Los experimentos en el aula como estrategia para ayudar a mejorar las dificultades de aprendizaje en el comportamiento de las ondas luminosas en estudiantes de grado noveno

Rosa Judith Aranda Muelas

Universidad Nacional de Colombia Sede Palmira Facultad de Ingeniería y Administración, Palmira, Valle del Cauca, Colombia 2013

Los experimentos en el aula como estrategia para ayudar a mejorar las dificultades de aprendizaje en el comportamiento de las ondas luminosas en estudiantes de grado noveno

Rosa Judith Aranda Muelas

Tesis o trabajo de investigación presentado como requisito parcial para optar al título de: Magíster en Enseñanza de las Ciencias Exactas y Naturales

Director: M. Sc. Agronomía Oscar Alonso Herrera Gutiérrez

Universidad Nacional de Colombia Sede Palmira Facultad de Ingeniería y Administración, Palmira, Valle del Cauca, Colombia 2013

A mi padre por su apoyo y confianza y a mi madre por su amor incondicional.

Agradecimientos Agradezco primeramente a Dios, por proveerme de salud y tantas bendiciones que hicieron posible la realización de este trabajo.

Al profesor Oscar Herrera Gutiérrez Docente de la Universidad Nacional de Colombia sede Palmira y Director del presente trabajo, por orientarme en su desarrollo, siempre con su disposición, paciencia y sabiduría.

A la Universidad Nacional de Colombia sede Palmira por abrirme sus puertas, junto con sus docentes quienes siempre guiaron este proceso de formación.

A Ruth Filomena Manzano coordinadora en la sede central de la Institución Educativa Mercedes Ábrego y demás docentes por facilitarme los espacios necesarios para la realización de este trabajo.

A mi esposo Karol Imbachí López por su apoyo incondicional, asesoría y comprensión, durante el desarrollo del presente trabajo.

Resumen y Abstract

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Resumen Este trabajo aborda las prácticas experimentales en el aula sobre las ondas luminosas, como estrategia para mejorar el aprendizaje de este tema. La propuesta se basó en la elaboración de guías de prácticas experimentales bajo la metodología de aprendizaje activo, las cuales fueron implementadas con 55 estudiantes de grado noveno de la Institución Educativa Mercedes Abrego de Palmira Valle del Cauca. La propuesta de tipo cualitativa-descriptiva, se analizó mediante los informes desarrollados durante las prácticas, además con un cuestionario de selección múltiple aplicado antes y después de la estrategia. En los resultados, se evidenció un impacto positivo de las prácticas experimentales sobre el aprendizaje de los estudiantes, que se reflejó en el mejor desempeño obtenido en el cuestionario aplicado después de la estrategia en comparación con el que se aplicó antes de la misma. Sin embargo, se observa que persisten algunas dificultades aún después de aplicar la estrategia las cuales consistieron principalmente en la escasa capacidad para argumentar las respuestas y la falta de vocabulario propio de las ciencias en las mismas, ante lo cual se plantea incrementar la realización de prácticas experimentales desde grados anteriores, justificando así, la necesidad de incrementar la intensidad horaria de la asignatura en el grado noveno, que permita llevar a cabo las experiencias.

Palabras clave: Prácticas experimentales, aprendizaje activo, fenómenos ondulatorios, estrategias de enseñanza, didáctica.

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Los experimentos en el aula como estrategia para ayudar a mejorar las dificultades de aprendizaje en el comportamiento de las ondas luminosas en estudiantes de grado noveno

Abstract This paper addresses the experimental practices in the classroom on light waves as a strategy for improving learning of this subject. The proposal was based on the development of experimental practice guidelines under the active learning methodology, which were implemented with 55 students in the ninth grade Mercedes Abrego Educational Institution of Palmira Valle del Cauca. The proposed qualitative-descriptive type was analyzed by the reports developed during practice, also a multiple choice questionnaire applied before and after the strategy. In the results, it showed a positive impact of experimental practices on student learning, which was reflected in the best performance obtained in the questionnaire administered after the strategy compared with that applied before the same. However, it is noted that some difficulties remain even after implementing the strategy which consisted mainly of weak capacity to argue the answers, and lack of vocabulary of science in the same, to which is focusing on enhancing the performance of experimental work experience from previous degrees, justifying the need to increase the intensity of the subject times in the ninth grade, which allows to carry out the experiences.

Keywords: Experimental practices, active learning, wave phenomena, teaching strategies, teaching.

Contenido

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Contenido Pág. Resumen ..............................................................................................................................IX Abstract .................................................................................................................................X Lista de figuras ................................................................................................................ XIII Lista de tablas ................................................................................................................... XV Introducción ......................................................................................................................... 1 1.

MARCO REFERENCIAL ............................................................................................... 5 1.1 Marco Teórico ...................................................................................................... 5 1.1.1 Acercamiento a la historia y epistemología de la experimentación en el aula .................................................................................................................. 5 1.1.2 Estilos de aprendizaje .............................................................................. 6 1.1.3 Dificultades en el aprendizaje de la física ................................................ 7 1.1.4 Aprendizaje significativo y metodología activa ...................................... 11 1.2 Estado del arte................................................................................................... 13 1.2.1 Impacto de las prácticas experimentales y la metodología activa en la enseñanza ............................................................................................................. 13

2.

DISEÑO METODOLÓGICO......................................................................................... 15 2.1 Lugar y contexto del estudio ............................................................................. 15 2.2 Método de investigación y modelo de aprendizaje ........................................... 16 2.3 Dificultades que presentan los estudiantes de grado noveno al abordar el comportamiento de las ondas ...................................................................................... 16 2.4 Elaboración de las guías de prácticas experimentales .................................... 17 2.5 Aplicación de las guías de prácticas experimentales en el aula ...................... 19 2.5.1 Análisis de la información durante las prácticas experimentales .......... 20 2.5.2 Impacto de las prácticas experimentales en la superación de las dificultades de aprendizaje ................................................................................... 21

3.

RESULTADOS ............................................................................................................. 23 3.1 Diagnóstico inicial sobre las dificultades de los estudiantes ............................ 23 3.2 Las guías de prácticas experimentales ............................................................. 25 3.2.1 Guía 1: refracción de la luz .................................................................... 27 3.2.2 Guía 2: comportamiento de la luz .......................................................... 27 3.2.3 Guía 3: el láser en el agua ..................................................................... 27 3.3 Aplicación de las guías de prácticas experimentales en el aula ...................... 28

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Los experimentos en el aula como estrategia para ayudar a mejorar las dificultades de aprendizaje en el comportamiento de las ondas luminosas en estudiantes de grado noveno 3.3.1 Resultados y análisis de la práctica 1: Refracción de la luz .................. 30 3.3.2 Resultados y análisis de la práctica 2: comportamiento de la luz ......... 34 3.3.3 Resultados y análisis de la práctica 3: El láser en el agua ................... 42 3.4 Impacto de las prácticas experimentales en el aprendizaje ............................. 47

4.

DISCUSIÓN .................................................................................................................. 55 4.1 La metodología activa y las prácticas experimentales ..................................... 55 4.2 Impacto de las prácticas experimentales .......................................................... 56

5.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .............................................................. 59 5.1 Conclusiones ..................................................................................................... 59 5.2 Recomendaciones ............................................................................................. 60

A.

Anexo: Cuestionario aplicado antes de la estrategia ............................................ 61

B. Anexo: Cuestionario aplicado después de la estrategia ....................................... 63 C. Anexo: Guía 1. Refracción de la luz. ........................................................................ 65 D. ANEXO: Guía 2. Comportamiento de la luz. ............................................................ 68 E.

ANEXO: Guía 3. El láser en el agua. ......................................................................... 72

F.

ANEXO: Evidencias de la metodología de aprendizaje activo ............................. 75

G. ANEXO: Evidencias práctica 1. Refracción de la luz ............................................. 78 H. ANEXO: Evidencias práctica 2. Comportamiento de la luz ................................... 85 I.

ANEXO: Evidencias práctica 3. El láser en el agua ................................................ 95

J.

ANEXO. Sustentaciones del cuestionario aplicado después de la estrategia . 100

Bibliografía ....................................................................................................................... 105

