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EVOLUCIÓN DEL CONCEPTO DE CAMPO EN ESTUDIANTES DE NIVEL UNIVERSITARIO1
Leidy Johana Escobar Durango*
Yuliana González Pulgarín* [email protected]
Claudia Patricia Gutiérrez Avendaño*
Óscar Meneses Cardona**
RESUMEN
El objetivo de este trabajo es analizar la evolución del concepto de campo en cuatro (4)
estudiantes de nivel universitario, tomando como base las explicaciones que realizan al
momento de interpretar un fenómeno físico. Para examinar dichas explicaciones, se ha
tenido en cuenta la argumentación de los estudiantes establecida a través de tres
modelos: modelo de Newton, modelo de Faraday y modelo de Maxwell. Para este estudio,
se realizaron diversas intervenciones (observaciones, debates, entrevistas, cuestionarios)
que dieron cuenta de los cambios de los modelos explicativos de los estudiantes, durante
la investigación.
Con la intención de conocer esta evolución, se adelantó una
interpretación del concepto de campo desde un enfoque histórico-epistemológico, cuyos
resultados dieron cuenta de un cambio importante en los modelos explicativos iníciales.
Palabras clave: modelos explicativos, campo, evolución, argumentación.
1
Este artículo hace parte de los resultados obtenidos de la investigación “Evolución del concepto de campo en
estudiantes de nivel universitario”, realizado en estudiantes de quinto semestre de la Licenciatura en
Matemáticas y Física de la Universidad de Antioquia, 2008-2009.
*Estudiantes de la licenciatura en Matemáticas y Física.
**Docente de la Universidad de Antioquia
1
INTRODUCCIÓN
“esta vendrá dada por la toma de
En los últimos años se han realizado
conciencia gradual de las desventajas de
numerosas investigaciones en torno a la
las teorías propias y las ventajas de las
enseñanza y aprendizaje del concepto de
teorías rivales” (Tamayo, 2001, pg17).
campo que han puesto de manifiesto
Dentro de esta perspectiva se considera
algunas dificultades en la comprensión
que
de dicho concepto, entre estas se
elementos de las concepciones antiguas,
encuentran: identificación de fuentes de
a la vez que incorporan gradualmente
campo
1998),
elementos de las nuevas. Por tanto, es
explicación de interacciones (Furió y
necesario considerar tres aspectos en el
Guisasola 1998, 1999) y confusión entre
uso de conceptos: el lenguaje, las
fuerza y campo (Meneses y Caballero,
técnicas
1995). Por lo anterior, se plantea una
procedimientos de aplicación de las
propuesta enfocada en la historia y
ciencias (Toulmin, 1977, p. 171). El
epistemología, donde se estudien los
lenguaje se refiere a los conceptos
modelos explicativos de este concepto a
propios de cada ciencia, las técnicas de
través de la historia y a su vez se estudie
representación, a la posibilidad de
la evolución de los modelos explicativos
modelar los fenómenos por cada una de
de los estudiantes en torno a la
las
construcción del concepto de campo.
procedimientos de aplicación de las
(Furió
y
Guisasola,
los
estudiantes
de
empresas
mantienen
representación
intelectuales
y
y
los
los
ciencias al conjunto representativo de
EVOLUCIÓN CONCEPTUAL
conceptos que constituyen la transmisión
colectiva de las ciencias. De igual forma
Perspectiva de Stephen Toulmin
este autor plantea las ciencias, como
Para Stephen Toulmin la evolución
construcción sociocultural, enfoque que
conceptual es un proceso gradual que no
guía el presente trabajo.
depende
únicamente
de
procesos
lógicos,
2
Perspectiva de Óscar Tamayo
cual, puede ser analizado a través de su
Tamayo propone un estudio holístico de
contenido y coherencia, obteniendo así,
la evolución conceptual que tenga en
información acerca del proceso evolutivo
cuenta todos los logros a nivel cognitivo
de un determinado concepto.
pero
también
dimensiones
socio-
históricas y afectivas. La perspectiva
IMPLICACIONES DIDÁCTICAS DE UN
multidimensional
ENFOQUE HISTÓRICO-EPISTEMOLÓGICO
integra
aspectos
EN LA ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS.
conceptuales, cognitivos, metacognitivos
y lingüísticos en la comprensión de la
evolución de los conceptos en los
estudiantes.
