléctrico
así
como
existe
el
concepto
de
campo
gravitacional para hacer referencia a la propiedad que
atrae
los
cuerpos,
así
mismo
las
cargas
eléctricas
interactúan en el espacio y se construye el concepto de
campo eléctrico.¨
¨Por permite la fuerza que actua sobre cualquier carga
si se conoce la magnitud del campo¨.
¨Para definir un espacio o región donde sucedían los
fenómenos electrostáticos¨.
¨Para poder explicar como era que se comunicaba una
fuerza a una carga de prueba¨.
¨Para explicar la interacción a distancia entre dos
cargas¨.
¨Resolver la idea de acción a distancia entre dos o mas
cargas¨.
¨Es
un
concepto
interacción
entre
para
dos
formalizar
cargas
y
ubicadas
aclarar
en
la
diferentes
puntos del espacio¨.
¨Porque reune los principales conceptos de esta, carga,
fuerza eléctrica, cargas de prueba, cargas positivas y
negativas¨.
¨porque se empieza a describir desde su generación por
cargas en reposo. Porque a partir de aquel concepto se
pueden
deducir
(hallar),
describir
propiedades
eléctricas de interés de las cargas en reposo (como la
fuerza eléctrica, el calor de la carga, etc)¨.
Las referencias al papel del medio como justificación
del concepto de campo eléctrico surgen como mecanismo
explicativo en términos del concepto de ´espacio¨. Aquí
el campo es el mediador para la transferencia de las
interacciones entre partículas. Aún cuando también se
encuentra que el campo es importante porque explica la
comunicación de una fuerza a una carga de prueba, sin
embargo
la
fuerza
que
se
menciona
no
se
origina
en
ninguna parte (carga) y esta fuerza se puede predecir si
se conoce la magnitud del campo. Situación que puede
tener un origen en las explicaciones tradicionales del
campo a partir de las ecuaciones.
Se aprecia de manera
particular que la idea de campo eléctrico se justifica
desde la misma lógica que parece haber justificado la
aparición del concepto de campo gravitacional.
5. Alternativas de Enseñanza
Una alternativa de enseñanza propuesta en
casos
es
la
de
utilizar
la
analogía
mas de dos
con
el
campo
gravitacional sin ninguna explicación o justificación
adicional,
lo que puede suponer que el solo mencionarlo
garantizaría la comprensión de la analogía, o que no se
requiere
ni
siquiera
establecer
los
alcances
de
la
misma. En solo uno de los casos la analogía con el campo
parece provenir de la teoría general de la relatividad
asociada
con
perturbación
masa, esta
la
idea
del
se
de
espacio
campo
tiempo
gravitacional
por
presencia
como
de
la
presenta de la siguiente forma:
¨La manera mas sencilla es compararlo con
el campo gravitacional, por ejemplo con
una sabana y dos masas. Se extiende la
sabana si no tiene nada encima y se pone
una masa muy pequeña la masa permanecera
quieta,
grande
pero
que
si
ponemos
´unda´
la
una
masa
sabana
la
muy
masa
pequeña se movera¨.
Esta
analogía
manifiesta
un
tipo
de
comprensión
del
campo eléctrico en la que habría que diferenciar la
existencia del campo en las dos situaciones señaladas,
en la primera cuando se coloca una masa pequeña hay que
llamar la atención por la configuración de la sabana, y
luego cuando se coloca la otra masa mayor se debería
establecer
algún
análisis
sobre
el
cambio
configuración de la sabana, de manera que esto
de
explique
el movimiento de la primera masa. El estudiante que
propone esta alternativa no advierte las limitaciones de
considerar las cargas eléctricas como masas y tampoco
señala algún análisis particular sobre la interacción
atractiva
propia
interacciones
del
campo
atractivas
y
gravitacional
repulsivas
propias
y
las
de
los
campos eléctricos en términos de potencial.
En otro caso de uso de analogía (Ver cuadro No. 4) se
utiliza la idea de la sensación térmica como indicador
de la intensidad del campo eléctrico. En este caso se
establecen
los
componentes
relacionan
con
los
de
conceptos
la
analogía
asociados
eléctrico como carga, Intensidad del campo y
al
y
se
campo
carga de
prueba. La analogía utilizada no solo implica entender
el campo desde la
perspectiva
configuración
de
Cuadro No. 4 Analogía térmica del
campo eléctrico
del
medio entre cargas
eléctricas,
invita
sino
a
considerarlo
también
para
caso
una
carga
de
el
sola
eléctrica
(un solo bombillo). Se sitúa aquí también la idea de
fuerza eléctrica asociada a la sensación térmica de la
mano, pero se olvida de advertir la naturaleza de la
idea de carga que aquí se expone, ya que adquiere dos
connotaciones diferentes, por un lado la carga es el
bombillo (los filamentos
incandescentes) y por otro lado
la carga es la mano.
Comentarios Finales
1. La posibilidad de describir las representaciones
de los estudiantes sobre el campo eléctrico desde
el trabajo de investigación en el aula, permite
establecer procesos de intervención didáctica de
acuerdo a los contextos construidos en este
proceso.
2. Los referentes epistemológicos resultan tener mayor
relevancia a la hora de validar la enseñanza del
concepto de campo eléctrico en el bachillerato.
3. Se desconocen los referentes históricos asociados a
la construcción del concepto del campo eléctrico,
tan solo se hacen referencias de segundo orden
sobre una supuesta polémica de la explicación de
las interacciones entre cargas, lo que permite
afirmar
que
este
no
es
un
conocimiento
significativo en los encuestados.
4. La idea de generar propuestas de enseñanza
alternativas
tampoco
es
un
conocimiento
significativo
a
nivel
generalizado
en
los
encuestados, situación que cuestiona la formación
de los profesores de física desde la perspectiva
del aprendizaje creativo.
5. La evidencias señalan posibles caminos para re
estructurar cursos de formación didáctica de
profesores de física en formación inicial en lo
que respecta a la enseñanza del campo eléctrico.
Donde uno de los énfasis podría ser el desarrollo
de un plan académico de asignatura centrado en el
pensamiento creativo y el desarrollo de analogía
(Duit, R., 1991) para la enseñanza desde una
perspectiva de modelación como lo planteado por
Justi R. (2006).
6. Aunque la importancia de la epistemología del
concepto de campo es fundamental y tiene una
valoración muy alta, los encuestados reconocen que
desconocen
los
referentes
histórico
epistemológicos de este concepto.
REFERENCIAS
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desde Faraday hasta Einstein. Madrid: Alianza editorial.
Duit, R. (1991). On the role of analogies and metaphors
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Guisasola,
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electroestática. Selección de cuestiones elaboradas para
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17(3), p. 441-452.
Furió, c. & Guisasola, J. (2001). La enseñanza del
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Como Conocen Los Profesores La
Materia Que Enseñan. Algunas
Contribuciones De La
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del profesorado. Santiago de Compostela (pp 191-211)
Maxwell,
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(1888).
An
Elementary
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Second Edition. New
PUBLICATIONS ,2005, INC.
Treatise
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York: DOVER
Shulman, S. L. (1986). Those Who Understand: Knowledge
Growth in Teaching. Educational Researcher(February), 414.