Contenido

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Lista de figuras Pág. Figura 3-1: Desempeño alcanzado por los estudiantes en el cuestionario previo. ........... 23 Figura 3-2: Análisis de la competencia argumentativa en el cuestionario previo. ............ 25 Figura 3-3: Algunas evidencias de las prácticas experimentales. ..................................... 29 Figura 3-4: Predicciones individuales, pregunta 1. Refracción de la luz. .......................... 30 Figura 3-5: Predicciones individuales, pregunta 2. Refracción de la luz ........................... 31 Figura 3-6: Esquemas realizados por los estudiantes sobre posición real y aparente. .... 31 Figura 3-7: predicciones grupales, pregunta 1. Refracción de la luz. ............................... 32 Figura 3-8: Algunas respuestas grupales a la pregunta 1 práctica, refracción de la luz. . 33 Figura 3-9: Resultados, pregunta 3. Refracción de la luz .................................................. 33 Figura 3-10 Algunas ilustraciones grupales de la posición real y aparente. ..................... 34 Figura 3-11: predicciones individuales sobre tamaño, grosor, distancia espejo-imagen y posición ............................................................................................................................... 35 Figura 3-12: predicciones individuales para la pregunta planteada en la parte II. ............ 35 Figura 3-13: predicciones individuales sobre la trayectoria de la luz ................................ 36 Figura 3-14: Predicciones individuales sobre la trayectoria de la luz reflejada ................. 37 Figura 3-15: Algunas representaciones individuales sobre la reflexión de la luz.............. 37 Figura 3-16: Predicciones grupales sobre características de la imagen ........................... 38 Figura 3-17: Algunas predicciones grupales, sobre imágenes en espejos angulares. ..... 38 Figura 3-18: Algunas representaciones acerca de la trayectoria de la luz........................ 39 Figura 3-19: Predicciones grupales a cerca de la trayectoria de la luz reflejada. ............. 39 Figura 3-20: Resultados acerca de características de una imagen reflejada ................... 40 Figura 3-21: Algunas respuestas registradas, después de la práctica. ............................. 40 Figura 3-22 Algunas respuestas correctas sobre el número de imágenes en espejos angulares ............................................................................................................................ 41 Figura 3-23 Algunas respuestas acerca de la trayectoria de la luz ................................... 42 Figura 3-24: Predicciones individuales respecto a la salida de agua del envase ............. 43 Figura 3-25: Predicciones individuales, sobre la trayectoria del chorro de agua .............. 43 Figura 3-26: predicciones individuales, sobre la trayectoria del láser mientras sale el chorro de agua .................................................................................................................... 44 Figura 3-27: Algunas predicciones individuales registradas por los estudiantes .............. 44 Figura 3-28: predicciones grupales, sobre si sale agua o no, al destapar el agujero ....... 45 Figura 3-29: predicciones grupales sobre la trayectoria del chorro de agua .................... 45 Figura 3-30: Predicciones grupales acerca de la trayectoria del láser mientras sale el chorro de agua .................................................................................................................... 46

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Figura 3-31: Algunas predicciones grupales a las cuestiones planteadas en la práctica 3 ............................................................................................................................................. 46 Figura 3-32: Desempeño alcanzado antes y después de las prácticas en el aula ........... 48 Figura 3-33: Aciertos por pregunta en los cuestionarios antes y después de las prácticas ............................................................................................................................................. 48 Figura 3-34: Algunos argumentos en las preguntas 1 y 2 del cuestionario ...................... 49 Figura 3-35: Algunas justificaciones a las preguntas 3 y 4 del cuestionario posterior a las prácticas .............................................................................................................................. 51 Figura 3-36 Algunas justificaciones a la pregunta 5 del cuestionario posterior ................ 52

Contenido

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Lista de tablas Pág. Tabla 2-1: Escala de valoración de la Institución Educativa Mercedes Abrego. ............... 17 Tabla 3- 1 Estándares y competencias de los fenómenos ópticos según el MEN ........... 26

Introducción Algunos aspectos y teorías relacionadas con los procesos de enseñanza- aprendizaje, que tienen relevancia y son de vital importancia son, el aprendizaje significativo y la metodología activa como estrategia didáctica. La teoría del aprendizaje significativo propuesta por David Ausubel, sugiere tener en cuenta los conocimientos previos de los estudiantes antes de abordar los nuevos, para que sean tenidos en cuenta antes de toda aproximación al conocimiento científico, así lo respaldan también los Estándares Básicos de Competencias “partiendo de las ideas y conocimientos previos, el estudiante podrá aproximarse a elaboraciones cada vez más complejas y rigurosas” (Ministerio de Educación Nacional (M.E. N.), 2006, p. 104).

La metodología activa, por su parte constituye una estrategia didáctica que centra la enseñanza en el estudiante, le permite construir sus propios conocimientos a partir de la vinculación directa en actividades (guiadas por el docente) que él mismo desarrolla, partiendo de sus conocimientos previos y le hace posible realizar actividades diferentes a la de sentarse y escuchar al instructor dar una conferencia o viendo los problemas de trabajo en la pizarra (Mora, 2010).

A nivel nacional son frecuentes las investigaciones sobre la experimentación en la enseñanza de las ciencias, pero pocas las que se refieren a este mismo aspecto en la enseñanza de la física y en particular de las ondas luminosas; particularmente se citan Rojas (2011) y Medina (2011) quienes además de emplear prácticas experimentales en sus trabajos sobre óptica, los complementan con el uso de la metodología activa obteniendo impactos positivos no solo en la comprensión de conceptos, sino en aspectos como la motivación y el agrado por actividades diferentes en la asignatura. Además otros autores como Hincapié (2011), Ruíz (2012), Riascos (2011), peña (2012), Duran (2011), entre otros, quienes desarrollaron investigaciones fundamentadas en actividades

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Introducción

prácticas, aunque en campos diferentes a la óptica resaltan el impacto positivo de las mismas ya que mejoró la actitud hacia el estudio, la motivación y las ganas de aprender.

Las guías de trabajo experimental en el aula propuestas, diseñadas bajo una metodología activa, toman como base los conocimientos previos de los estudiantes y pretenden estimular su curiosidad científica mediante el desarrollo de procesos de predicción, observación, indagación, análisis y explicación de fenómenos; además el desarrollo de habilidades personales y sociales mediante el trabajo en grupo, el cual promueve el respeto por el compañero, el escuchar y reconocer diferentes puntos de vista y el cumplimiento de funciones individuales, entre otras (Ministerio de Educación Nacional (M.E.N), 2006) propuestas en los Estándares Básicos de Competencias.

Durante el desarrollo de las habilidades propuestas por el M.E.N. se encuentran dificultades en el aprendizaje, las cuales se ven reflejadas en los bajos niveles de desempeño obtenidos, no sólo en pruebas externas, sino en el bajo rendimiento y poco interés que muestran los estudiantes dentro del aula, éstas ocasionan generalmente una desmotivación hacia el estudio de las ciencias y es ahí donde la metodología empleada es fundamental, ya que herramientas en la didáctica, hacen posible alcanzar estas competencias en los educandos; por lo tanto, este trabajo presenta una propuesta para abordar dichas dificultades, específicamente en el tema de las ondas luminosas, mediante la implementación de prácticas experimentales orientadas bajo una metodología activa, donde el ambiente de aprendizaje es el aula y otros espacios abiertos como por ejemplo el patio. Ésta estrategia se implementa con el fin de mejorar el aprendizaje de este tema en estudiantes de grado noveno de la Institución Educativa Mercedes Ábrego, la cual es de carácter público y está ubicada en el Barrio San Pedro en la comuna 5, una de las más vulnerables de Palmira. La misión de la Institución es entre otros aspectos, brindar una formación integral a sus estudiantes, los cuales en su gran mayoría son del sector y pertenecen a estratos económicos bajos; por esto, es de vital importancia que mediante la formación en ciencias, se le brinde a los educandos las herramientas necesarias que les permitan desenvolverse en un entorno tan cambiante y exigente como el actual, formarse como ciudadanos de bien, ser responsables, críticos y conscientes de su compromiso con ellos mismos y con su comunidad. A este aspecto de la formación de los estudiantes se refiere Fernández (2006), quien sostiene que las

Introducción

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metodologías centradas en los estudiantes son más adecuadas cuando lo que se desea es desarrollar el pensamiento crítico de los mismos.

Este trabajo contiene en su primer capítulo el Marco referencial, en el cual se consultaron fuentes bibliográficas que documentan la historia de la experimentación en el aula, las dificultades de aprendizaje, la didáctica, el aprendizaje significativo, el aprendizaje activo y algunos trabajos recientes relacionados con las prácticas experimentales en la enseñanza; en un segundo capítulo la metodología empleada, que describe el lugar y contexto de estudio, el modelo investigativo empleado, las problemáticas de aprendizaje encontradas en los estudiantes, la forma como se elaboraron y aplicaron las guías, y cómo se realiza el análisis de los efectos obtenidos; En el capítulo tres los resultados, que describen minuciosamente las observaciones registradas y el análisis tanto de los informes escritos durante la realización de las prácticas como de los cuestionarios realizados antes y después de la estrategia; en un cuarto capítulo la discusión, que infiere las implicaciones de los resultados en los alumnos y en la práctica pedagógica, derivando principios, relaciones y generalizaciones de los resultados y finalmente un capítulo cinco que presenta las conclusiones y recomendaciones del trabajo.

1. MARCO REFERENCIAL 1.1 Marco Teórico Algunos aspectos y teorías relacionadas con los procesos de enseñanza- aprendizaje, que tienen relevancia y que son fundamentales para abordar el problema en cuestión, son: cómo se aprende, las dificultades encontradas en dicho aprendizaje y la importancia del aprendizaje significativo y la metodología activa como estrategia didáctica; estos se referencian a continuación.