En las últimas décadas, la historia
En cuanto al aspecto
y epistemología de las ciencias y en
cognitivo, el autor destaca la importancia
particular
de conocer los elementos cognitivos que
facilitador
conceptual, de esta forma reconocer
estudiantes.
cognitivas
Desde
la
de
necesidad
los
propios
procesos
para
investigación)
relevante
aparece
el
estas
de
una
enseñanza
hombre a partir de sus interpretaciones,
permite que los profesores de ciencias se
diferentes intereses en el aprendizaje de
muy
que
la historia como la construcción del
motivación con el fin de integrar los
aspecto
motivador
enseñanza (Matthews, 1994). Considerar
aprendizaje, teniendo en cuenta la
(siendo un
y
epistemología, en el mejoramiento de la
de
las ciencias; por último
venido
destaque los aportes de la historia y la
de que los estudiantes conozcan y
sus
ha
“contextualizada” de las ciencias, que
perspectiva
metacognitiva, se destaca la importancia
regulen
física,
representan; de ahí, se plantea la
estructuras superficiales y profundas en
estructuras
la
experimentando un auge debido al papel
propician u obstaculizan la evolución
las
de
vinculen
a
procesos
de
“recontextualización de saberes”, que
esta
exija de ellos la elaboración de criterios
aspecto
de selección de un campo problemático,
lingüístico, resaltando la necesidad de la
la toma de posición acerca de
construcción del discurso científico, el
los
fenómenos que intenta organizar y que
3
tenga en cuenta
Un análisis histórico-epistemológico del
los aportes que al
respecto han hecho otros autores;
concepto
proceso en el cual el papel de la historia y
permitido
epistemología
explicativos que han utilizado las ciencias
de
las
ciencias
es
para
determinante (Ayala, 2000).
en
análisis
de
los
Modelo de Newton
Desde Newton,
“el mundo está constituido por
que entran en juego (citado por Gagliardi
corpúsculos sólidos, extensos y por
y Giordan, 1986, p. 254). Por lo anterior
el espacio vacio; sin embargo, hay
se considera que un análisis histórico y
una tercera entidad, la fuerza. Cada
epistemológico, aporta a la construcción
corpúsculo posee la propiedad de
de rutas alternativas para la solución de
en
de
la historia.
han sido los conceptos estructurantes
latentes
además
magnética
de
y
las
que ha dejado cada modelo a lo largo de
principales
de su superación, permite conocer cuáles
problemas
modelos
fenómenos
eléctrica,
ha
intelectuales, producto de los problemas
obstáculos epistemológicos y el proceso
algunos
los
los
física,
conforme a la aparición de variantes
de una ciencia. Gagliardi (1986) plantea
el
en
modificaciones que estos han tenido
los
momentos de profunda transformación
que
explicar
gravitacional,
definir, cuáles fueron los conceptos
presentes
campo
identificar
interacción
La historia de las ciencias permite
estructurantes,
de
actuar a distancia y ejercer fuerzas
la
directa e instantáneamente sobre
enseñanza, sobre todo, si se tiene en
otros cuerpos del universo”. En la
cuenta que el carácter histórico de
teoría de Gravitación Universal la
significar la física está ligado a contextos
fuerza atractiva entre dos partículas
y problemas particulares (Aguilar, 2006)
es una fuerza central que actúa
siempre en la dirección que une los
CONCEPTO DE CAMPO: DEL MODELO DE
centros de las partículas (Berkson,
ACCIÓN A DISTANCIA AL MODELO DE
1981, p. 39),
CAMPO
4
donde los efectos gravitacionales se
“El término línea de fuerza es
propagan con velocidad infinita (acción a
pensado
distancia),
la
simplemente la dirección de la
intensidad depende del inverso de la
fuerza en algún lugar dado y no
distancia que los separa.