1.1.1 Acercamiento a la historia experimentación en el aula

y

epistemología

de

la

El experimento en las ciencias constituye la evidencia del conocimiento, y para hablar de éste, vale la pena anotar que el trabajo experimental según Gil (1986) surge como propuesta para contrarrestar las deficiencias encontradas en la transmisión del conocimiento debidas a la enseñanza tradicional, ésta propuesta fue formulada desde hace mucho tiempo por Dewey (1916-1945) como complemento a los planteamientos de la llamada pedagogía moderna. Pero como lo referencia el mismo autor citando a Hodson (1985) es solo a finales de los años cincuenta, que se inicia un proceso de innovación en los currículos donde se concede un papel fundamental al trabajo experimental y se familiariza con los métodos de la ciencia. Finalmente es solo en los años sesenta – setenta cuando aparecen los proyectos basados en el aprendizaje por descubrimiento, como lo enuncia Gil (1986) citando de Hodson (1985). Es así como a mediados del siglo XX después de imponerse la “moda” del aprendizaje por descubrimiento, se inicia una controversia en torno a la problemática de la enseñanza y del aprendizaje escolar (Barrón, 1993). Una vez, sucede tal controversia afirma el mismo autor el categorizado aprendizaje empirista por descubrimiento tiende a ser identificado como un aprendizaje basado en la experiencia empírica, en oposición al aprendizaje teórico y verbalista tradicional. Posteriormente es Rousseau quien introduce una filosofía inductivista que estimuló todo el movimiento de la educación de principios del siglo XX y

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sostiene que “autores como Pestalozzi, Froebel, Montessori y hasta el propio Bruner, insisten más en que los alumnos observen y experimenten que en la necesidad de que comprueben sus hipótesis” (Barrón, 1993). Producto de estas controversias y críticas surgen investigaciones más profundas en torno a las concepciones alternativas que presentan los estudiantes, y es apenas en los años setenta cuando esta línea de investigación empieza a desarrollarse plenamente, la cual cuenta con diversos autores como precedentes entre los que se encuentran “(Vigostky 1973) en torno a la prehistoria del aprendizaje; (Bachelard, 1938) y la existencia de barreras epistemológicas; y (Ausubel, 1978) quien afirma «si yo tuviera que reducir toda la psicología educativa a un solo principio, enunciaría este: averígüese lo que el alumno ya sabe y enséñese consecuentemente»” (Gil, 1986). Es así como Gil (1986) señala la aparición del cambio conceptual como una nueva noción en el aprendizaje de las ciencias y este campo empieza a tomar importancia en las investigaciones didácticas, cuyos trabajos inicialmente independientes convergen en una misma orientación designada constructivismo.

1.1.2 Estilos de aprendizaje El concepto de los estilos de aprendizaje resulta especialmente interesante porque ofrece grandes posibilidades, para lograr un aprendizaje más efectivo, estos se relacionan con la concepción del aprendizaje como un proceso activo. “…si se entiende el aprendizaje como la elaboración por parte del receptor de la información recibida, es evidente que cada uno de nosotros elaborará y relacionará los datos recibidos en función de sus propias características” (La Palma, 2011).

Entonces puede decirse que los distintos modelos y teorías existentes sobre estilos de aprendizaje pueden ayudar a entender los comportamientos observados a diario en el aula, cómo se relacionan esos comportamientos con la forma en que están aprendiendo los estudiantes y las estrategias que pueden resultar más eficaces en un momento dado.

El Ministerio de Educación Nacional (M.E.N.) (2006) propone el trabajo colaborativo al interior del aula, el cual permite desarrollar las capacidades no sólo individuales, sino

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sociales de los estudiantes, de manera que se genere una cooperación donde cada individuo adquiera compromisos individuales y colectivos que salgan a relucir en beneficio del grupo. Una actividad que permite y estimula esta estrategia es el trabajo experimental en el aula como la base para el estudio de conceptos y teorías científicas, esto es posible empleando elementos de bajo costo o los recursos disponibles de cada lugar. Pulido (2011) refuerza esta idea afirmando que es posible probar las teorías a través de la realización de experimentos, si bien el estudio de la ciencia implica la experimentación es importante resaltar que a través de la historia se estudiaron los fenómenos científicos mediante esta herramienta; según Hernández (2011) fue así, como Galileo hizo diferentes aportes a la ciencia en temas como cinemática de la tierra y los planetas, movimiento pendular, movimiento en planos inclinados, densidades relativas de las sustancias, entre otros. Todo esto, debido a la observación como primera etapa del método científico y al diseño de su primer telescopio, el cual fue perfeccionando a medida que profundizaba en el estudio de la refracción de la luz.

1.1.3 Dificultades en el aprendizaje de la física Las dificultades en el aprendizaje de la física constituyen un problema real, al que se enfrentan los estudiantes, así lo demuestran los estudios realizados por Moreira (1994 citado en Furió y Guisasola, 1999), los cuales evidencian que el estudio de las dificultades de aprendizaje que presentan los estudiantes en diferentes temas de la física, ha sido el principal objeto de estudio, así; del total de artículos publicados en la revista Enseñanza de las Ciencias entre 1983 y 1992, el 38% se ha dedicado a las dificultades de los estudiantes sobre conceptos científicos, además, en revisiones bibliográficas realizadas por Pfundt y Duit (1994 citado en Furió y Guisasola, 1999) se encontró que el 61% del total han sido sobre conceptos de física y el 39% restante en conceptos de biología, química y geología. Esto demuestra claramente que es en física donde se encuentran las principales debilidades de los estudiantes en cuanto al manejo de los conceptos, hecho que puede afectar el alcance de un aprendizaje significativo en los estudiantes, en la medida que al no tener claridad en los conceptos, tampoco tienen la capacidad de aplicarlos a contextos diferentes.

De otro lado Pozo, Sanz, Gómez y Limón (1991), sostienen que para la enseñanza de las ciencias es fundamental partir de las ideas previas que tienen los estudiantes para

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después modificarlas; al parecer, iniciar un proceso de enseñanza sin tener en cuenta las concepciones del estudiante, constituye una dificultad cuando éste intenta incorporar nuevos conceptos para dar inicio al estudio de leyes y teorías, ya que es necesario desaprender los “conceptos errados” provenientes del entorno, actividades cotidianas o simplemente del lenguaje común empleado por quienes le rodean. Es entonces, importante el manejo de un lenguaje conceptual claro y único al momento de iniciar la enseñanza de un tema en específico, para así lograr más fácilmente un aprendizaje.

En este aspecto del manejo de un lenguaje común se refiere Hernández (2012), cuando expresa que “la enseñanza de las ciencias requiere de una identidad colectiva, entendiendo ésta como el manejo de un mismo lenguaje”, esto significa que tanto docente como estudiante deben manejar una serie de términos y conceptos definidos claramente antes de iniciar la enseñanza de un tema especifico, para así, hacer más efectivo su aprendizaje.

Por otro lado, La aplicación superficial que hacen los estudiantes de leyes ya estudiadas, fue evidenciada en estudios realizados por Galili (1995 citado en Furió y Guisasola, 1999) además la falta de análisis al momento de dar solución a preguntas, es una dificultad que según el autor ya había sido observada en trabajos anteriores. Esto deja entrever la importancia de que el estudiante aprenda a pensar; esta idea coincide con la propuesta de Hernández (2012) cuando se refiere a la labor docente y su papel como motivadora de la ciencia, donde se promueva el aprender a observar, describir, relacionar, pensar, valiéndose de situaciones tan simples como observar su entorno.

En coherencia con lo expuesto anteriormente es importante destacar que en la enseñanza de las ciencias particularmente de la física, resulta necesario partir de situaciones cotidianas para diseñar en torno a ellas, actividades que ofrezcan oportunidades para formular problemas, seleccionar información, analizarla, formular hipótesis y generar conclusiones para el desarrollo del aprendizaje que se desea.

De acuerdo con los estudios realizados por Nardi y Carvalho (1990 citado en Furió y Guisasola, 1999), es de vital importancia el desarrollo histórico del concepto, ante lo cual

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proponen la utilización de la historia de la ciencia para detectar los obstáculos epistemológicos y poder facilitar a los estudiantes el paso de un nivel a otro de dicho concepto. Propuesta que coincide con la afirmación “los aspectos del conocimiento histórico pueden contribuir a desarrollar en los estudiantes el pensamiento crítico, además introducirlos en el arduo problema de la interpretación tanto de textos como de hechos” (Lombardi, 1997, p. 348), necesidad sentida al interior de las aulas, puesto que la falta de capacidad para interpretar textos y situaciones afecta no sólo el aprendizaje de la física, sino diferentes disciplinas. En consecuencia, vale la pena intentar la incorporación de este enfoque en la enseñanza, de manera que se evalúen sus efectos en el aprendizaje, claro está, que este proceso requiere un trabajo individual del docente que implica documentación, organización y selección de material, con el objetivo de hallar una guía que permita relatar los hechos de manera coherente y que cobren sentido al explicar los acontecimientos del pasado relacionados con la ciencia.

Cudmani y Pesa (1999), encuentran que uno de los obstáculos para la comprensión de los fenómenos asociados al comportamiento de la luz por parte de los estudiantes, son las posibles falencias conceptuales que persisten en los profesores y que transmiten a sus estudiantes. Para evitar este inconveniente, se realizó un estudio de cada uno de los fenómenos a trabajar (reflexión, refracción y reflexión total de la luz) en libros de texto. Además algunas prácticas se elaboraron mediante adaptaciones de actividades tomadas de libros, las cuales tuvieron modificaciones para ser ajustadas a la metodología empleada.

En conclusión, las dificultades evidenciadas por los diferentes autores señalan una necesidad inminente de promover un dominio conceptual antes de abordar un tema especifico, para lo cual es necesario además conocer los conceptos de cada estudiante de manera que el docente pueda incorporar los nuevos o relacionar los ya existentes con el objetivo de complementarlos, para que se inicie una relación de enseñanza aprendizaje, que además promueva la construcción del conocimiento. Según Vasco (2008), “La didáctica es una reflexión sistemática, disciplinada, acerca del problema de cómo enseñar, cómo aprenden los niños; del por qué se tienen tantos fracasos al tratar de que aprendan lo que se cree que se enseñó…” (p 24); partiendo de esta definición, es claro que independiente de la dificultad que se presente en el

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aprendizaje, la labor del docente se debe reflexionar sobre el modo en que se presenta el conocimiento a los estudiantes, esto sugiere un análisis personal de parte de cada docente frente a su práctica.

Sin embargo, el tema de la didáctica en el aula, es un aspecto que se toca con cierto resquemor entre los docentes, ya que como sostiene Gil, et. al., (1992) .Cuando se pregunta al profesorado sobre cuáles pueden ser las causas del fracaso generalizado en la resolución de problemas de Física, raramente atribuyen razones a la propia didáctica empleada; es claro, que no se tiene en cuenta que reflexionar sobre la práctica dentro del aula, es indispensable y fundamental cuando se requiere generar un cambio didáctico que mejore el aprendizaje de los estudiantes.

Esto puede deberse a que como afirma Merchán (2009), habitualmente los estudios sobre la educación se centran en la formulación de juicios acerca del modo en que se practica la enseñanza y, sobre todo, en la elaboración de propuestas sobre cómo debería actuarse, sin embargo afirma que a pesar de esto, los docentes siempre manifiestan su interés en participar en dichos estudios, pero a la vez se sugiere enfocar las investigaciones a la compresión de lo que ocurre dentro del aula y no tanto en enjuiciar o en proponer qué es lo que debería hacerse.

Carrera, Yuste y Sánchez (2007) destacan, que no es necesario realizar análisis cuantitativos durante el trabajo experimental para interpretar un fenómeno y comprobar teorías, además, que estas prácticas se pueden adaptar al nivel de enseñanza al cual se desea dirigir; esta afirmación fue aplicada en esta investigación, ya que uno de los objetivos de la forma como esta organizado el plan de estudios es dar a conocer de forma cualitativa los fenómenos ondulatorios a los estudiantes, antes de iniciar la educación media, de modo que en los grados décimo y once se pueda profundizar en lo cuantitativo, facilitando así el desarrollo de las competencias involucradas en la enseñanza de las ciencias.

No obstante, queda claro que es relevante conocer cómo se desarrollan cotidianamente las clases, puesto que ayuda a identificar el tipo de formación que reciben los estudiantes

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y determinar si estas acciones realmente promueven la formación integral y el pensamiento crítico, tan importantes para la toma de decisiones en la sociedad actual, así mismo ofrecer al estudiante nuevas estrategias para la aprehensión del conocimiento, de modo que sean cada vez menos las dificultades que presenten en el aprendizaje o simplemente buscar posibilidades de mejora.

Por su parte Beléndez, Pascual y Rosado (1989) proponen que la enseñanza de los fenómenos asociados a la luz deben iniciarse con el estudio de la reflexión y refracción para introducirlos al concepto de rayo luminoso e índice de refracción; señalan además, que los contenidos deben ser sencillos, visualizados en clase mediante pequeñas experiencias de laboratorio, de modo que promuevan la observación en los estudiantes e incluso la inferencia de hipótesis; por esto las prácticas realizadas en el Trabajo Final se basaron en el estudio de estos fenómenos, los cuales se podría afirmar que son básicos cuando se estudia el comportamiento de la luz; adicionalmente mediante el desarrollo de éstas prácticas fue posible evidenciar la trayectoria rectilínea de la luz, propiedad indispensable para iniciar el estudio de este fenómeno físico.

1.1.4 Aprendizaje significativo y metodología activa Según Ausubel, Hanesian y Novak (1983 citado en M. E. N., 2006) cuando los nuevos conocimientos adquiridos se vinculan a lo conocido transformando de una manera clara y estable los conocimientos previos, se dice que el aprendizaje fue significativo, esto significa que lo aprendido por un estudiante en un contexto, lo aplique en otro contexto diferente. Para lograr este tipo de aprendizaje se requiere que el estudiante participe de manera activa en la construcción de sus conocimientos, para ello, requiere la motivación de parte del docente que generen o aumenten el interés del estudiante. En este proceso, se debe ofrecer el aprendizaje de las ciencias como algo atractivo, en lo posible, “partiendo de problemas reales y de esta manera poner en juego las actitudes y valores de los estudiantes en contextos y procesos que apliquen toma de decisiones” (Prieto, 2012, p.72).

La teoría del aprendizaje significativo propuesta por David Ausubel, sugiere tener en cuenta los conocimientos previos de los estudiantes antes de abordar los nuevos, para que sean tenidos en cuenta antes de toda aproximación al conocimiento científico, así lo

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respaldan también los Estándares Básicos de Competencias “partiendo de las ideas y conocimientos previos, el estudiante podrá aproximarse a elaboraciones cada vez más complejas y rigurosas” (M.E. N., 2006, p. 104). En este aspecto las guías de prácticas experimentales que implican predicciones, es decir suposiciones sobre el qué ocurrirá frente a una situación problema, permite partir de los conocimientos previos, los cuales pueden ser comprobados o refutados a través de la demostración durante el desarrollo de las prácticas experimentales y así constituir la construcción del conocimiento por parte del estudiante.

La metodología activa, constituye entonces una estrategia didáctica que permite partir de los conocimientos previos de los estudiantes e implica, que éstos se involucren en algún tipo de actividad guiada en la clase, a fin de que realicen algo en el aula, además de sentarse y escuchar al instructor dar una conferencia o viendo los problemas de trabajo en la pizarra (Mora, 2010). Adicionalmente, las metodologías activas deben fundamentarse en formar personas capaces de crear cosas nuevas, con la capacidad de criticar, analizar, verificar y no aceptar todo lo que se les presenta; esta idea está íntimamente relacionada con los desafíos a los cuales debe responder actualmente la educación donde los docentes deben “enseñar a aprender a aprender y aprender a lo largo de la vida” (Fernández, 2006, p. 39). Esto es muy importante en la sociedad actual, puesto que uno de los peligros a los que se exponen los jóvenes y la sociedad en general, es la tendencia a caer en el pensamiento dirigido por algunos medios de comunicación. En consecuencia es necesario formar jóvenes activos, reflexivos, críticos, que aprendan a investigar por sí mismos a través de la experimentación, la interacción entre personas, la manipulación de objetos, entre otros, teniendo claro que el descubrimiento adquirido por sí mismo, es aquel que permanece y puede ser utilizado en otro contexto. Finalmente, como afirma Pro Bueno, (2003): “es necesario enseñar al estudiante a reconocer hechos y fenómenos, a observar, a medir, a analizar situaciones de la vida cotidiana, a realizar predicciones y emitir hipótesis, a inferir conclusiones coherentes con los datos, a identificar ideas en un material escrito o audiovisual, a ser curiosos, a respaldar sus afirmaciones con argumentos, a reconocer la importancia social y científica

Marco Referencial

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de los hallazgos…”. Y esto es posible mediante la experimentación, que no necesariamente requiere de un laboratorio sino que pueden llevarse a cabo dentro del aula, además según Mora (2010) en la metodología activa los estudiantes dejan de ser receptores pasivos del conocimiento y se convierten en aprendices activos; mientras que los profesores pasan de ser fuentes de información, a ser mentores o entrenadores.

1.2 Estado del arte Las prácticas experimentales que involucran la metodología activa constituyen para la estrategia didáctica del presente trabajo la herramienta con la cual se persigue mejorar el aprendizaje del tema específico de las ondas luminosas, por lo tanto los siguientes son algunos de los referentes más actuales con los cuales se planteará la discusión.

1.2.1 Impacto de las prácticas experimentales y la metodología activa en la enseñanza Si bien la enseñanza de las ciencias requiere de la práctica experimental, su implementación e impacto ha sido objeto de estudio de diferentes autores. Hincapié (2011) al indagar sobre la experimentación en la enseñanza de la fuerza de rozamiento afirma que los estudiantes siempre se mostraron muy motivados por las prácticas experimentales y los informes de laboratorio. Por su parte, Ruíz (2012) al implementar prácticas experimentales con docentes de biología, evidenció agrado e interés por la temática desarrollada, en este caso particular los educadores son alumnos. Además, estudios realizados por Rojas (2011) comprueban una vez más el impacto positivo de las prácticas experimentales bajo la metodología activa cuando en sus resultados los estudiantes expresan “es interesante porque es mejor ver las cosas que imaginarlas…” o “… es bueno que cuando uno hace una predicción puede ver inmediatamente si resulta o no…”.

Medina (2011) quien basa su trabajo en la metodología activa para la enseñanza del fenómeno de reflexión de la luz destaca como satisfactorios los resultados en el aprendizaje logrado por los estudiantes, ya que bajo esta metodología, hizo posible la comprensión de conceptos los cuales, señala, tienden a ser complejos; mientras que Rojas (2011), empleando la misma metodología activa para la enseñanza de óptica

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geométrica señala que aunque de acuerdo a sus resultados no se logró un avance significativo en el aprendizaje del fenómeno estudiado, esta metodología despertó en los estudiantes la motivación y el reconocimiento por parte de los mismos hacia las distintas formas de presentar el conocimiento.

No sólo las prácticas experimentales sino, actividades prácticas enfocadas a indagar conceptos teóricos tienen este tipo de impacto, como fue el obtenido por Riascos (2011) cuando sostiene que al involucrar la práctica del baloncesto al estudio del movimiento parabólico, logró motivar los estudiantes quienes manifestaron que al realizar la acción personalmente entendieron mucho más. A esta opinión se une Peña (2012), quien manifiesta que al implementar prácticas experimentales en su didáctica se generó mucha expectativa por aprender o conocer, lo cual derivó en que se hicieran más responsables en el cumplimiento de las actividades y en la presentación de los resultados, a pesar de tratarse de estudiantes de grado sexto, quienes normalmente, se caracterizan por su indisciplina general y su falta de responsabilidad.