alguna idea o noción física de la
Modelo de Faraday: teoría de campo
manera en la cual puede ser
En la teoría de Faraday se resaltan tres
ejercida allí. […] es una línea a lo
aspectos importantes: la acción de
largo de la cual no hay tendencia
partículas
de
a la formación de una corriente
propagación (tiempo finito) y las líneas
eléctrica. […] las líneas de fuerza
de fuerza; para Faraday el mundo físico
no tienen principio ni fin, es decir,
está constituido por una red de líneas de
son líneas continuas y cerradas”
fuerza, donde cada punto de fuerza actúa
(Faraday, 1885, p. 418).
son
instantáneos
contiguas,
y
velocidad
directamente sobre los puntos vecinos y
para
expresar
Aquí se evidencia notoriamente que
la propagación de cualquier cambio de la
Faraday no está hablando de la causa de
intensidad de las fuerza requiere un
fenómeno
tiempo finito (Berkson, 1991, p.75). En
como
tal,
sino
de
las
condiciones de fuerza en ese lugar, por lo
palabras de Faraday:
cual aclara:
“De mis primeros experimentos
sobre la relación de la electricidad
“Deseo restringir el significado
y el magnetismo, he tenido que
de línea de fuerza como el
pensar y hablar de líneas de fuerza
empleado sólo en la condición de
magnética como representaciones
fuerza en algún lugar, como
del poder magnético, no sólo en
intensidad y dirección, y no
puntos de calidad y dirección, sino
incluye alguna idea de la causa
también en cantidad” (Faraday,
de
1885, p. 344).
fenómeno” (Faraday, 1885, p.
la
420).
Y añade:
5
naturaleza
física
del
De esto se puede concluir que las líneas
vacio, es decir, un espacio donde
de fuerza representan un estado de
están
esfuerzos y deformaciones que se dan en
sustancias las cuales podemos
el espacio (Carmona et al, 1995, p. 40) y
perturbar con los medios que
la intensidad de la fuerza en una región
tenemos a nuestra disposición.
viene dada por la densidad de las líneas
Si
de fuerza que la atraviesan. Según esta
introducido en un punto del
idea, un cuerpo no actúa directamente
campo eléctrico, en general, él
sobre otro, sino progresivamente a
determinará un cambio en la
través del campo, el cual es continuo.
distribución de la electrización en
un
retiradas
cuerpo
todas
eléctrico
las
es
la superficie de otros cuerpos.
Modelo de Maxwell
Pero si el cuerpo es muy pequeño
En
su
“Tratado
magnetismo”,
de
Maxwell
electricidad
se
y
y
detiene
la
carga
es
igualmente
pequeña, la electrización de
repetidamente en las consideraciones
otros
cualitativas del concepto de campo
sensiblemente
estudiado
la
podemos considerar el cuerpo
explicación de los métodos que utilizó
como definido” (Maxwell, 1879,
para concebir los fenómenos antes de
p. 44).
por
Faraday
y
en
cuerpos
no
modificada
será
y
pasar a la formalización. En este libro,
Maxwell define el concepto de campo
Para Maxwell el campo está constituido
eléctrico así:
por el éter y las acciones de este no
“El campo eléctrico es la porción
actúan sobre los demás a distancia, sino
del espacio vecino de cuerpos
sólo sobre las contiguas. El éter es
eléctricos, considerado desde el
concebido por Maxwell como una
punto de vista de fenómenos
sustancia elástica y con masa, por tal
eléctricos. Puede estar ocupado
razón, la velocidad de propagación era
por el aire o por otros cuerpos, o
finita.
bien puede ser lo que llamamos
6
Maxwell, introduce de una forma
al espacio de conceptualización Física De
matemática el concepto de líneas de
Los Campos en el semestre 2008-02.
fuerza y de campo, definiendo este
A estos 4 estudiantes se les realizó un
último como una propiedad física
seguimiento en torno a la evolución del
extendida en una región del espacio y
concepto de campo por medio de
descrita por medio de una función de la
cuestionarios, debates y entrevistas. Se
posición y el tiempo. Para esto, utiliza
cinco
conceptos
vectores,
realizaron diversas discusiones en el aula
fundamentales:
potencial,
de clases y fueron implementadas las
gradiente,
siguientes
divergencia y circulación.