Finalmente se puede afirmar que la implementación de prácticas experimentales y el empleo de metodologías activas mejoran la comprensión de los conceptos y el uso de los mismos como lo evidencian Duran (2011); Hincapié (2011) y Peña (2012) quienes aplicaron test previo y posterior a la implementación de las prácticas y obtuvieron mejores resultados o puntajes más altos en el cuestionario final, lo que demuestra un mejoramiento en el desempeño de los estudiantes, aunque no en un 100%, ya que, es posible encontrar discordancias entre las respuestas en los informes y la prueba final, las cuales como afirma Hincapié (2011) pueden tener origen en la comprensión lectora y en la capacidad de interpretación de los estudiantes.

2. DISEÑO METODOLÓGICO 2.1 Lugar y contexto del estudio Este trabajo se realizó en la sede central de la Institución Educativa Mercedes Abrego, la cual tiene otras tres sedes; Sor María Luisa Molina, Palmeras, y Alfonso Cabal Madriñan. La institución ofrece a la comunidad el servicio educativo desde grado cero hasta grado once en distintas sedes y en las jornadas mañana y tarde. Esta institución pública es mixta y está localizada en el barrio San Pedro, comuna cinco de la ciudad de Palmira, Valle del Cauca. El sector donde se ubica, se caracteriza por presentar altos índices de violencia debido a la presencia de delincuencia común, pandillas, bandas de sicarios y consumo de sustancias psicoactivas, tanto, que varios miembros de la comunidad educativa, han sido victimas de atracos en los alrededores de la institución.

El estudio contó con la participación de 55 estudiantes del grado noveno de la sede central, los cuales en su gran mayoría son del sector y barrios aledaños, pertenecen a estratos económicos bajos (1 y 2) y sus edades oscilan entre los 14 y 15 años. La mayoría de los padres de familia de los educandos, tienen ocupaciones que demandan dejar sus hijos solos gran parte del tiempo, además el núcleo familiar de los jóvenes generalmente esta compuesto por sólo uno de sus padres o se encuentran a cargo de tíos, abuelos u otros familiares, esto convierte a los jóvenes, muy vulnerables a las problemáticas sociales del entorno.

El trabajo contó además, con la colaboración de los docentes de la institución (quienes facilitaron la realización de las diferentes sesiones cediendo horas de otras asignaturas ya que a física en el grado noveno sólo se le asigna una hora semanal) y la coordinadora quien colaboró con la logística eventual de los espacios donde se realizaron las prácticas experimentales.

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2.2 Método de investigación y modelo de aprendizaje Este ejercicio pedagógico toma como referente la investigación cualitativa y descriptiva, para orientar la metodología empleada, donde los medios a través de los cuales se hace la recolección de la información son la observación, el desarrollo de guías de predicciones individuales, guías de predicciones grupales, guías de resultados y un cuestionario aplicado antes y después de la estrategia, el cual permitió describir el efecto que tuvo la implementación de las prácticas experimentales en el aula para el mejoramiento de dificultades detectadas en el aprendizaje de fenómenos asociados al comportamiento de las ondas luminosas.

Además, aunque el objetivo de la investigación descriptiva no es indicar cómo se relacionan las variables medidas (Hernández, Fernández y Baptista, 1991), este trabajo presenta un valor explicativo aunque parcial, frente a las observaciones comúnmente evidenciadas durante el estudio y sustenta la base para una investigación posterior más completa.

La metodología activa que se empleó para el desarrollo de las guías la cual, se describe en el aparte 2.4, tiende a privilegiar el modelo pedagógico constructivista, bajo la teoría del aprendizaje significativo, propuesta por David Ausubel, la cual se fundamenta en que el aprendizaje se construye al relacionar los conceptos nuevos con los que ya posee el estudiante o al relacionar los conceptos nuevos con la experiencia que ya se tiene. Este cambio conceptual de los estudiantes lo facilita el desarrollo de predicciones ante la situación planteada y su comprobación o refutación mediante el desarrollo de la práctica experimental realizada por él mismo.

2.3 Dificultades que presentan los estudiantes de grado noveno al abordar el comportamiento de las ondas Durante la semana del 10 al 14 de septiembre de 2012, se realizó una prueba anterior a la implementación de las prácticas, consistente en un cuestionario de preguntas de opción múltiple (Anexo A), cuyo propósito fue detectar las dificultades que presentan los

Diseño metodológico

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estudiantes de grado noveno al abordar el comportamiento de las ondas. Dicho cuestionario permitió identificar las dificultades de los estudiantes en el estudio del comportamiento de la luz; éste contiene preguntas relacionadas con los fenómenos de refracción y reflexión de la luz, extraídas de evaluaciones realizadas por el Icfes en años anteriores, éstas preguntas evalúan las competencias para identificar, indagar y explicar, especificas de las ciencias naturales.

Este cuestionario fue aplicado luego de realizar la fundamentación teórica de los fenómenos de refracción, reflexión y reflexión total interna mediante la enseñanza tradicional con la ejemplificación respectiva. Para la solución del cuestionario los estudiantes debían elegir una opción y justificar su elección con argumentos. Para clasificar el desempeño de los estudiantes se acudió a la siguiente escala (Tabla 2-1).

Tabla 2-1: Escala de valoración de la Institución Educativa Mercedes Abrego. Escala Nacional

Escala institucional

Porcentajes

Desempeño Bajo

1,0 a 2,9

De 0 a 59%

Desempeño básico

3,0 a 3,9

De 60 a 79%

Desempeño alto

4,0 a 4,5

De 80 a 89%

Desempeño superior

4,6 a 5,0

De 90 a 100%

Fuente: Sistema Evaluativo Institucional. Acuerdo 01 de 2012 del Consejo Académico I.E. Mercedes Abrego. Palmira. Valle del Cauca

2.4 Elaboración de las guías de prácticas experimentales Para diseñar las guías de las actividades experimentales se procedió de la siguiente forma:

En primer lugar, se hizo una revisión al plan de estudios el cual fue elaborado con base en los estándares básicos de competencias de ciencias naturales, con el objetivo de darle cumplimiento y programar el desarrollo de las prácticas en línea con el tiempo establecido para dichos contenidos, el cual es de 10 semanas, de modo que se cumplieran los objetivos planteados al inicio del proyecto.

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Seguidamente se hizo la selección de las actividades experimentales, de acuerdo con la temática propuesta en el proyecto, la cual está contemplada en el plan de estudios. Se seleccionaron: una práctica que permitiera evidenciar la aplicación del fenómeno de refracción de la luz; otra que permitiera observar el fenómeno de reflexión de la luz; y una tercera con la cual pudieran verificar la reflexión total interna de la luz.

Debido a que los contenidos de las guías de las actividades experimentales varían de acuerdo al tema de estudio, el siguiente paso fue realizar una revisión de literatura que permitió fundamentar teóricamente los conceptos a trabajar en cada práctica. Además, se tuvo en cuenta que las guías debían contener información clara y suficiente para que el estudiante desarrollara la actividad experimental de manera eficiente. Dicha revisión sirvió para la construcción del marco conceptual el cual constituye y sustenta el planteamiento del problema en cada guía.

Finalmente se diseñaron las guías de prácticas experimentales en el aula de acuerdo con la metodología del aprendizaje activo. Esta metodología implica el trabajo grupal y colaborativo, además, el estudiante es el centro del proceso de enseñanza aprendizaje, ya que es él, mediante su actividad quien da respuesta a sus interrogantes e inquietudes, descubre paso a paso, mediante la experimentación, ensayo - error, reflexión, discernimiento, entre otros; y realiza deducciones, comparaciones y verificaciones que le permitan concluir y aprender haciendo.

Las guías se desarrollan bajo una metodología activa que incluye predicciones, discusiones en pequeños grupos, observaciones y comparación de los resultados observados con las predicciones previamente hechas, y tienen la siguiente estructura:

Planteamiento del problema. En este primer paso el docente explica en forma breve y clara el fenómeno a estudiar, en qué consiste la práctica, cómo se va a desarrollar, cuáles son sus objetivos y cuál será el procedimiento a seguir.

Predicciones individuales. Una vez que el estudiante haya comprendido la situación a experimentar, se le plantean algunas preguntas respecto a lo que espera

Diseño metodológico

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observar, o espera que suceda durante la realización de la práctica, las cuales responde según sus saberes previos o criterio individual y las registra por escrito, en esta etapa cuentan con el tiempo establecido por el docente.

Predicciones grupales. En este paso los estudiantes se reúnen en sus grupos de trabajo, discuten sobre las predicciones individuales anteriormente registradas, concluyen sobre las mismas, describiendo en cada caso lo que esperan observar y nombran un relator encargado de socializar las predicciones del grupo, empleando el tiempo establecido por el docente.

Socialización de las predicciones grupales. El relator nombrado en cada grupo socializa ante sus compañeros las predicciones del mismo, sustentándolas con argumentos. Para esto cuentan con el tiempo establecido por el docente.

Realización de la práctica. En este paso los estudiantes tienen la posibilidad de desarrollar la práctica, siguiendo uno a uno, los pasos descritos en el procedimiento experimental. En este paso el estudiante tiene la posibilidad de comprobar o refutar sus predicciones, ya que en la realización del experimento pueden observar lo que realmente sucede.

Descripción y registro de resultados. Los estudiantes registran las observaciones que dan respuesta a las preguntas planteadas, discuten los resultados teniendo en cuenta las predicciones grupales anteriormente concluidas de modo que comparen lo predicho con lo que realmente sucedió.

Discusión y síntesis de los resultados. Con el apoyo del docente los estudiantes realizan la discusión y concluyen sobre los conceptos estudiados en la práctica.

2.5 Aplicación de las guías de prácticas experimentales en el aula Una vez elaboradas las guías, se aplicaron a los estudiantes de grado noveno de la I. E. Mercedes Abrego durante los meses de septiembre, octubre y noviembre del año 2012.

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Cada actividad se desarrolló de la siguiente forma:

La práctica experimental Refracción de la luz se realizó en el patio de la institución, el día 17 de septiembre de 2012 con estudiantes de grado noveno; tuvo una duración de dos horas. y contó con la participación de 55 estudiantes. Se empleó una vasija plástica de color, agua y una moneda.

La práctica experimental Comportamiento de la luz se realizó en el aula de clases, el día 19 de octubre de 2012 con estudiantes de grado noveno, tuvo una duración de dos horas y contó con la participación de 55 estudiantes. Se empleó dos espejos de bolsillo, una ficha de parqués, un vaso de precipitado, un apuntador láser y agua.

La práctica experimental El láser en el agua se realizó en un aula de clases diferente a la del grupo; ésta se adecuó cubriendo las ventanas con bolsas negras con el fin de obtener la mayor oscuridad posible. Esta práctica se llevó a cabo el día 16 de noviembre de 2012 y participaron 55 estudiantes. Se empleó un envase de gaseosa transparente plástico de 1,5 litros, un apuntador láser, un pedazo de cinta transparente y agua.

2.5.1 Análisis de la experimentales

información

durante

las

prácticas

La información del comportamiento y actitud de los estudiantes durante el desarrollo de las prácticas experimentales, se recogió mediante la observación detenida y detallada de los mismos, la cual se evidencia en fotos (figura 3-3).

Para el análisis de las prácticas experimentales se consideró el desempeño de los estudiantes tanto en las predicciones individuales y grupales como en los resultados de las prácticas experimentales. Para esto se analizaron primeramente las predicciones individuales clasificándolas en correctas e incorrectas, esto con el fin de identificar sus saberes previos, además se hace un análisis descriptivo de las argumentaciones de las mismas que permitió detectar inconsistencias y dificultades en la competencia para

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explicar fenomenos. Lo propio se hizo con las predicciones grupales, en las cuales se identificó la influencia de la discusión al interior de los grupos en sus conclusiones. De igual manera una vez realizada la práctica experimental se analizan las respuestas dadas por los estudiantes comparándolas ahora, con las predicciones aportadas por ellos mismos anteriormente.

La información que aportan tanto las predicciones como los resultados en cada práctica, es descriptiva por lo tanto el análisis que se hace es netamente cualitativo.

2.5.2 Impacto de las prácticas experimentales en la superación de las dificultades de aprendizaje Para determinar el impacto de las prácticas experimentales en la superación de las dificultades detectadas en los estudiantes se aplicó un cuestionario tipo Icfes, similar al realizado antes de aplicar las prácticas pero con algunas preguntas adicionales (Anexo B). Éste se analizó asignando una valoración de acuerdo a la escala del sistema evaluativo institucional, indicado en la Tabla 1. Este cuestionario se aplicó el día 19 de Noviembre, después de implementar las guías de prácticas experimentales con los estudiantes de grado noveno. Mediante él se logró identificar si las falencias encontradas antes de la aplicación de las prácticas persistieron o fueron superadas y en qué medida, ya que se tomó cada pregunta con su respuesta y se compararon con los resultados obtenidos en el primer cuestionario.

3. RESULTADOS 3.1 Diagnóstico inicial sobre las dificultades de los estudiantes El cuestionario diagnóstico aplicado permitió identificar algunas de las dificultades que presentan los estudiantes al abordar el estudio del comportamiento de la luz, así:

Figura 3-1: Desempeño alcanzado por los estudiantes en el cuestionario previo.

8,1 % 10,8 %

81,1 %

Desempeño bajo

Desempeño básico Desempeño alto

Como se aprecia en la Figura 3-1, al inicio del proceso, antes de la aplicación de las prácticas experimentales en la clase, los estudiantes partieron con un nivel de desempeño muy deficiente. Tan sólo una pequeña proporción de ellos estuvo en el nivel básico, y una mínima proporción, en el nivel alto. Diagnóstico que es muy representativo de lo que ocurre en la actualidad en la enseñanza de las ciencias en la escuela, por el modelo pedagógico tradicional.

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Al analizar las respuestas seleccionadas en el cuestionario inicial, menos de la mitad de los estudiantes con bajo desempeño diferencia los fenómenos de reflexión y refracción (pregunta 1 del anexo A), mientras que una misma proporción no aplica la ley de Snell para la reflexión y así determinar la dirección de un rayo reflejado (preguntas 2 y 4 del Anexo A), seleccionando otras opciones de respuesta. Un 43,3 % de estos estudiantes con bajo desempeño, al enfrentarse a una pregunta que evidencia los dos fenómenos (pregunta 6 del Anexo A), no tienen la capacidad de interpretarla correctamente, seleccionando otras respuestas. Esto representa una dificultad ya que, estos son dos de los fenómenos principales, bajo los cuales se inicia el estudio de las ondas.

En la pregunta 5, sobre posición real y aparente debida a la refracción, ningún estudiante acertó en la respuesta seleccionada, esto demuestra el desconocimiento del principio de la refracción y su aplicación.

En la pregunta seis más de la mitad de los estudiantes respondieron correctamente, sin embargo ninguno justificó su elección.

Un resumen del análisis de los resultados del cuestionario en la competencia argumentativa, se presenta en la siguiente figura.

Resultados

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Figura 3-2: Análisis de la competencia argumentativa en el cuestionario previo.

Es evidente que los estudiantes presentan serias dificultades en la argumentación de sus respuestas, ya que como se observa en la gráfica un alto porcentaje no argumenta correctamente o lo hace de forma incompleta y sólo una mínima proporción justifica de forma clara y correcta las respuestas seleccionadas.

3.2 Las guías de prácticas experimentales Al revisar los contenidos planteados en el plan de estudios del grado noveno, se encontró que son coherentes con lo propuesto en los Estándares Básicos de Competencias en Ciencias Naturales, y que las prácticas experimentales en el aula sobre Ondas luminosas, permiten el desarrollo de diferentes procesos de Pensamiento y acción y Conocimiento científico básico, como lo muestra la tabla 3-1.

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Tabla 3- 1 Estándares y competencias de los fenómenos ópticos según el MEN Al final de grado Noveno…. Al final de grado Undécimo….

- Identifico aplicaciones comerciales e industriales del transporte de energía y de las interacciones de la materia. -Un estudiante utiliza modelos físicos para explicar la transformación y conservación de la energía. - Identifica aplicaciones de modelos físicos en procesos industriales y en desarrollos tecnológicos y analiza críticamente las implicaciones de sus usos.

Contenidos plan de estudios física Grado Noveno** -

-

Me aproximo al conocimiento como científico natural*

Ondas: las - Observo fenómenos ondas específicos. luminosas y sus - Formulo hipótesis, con propiedades. base en el conocimiento cotidiano, teorías y modelos Reflexión y científicos. refracción de la - Propongo modelos para predecir los resultados de luz. mis experimentos. Registro mis observaciones y resultados utilizando esquemas, gráficos y tablas. - Identifico variables que influyen en los resultados de un experimento. - Establezco diferencias entre descripción, explicación y evidencia. - Establezco diferencias entre modelos, teorías, leyes e hipótesis. - Relaciono la información recopilada con los datos de mis experimentos y simulaciones. - Saco conclusiones de los experimentos que realizo, aunque no obtenga los resultados esperados. - Persisto en la búsqueda de respuestas a mis preguntas. - Propongo y sustento respuestas a mis preguntas y las comparo con las de otros y con las de teorías científicas. Relaciono mis conclusiones con las presentadas por otros autores y formulo nuevas preguntas.

Manejo conocimientos propios de las Ciencias Naturales*

Desarrollo compromisos personales y sociales*

- Reconozco y diferencio modelos para explicar la naturaleza y el comportamiento de la luz. - Identifico aplicaciones de los diferentes modelos de la luz - Explico el principio de conservación de la energía en ondas que cambian de medio de propagación. - Establezco relaciones entre frecuencia, amplitud, velocidad de propagación y longitud de onda en diversos tipos de ondas mecánicas.

- Escucho activamente a mis compañeros y compañeras, reconozco otros puntos de vista, los comparo con los míos y puedo modificar lo que pienso ante argumentos más sólidos. - Cumplo mi función cuando trabajo en grupo y respeto las funciones de las demás personas. - Reconozco que los modelos de la ciencia cambian con el tiempo y que varios pueden ser válidos simultáneamente. - Reconozco y acepto el escepticismo de mis compañeros y compañeras ante la información que presento.

Fuente: * Ministerio de Educación Nacional (2006). ** Plan de Estudios de Ciencias Naturales, I. E. Mercedes Abrego (2012).

Resultados

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Seguidamente se seleccionaron las prácticas experimentales y se diseñaron las guías de acuerdo con la estructura contemplada en el apartado 2.4 de la metodología.

3.2.1 Guía 1: refracción de la luz Para la elaboración de esta guía se tomó un ejercicio planteado por Quiroga (1975), al cual se le realizaron las modificaciones pertinentes para adaptarlo a una práctica experimental en el aula y a la metodología de aprendizaje activo dirigida a estudiantes de grado noveno, proponiendo una práctica netamente cualitativa, que demande del estudiante la observación, la comparación, la interpretación y generar conclusiones, a partir de la observación directa del fenómeno (Anexo C).

3.2.2 Guía 2: comportamiento de la luz Para la elaboración de esta guía también se tomó un ejercicio de Quiroga (1975), al cual se le realizaron las modificaciones pertinentes para adaptarlo a una práctica experimental en el aula y a la metodología de aprendizaje activo dirigida a estudiantes de grado noveno, la cual se complementó con preguntas de situaciones cotidianas, obteniendo como propuesta una práctica experimental cualitativa, que demandó del estudiante la observación, comprobación, interpretación y explicación, competencias especificas de las ciencias naturales (Anexo D).