campo
actividades:
eléctrico,
diagnóstica,
campo
METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN Y
actividad
DISEÑOS EXPERIMENTALES
entrevistas. Cada una de ellas indagaba
por
Esta
investigación
se
basa
en
la
la
experimental,
magnético,
evolución
de
evaluación,
los
modelos
explicativos iníciales de los estudiantes y
investigación cualitativa con estudio de
los modelos construidos en torno al
caso, cuyo enfoque principal es la
concepto de campo.
producción de conocimiento que permita
identificar
los
relacionados
diferentes
con
la
PRESENTACIÓN
procesos
evolución
Y
ANÁLISIS
DE
RESULTADOS
del
concepto de campo en la mente de los
Para el análisis de resultados se tuvieron
estudiantes; se enfatiza en el análisis de
en
los procesos y en la argumentación, en
anteriormente: modelo de Newton, de
cuanto
Faraday y Maxwell. En el cuadro I se
a
la
construcción
de
cuenta
los
modelos
expuestos
presentan los elementos de cada modelo
conocimiento.
que se tuvieron en cuenta para
La población con la cual se realizó la
análisis de los resultados, de acuerdo con
investigación fue cuatro estudiantes de la
el aspecto lingüístico de Óscar Tamayo:
Licenciatura en Matemáticas y Física de
la
Facultad
de
Educación
de
el
distanciamiento y crítica, análisis del
la
discurso, coherencia y representación
Universidad de Antioquia, que asistieron
lingüística.
7
MODELO NEWTONIANO
MODELO DE FARADAY
MODELO DE MAXWELL
Acción a distancia (AD)
Acción de partículas contiguas
Acción del éter sobre puntos
(APC)
vecinos (AEV)
Tiempo finito (TF)
Tiempo finito (TF)
Fuerzas circulares (FCIR)
No supone la existencia de
Tiempo infinito (instantáneo)
(TI)
Fuerzas centrales (FCEN)
fuerzas. Existe un estado de
tensiones (ET)
Vacio (V)
Éter (E)
Partículas contiguas
conectadas por líneas de
fuerza (LF)
Cuadro I: Modelos explicativos
Con
la
aplicación
diagnostica,
se
estudiantes
tenían
de
la
identificó
actividad
Para ilustrar estos elementos, se expone
que
a continuación un análisis de algunas
elementos
los
concepciones planteadas.
que
corresponden al modelo de Newton:
Los
acción a distancia y tiempo infinito. Sin
perturbación sufrida por la partícula A,
embargo, con el desarrollo de la segunda
también la sufrirá la partícula B(figura 1)
actividad,
y que dicha perturbación tardará algo de
los
estudiantes
tomaron
estudiantes
tiempo.
elementos del modelo de campo.
admiten
Responden:
que
“Mientras
la
más
distancia haya entre las partículas, mayor
será el tiempo de propagación”. Con
8
respecto
a
la
representación,
iníciales.
los
Las estructuras profundas y
estudiantes asumen la importancia de las
superficiales de los estudiantes son
líneas
modificadas en la medida en que los
de
fuerza
y
lo
simbolizan
correctamente.
estudiantes reconozcan las ventajas y
De igual forma se observó que los
desventajas de sus explicaciones.
estudiantes incorporan elementos de los
nuevos
modelos
manteniendo
aún
elementos de sus modelos explicativos
Figura 1: Situación problemática
CONCLUSIONES
permita al estudiante reflexionar e
indagar
acerca
de
las
ventajas
y
Analizar la evolución del concepto de
desventajas de aquellos modelos que
campo desde un enfoque histórico-
han sido aceptados por las comunidades
epistemológico,
un
científicas y de igual forma preguntarse
acercamiento a los modelos explicativos
por aquellos modelos que el mismo
iníciales de los estudiantes en torno al
estudiante
concepto de campo, y a su vez, la
identificar las dificultades que ellos
evolución que estos pueden tener a lo
poseen y brinda la posibilidad de crear
largo de un proceso, en el que se le
estrategias para superarlas.
permite
hacer
9
emplea.
Esto
permite
Trabajo de grado de doctorado no
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Berkson, W. Las teorías de los campos de
Barcelona. Barcelona. 2001
fuerza. Desde Faraday a Einstein. Versión
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Matthews, M.R.
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Aplicación al concepto de respiración.
10