3.2.3 Guía 3: el láser en el agua Esta guía fue una experiencia dirigida por el docente Freddy Monroy a los estudiantes de la Maestría en Enseñanza de las Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad Nacional de Colombia Sede Palmira, durante el curso Taller Experimental, módulo de Física, en el segundo semestre del año 2011 (Anexo E). Esta guía se empleó, ya que permite evidenciar claramente el fenómeno de reflexión total interna de la luz.

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3.3 Aplicación de las guías de prácticas experimentales en el aula Durante el desarrollo de cada una de las prácticas experimentales en el aula se realizaron las siguientes observaciones generales: 

En las prácticas 1 y 3 el tiempo programado para la actividad fue suficiente, mientras que para la práctica 2 el tiempo empleado fue mayor al tiempo programado.



La práctica 3, requirió de otro espacio diferente al aula habitual de los grupos, optando por otra con ventanas más pequeñas que facilitaran su oscurecimiento, colocando bolsas negras en las mismas.



Las prácticas 1, 2 y 3 se desarrollaron dentro de la planeación establecida para la asignatura, de modo que facilitó el acomodo a los diferentes imprevistos que se presentaron en su ejecución.



Para la realización de las prácticas fue necesario contar con la colaboración de un docente que cedió una hora de su clase para completar las dos horas planeadas para cada actividad, ya que la intensidad horaria de la misma (una hora) no era suficiente.



Al analizar la efectividad de las prácticas experimentales bajo la metodología activa como herramienta didáctica para ayudar a mejorar las dificultades de aprendizaje en los fenómenos estudiados, solo se tuvo en cuenta a los estudiantes que realizaron la totalidad de las prácticas y los cuestionarios previo y posterior al desarrollo de las prácticas experimentales, es decir 55 estudiantes.



Al informar a los estudiantes sobre la realización de prácticas como estrategia para reforzar sus debilidades en el tema comportamiento de las ondas luminosas, mostraron entusiasmo, atracción y curiosidad sobre el trabajo que se desarrollaría.

Resultados



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Las prácticas, además de parecerles atractivas, permitieron obtener mejores resultados en el desempeño de los estudiantes, así mismo manifestaron agrado por realizar actividades diferentes a las tradicionales dentro del aula.



Las tres prácticas programadas se desarrollaron con mucho éxito ya que los estudiantes las realizaron con mucho compromiso y siempre se mostraron atentos, dispuestos y comprometidos, lo cual se demostró con el desarrollo completo de las guías (figura 3-3).

Figura 3-3: Algunas evidencias de las prácticas experimentales.

Como se evidencia en las fotos el espacio para las experiencias es el patio y el salón de clases, ya que la institución no cuenta con laboratorios.

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3.3.1 Resultados y análisis de la práctica 1: Refracción de la luz A continuación se analizan las respuestas dadas por los estudiantes a las preguntas planteadas en la práctica experimental refracción de la Luz (Anexo C). A la pregunta 1, ¿Es posible observar la moneda dentro del recipiente cuando a éste se le adiciona agua?, respondieron de acuerdo a la figura 3-4. Figura 3-4: Predicciones individuales, pregunta 1. Refracción de la luz. 3%

41%

56%

No verá la moneda

si verá la moneda

Respuesta ambigua

De los estudiantes que respondieron afirmativamente, menos de la mitad sustentan su respuesta correctamente, argumentando: “sí porque al adicionar agua la luz se refracta y nos da la ubicación que no es real”, “sí se podrá ver porque al adicionarle agua al objeto se verá más amplio y en una posición aparente”. Los argumentos incorrectas ofrecidos, entre otros son: “sí porque la moneda se puede reflejar”, “sí porque pueden haber cambios dentro del recipiente como lo es la moneda quedará en el interior”, “sí porque el agua es transparente entonces se ve la moneda”.

Ante la segunda pregunta ¿cómo defines la posición aparente y la posición real de un objeto?, definieron los términos de acuerdo a como se dibuja en la figura 3-5.

Resultados

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Figura 3-5: Predicciones individuales, pregunta 2. Refracción de la luz

35%

65%

No define correctamente

Define correctamente

Quienes no definen correctamente la posición real y posición aparente de un objeto durante el fenómeno de refracción de la luz dicen por ejemplo, “yo lo definiría con la ubicación y con lo semejante que hay de uno a otro”, “porque el objeto cuando uno lo echa al agua se corre”, “posición aparente es cuando se ve dividida por algo, y la posición real es lo que el objeto es” (Anexo G), mientras que quienes definieron correctamente los términos, lo hicieron ya sea por escrito o mediante una ilustración como las que se muestran en la figura 3-6.

Figura 3-6: Esquemas realizados por los estudiantes sobre posición real y aparente.

Al realizar las predicciones del grupo, en la primera pregunta se observó el comportamiento de la figura 3-7.

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Figura 3-7: predicciones grupales, pregunta 1. Refracción de la luz.

25%

75%

Suponen que sí veran la moneda Suponen que no verán la moneda

Como se evidencia en la figura anterior, aumenta la proporción de estudiantes que responden afirmativamente, disminuye la proporción de quienes responden en forma negativa y desaparecen las respuestas ambiguas, esto demuestra una de las ventajas del trabajo grupal y colaborativo, ya que mediante la discusión se llegó a conclusiones que favorecieron la asociación de la teoría con la práctica. Sin embargo se pudo establecer que no todos los argumentos grupales son claros y correctos. Algunos de los argumentos correctos de quienes responden afirmativamente son, por ejemplo: “sí porque si adicionamos agua la luz se refracta y nos da la posición incorrecta de la moneda”, “sí porque al adicionarle agua al recipiente aparenta una posición no real”, “el agua hace que la miremos en otra posición como si cambiara de lugar, esto se debe a la refracción de la luz”.

En la pregunta 2, aunque la mayoría de los grupos parece diferenciar y definir los conceptos de posición aparente y real, en ellos se nota la falta de términos adecuados para argumentar correctamente sus expresiones, ya que éstas reflejan que tienen idea de los conceptos pero al definirlos no lo hacen aplicando el vocabulario adecuado; expresando por ejemplo: “posición real es donde esta el objeto, posición aparente es cuando se distorsiona la imagen”, “aparente cuando se ve el objeto en una posición y cuando se toca está en otra posición, real: la posición del objeto tal y como es”.

Resultados

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Figura 3-8: Algunas respuestas grupales a la pregunta 1 práctica, refracción de la luz.

Después de realizada la práctica y de responder las preguntas nuevamente, la pregunta numero 1 obtiene una respuesta afirmativa de la totalidad de los grupos (figura 3-8); sin embargo, se observan dificultades al argumentar ya que no lo hacen con suficiente claridad, escribiendo: “sí porque se refracta da al agua entonces la imagen realza”, “sí porque al adicionarle agua se puede observar la moneda que refleja”, “sí es posible aunque depende la distancia a la que uno observó la moneda”. Además, en la pregunta dos, la mayoría de los grupos define de forma más precisa las posiciones aparente y real de un objeto sumergido (Anexo G). En una tercera pregunta que pide ilustrar con un dibujo la posición aparente y real de la moneda, obteniendo las proporciones mostradas en la figura 3-9. Figura 3-9: Resultados, pregunta 3. Refracción de la luz

22%

78%

Ilustra en forma correcta

No ilustra en forma correcta

Algunas evidencias de estas respuestas se presentan en la figura 3-10. La imagen de la derecha muestra una forma correcta de ilustrar la posición aparente y la real, mientras que la imagen izquierda muestra que aunque ubican la posición aparente por encima de la real, no sitúan la primera justo encima de la real, sino hacia un lado.

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Figura 3-10 Algunas ilustraciones grupales de la posición real y aparente.

La práctica refracción de la luz, tuvo un impacto muy positivo ya que, se realizó en el patio de la institución y esto cambió la forma habitual como se llevan a cabo las clases, el grupo en general siempre se mostró dispuesto a trabajar y esto condujo a que siguieran correctamente las instrucciones y se lograra su ejecución con éxito. Además algo que es necesario destacar es que se logró asombrar a gran parte del grupo de estudiantes, lo que es poco común en los jóvenes actuales, pues quienes predijeron no ver la moneda, finalmente la lograron ver (Figura 3-8).

3.3.2 Resultados y análisis de la práctica 2: comportamiento de la luz A continuación se analizan las respuestas dadas por los estudiantes a las preguntas planteadas en la práctica Comportamiento de la luz , como se observa en el anexo D la práctica 2, está dividida en tres partes I, II y III, así mismo se presentan los resultados.

Resultados

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Figura 3-11: predicciones individuales sobre tamaño, grosor, distancia espejo-imagen y posición

24%

76%

Predicciones correctas

Predicciones incorrectas

Como se observa en la figura anterior, durante las predicciones individuales, fue posible evidenciar que una pequeña proporción de los estudiantes supone correctamente que al colocar un objeto frente a un espejo, la imagen que se forma será de igual tamaño, de igual grosor, que se observará a igual distancia y tendrá una posición derecha, mientras que una gran parte supone incorrectamente que verá la imagen mas lejos y más pequeña que el objeto. Igualmente, al alejar el objeto del espejo casi todo el grupo cree equivocadamente que la imagen del mismo se observará más lejos y de menor tamaño, sólo tres estudiantes aciertan suponiendo que verán la imagen de igual tamaño y a igual distancia que el objeto (Anexo H). Figura 3-12: predicciones individuales para la pregunta planteada en la parte II.

5%

6%

89%

Responden que no

No responden

Responden que sí

En la parte II a la pregunta sobre el número de imágenes de un objeto que observará en medio de dos espejos angulares, ningún estudiante acertó, tal vez por tratarse de un

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situación poco cotidiana y al preguntarles sobre si esperan que al multiplicar el ángulo por el número de imágenes que se observan siempre da una constante, como se observa en la figura 3-12, una gran proporción responde que no; una mínima parte de los estudiantes no responde; y otra proporción semejante responde que sí, argumentando: “sí, es posible porque a mayor ángulo, menor número de imágenes”. Figura 3-13: predicciones individuales sobre la trayectoria de la luz 3%

47%

50%

Acierta en la respuesta No acierta en la respuesta No responde

En la parte III, al preguntar sobre la trayectoria que seguirá la luz emitida por un láser, como muestra la figura 3-13 la mitad de los estudiantes acierta diciendo que será rectilínea, argumentando por ejemplo: “pasa derecho porque la luz se propaga en línea recta”, una mínima proporción no responde y otra parte considerable lo hace incorrectamente (anexo H). A la pregunta sobre la trayectoria que seguirá un rayo de luz al reflejarse en un espejo que se encuentra en el fondo de un recipiente, se observa el comportamiento de la figura 3-14. De acuerdo con esta información gran parte del grupo aplica el principio de reflexión de la luz, ya que ilustra en forma correcta su trayectoria. Algunas ilustraciones realizadas por los estudiantes se muestran en la figura 3-15.

Resultados

37

Figura 3-14: Predicciones individuales sobre la trayectoria de la luz reflejada

8% 24% 68%

Dibuja correctamente la trayectoria No dibuja correctamente la trayectoria No responde

Figura 3-15: Algunas representaciones individuales sobre la reflexión de la luz

A pesar de que gran parte del grupo dibuja correctamente la trayectoria del rayo de luz reflejado, muchos no emplean los términos adecuados para justificarla, escribiendo: “va a salir hacia los lados porque rebota en el espejo”, “porque esta apuntando hacia el espejo, eso es lo que hace que se desvíe”. Cuando se analizan las predicciones grupales (figura 3 -16), a pesar de que aumenta la proporción de respuestas correctas, respecto a las predicciones individuales en la primera cuestión de la parte I, sigue siendo aún menos de la mitad del grupo quienes acertadamente creen que cuando un objeto se ubica frente a un espejo, la imagen de este será de igual tamaño, igual grosor, a igual distancia que el objeto y que se observará derecha, mientras que una proporción mayoritaria erra en estos aspectos, suponiendo que verán la imagen más lejos que el objeto e invertida (Anexo H).

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Figura 3-16: Predicciones grupales sobre características de la imagen

33%

67%

Responden correctamente

No responden correctamente

A la segunda pregunta sobre qué sucede al tamaño de la imagen, el grosor, la distancia de la imagen y posición al alejar el objeto, ningún grupo responde correctamente, considerando de manera general que verán la imagen de mayor tamaño, de menor grosor y más lejos que el objeto. Cuando los grupos predijeron sobre el número de imágenes que suponen van a ver entre los espejos angulares (Anexo H), ninguno respondió acertadamente y sólo 6 grupos acertaron en el número de imágenes que vería, en alguno de los tres ángulos para los cuales se planteó la pregunta (Figura 3-17).

Figura 3-17: Algunas predicciones grupales, sobre imágenes en espejos angulares.

Acerca de la trayectoria del rayo de luz, también a nivel grupal, la mayoría de los mismos sostuvieron que la trayectoria del rayo sería recta e ilustraron su respuesta, sin embargo sus argumentos son escasos o erróneos (Figura 3-18). En la misma pregunta solo cuatro

Resultados

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grupos sostuvieron equivocadamente que el rayo se desviaría argumentando: “el láser no alcanza a pasar al otro lado del vaso”, “la trayectoria cambia de medio y por las ondas se mueve la luz”.

Figura 3-18: Algunas representaciones acerca de la trayectoria de la luz.

A la pregunta ¿cómo cree que se reflejará la luz del láser al chocar contra un espejo? (el espejo se encuentra en el fondo del recipiente que contiene agua), como se observa en la figura 3-19, mas de la mitad de los grupos ilustró correctamente la trayectoria y justificó enunciando el fenómeno de reflexión de la luz. Mientras que en menores proporciones responden de forma incorrecta o no lo hacen (Anexo H). Figura 3-19: Predicciones grupales a cerca de la trayectoria de la luz reflejada.

11%

22% 67%

Ilustran correctamente la trayectoria No ilustan la trayectoria correctamente No respondieron

Después de realizar la práctica y analizar los resultados de la primera pregunta, parte I como lo muestra la figura 3-20, se encontró que un poco más de la mitad de los grupos responden correctamente lo cual indica que identifican las características de las imágenes formadas en espejos planos, sin embargo el resto de los grupos aún

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manifiestan que la imagen fue de diferente tamaño y se ubicó más lejos que el objeto. Estas mismas proporciones se mantuvieron para la pregunta dos en cuanto a las características de la imagen que se forma de un objeto cuando el objeto se aleja, observando según ellos que la imagen se ve más pequeña y más lejos (Figura 3-21). Figura 3-20: Resultados acerca de características de una imagen reflejada

45%

55%

Responden correctamente

No responden correctamente

Figura 3-21: Algunas respuestas registradas, después de la práctica.

A la pregunta sobre el número de imágenes observadas entre dos espejos angulares después de realizar la práctica, más de la mitad de los grupos observa el número exacto de imágenes, encontrando una constante para el producto entre el ángulo y el número de

Resultados

41

imágenes, igual a 360 (Figura 3-22); mientras que casi una tercera parte de los grupos no logró observar el número exacto de imágenes entre los espejos angulares (anexo H).

Figura 3-22 Algunas respuestas correctas sobre el número de imágenes en espejos angulares

Finalmente, en las dos últimas preguntas relacionadas con la trayectoria de la luz al atravesar el vaso de agua de forma horizontal y la trayectoria que sigue cuando se refleja, todos los grupos, ilustraron de forma correcta dicho recorrido (Figura 3-23), esto demuestra que comprobaron el principio de la reflexión y confirmaron la trayectoria rectilínea de la luz.

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Figura 3-23 Algunas respuestas acerca de la trayectoria de la luz

3.3.3 Resultados y análisis de la práctica 3: El láser en el agua Al analizar las predicciones individuales a la pregunta ¿Sale agua del envase al destapar sólo el agujero?, de acuerdo a la figura 3-24, una gran proporción de los estudiantes no aplicó el concepto de presión atmosférica en la situación y respondió erradamente que sí, sólo una menor proporción responde acertadamente que el agua no saldrá del envase debido a que no hay presión atmosférica que actúe sobre su contenido.

Resultados

43

Figura 3-24: Predicciones individuales respecto a la salida de agua del envase

21%

79%

Suponen que si sale agua

Suponen que no sale agua

A la pregunta número 2 sobre qué trayectoria seguirá el agua al destapar el envase, el comportamiento lo describe la figura 3-25, donde la mayor proporción del grupo no la ilustra correctamente (figura 3-26), en tanto que una pequeña proporción si la define correctamente o la ilustra mediante un dibujo. Figura 3-25: Predicciones individuales, sobre la trayectoria del chorro de agua

38%

62%

Dibuja o describe la trayectoria correcta No dibuja o describe la trayectoria correcta

Las predicciones en la tercera pregunta sobre la trayectoria del rayo cuando el envase está destapado, se muestran en la figura 3-26. De acuerdo a ésta, sólo una mínima proporción asoció la práctica al fenómeno de reflexión total interna, mientras que una gran proporción no lo hizo. De manera general, los estudiantes suponen que el rayo de luz se desplazará en línea recta, mientras el chorro de agua sigue su trayectoria parabólica, algunas respuestas se presentan en la figura 3-27 y en el anexo I.

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Figura 3-26: predicciones individuales, sobre la trayectoria del láser mientras sale el chorro de agua

14%

86%

Acierta en la respuesta

No acierta en la respuesta

Figura 3-27: Algunas predicciones individuales registradas por los estudiantes

Al analizar las predicciones grupales, en la primera pregunta (figura 3-28), sólo una pequeña proporción de los grupos supuso que no saldría agua, sin embargo sus argumentos no se fundamentan en la actuación o no de la presión atmosférica mientras que la mayor parte de los grupos predijeron que sí saldría agua.

Resultados

45

Figura 3-28: predicciones grupales, sobre si sale agua o no, al destapar el agujero

14%

86%

No responde acertadamente

Responde acertadamente

Al analizar la segunda pregunta, se presentaron los resultados que se ilustran en la figura 3-29, quienes ilustraron o respondieron de forma incorrecta expresaron por ejemplo “el agua sale en forma recta o sale con menos presión que cuando el envase está tapado”, otras evidencias se presentan en la figura 3-31. Figura 3-29: predicciones grupales sobre la trayectoria del chorro de agua

29%

71%

Ilustra correctamente la trayectoria No ilustra correctamente la trayectoria

En la tercera cuestión, nuevamente fue posible evidenciar los efectos positivos del trabajo grupal, ya que se incrementaron los aciertos, duplicándose esta proporción en las predicciones grupales respecto a la proporción registrada en las predicciones individuales para esta pregunta, algunas evidencias se presentan en la figura 3-31 y en el anexo I.

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Figura 3-30: Predicciones grupales acerca de la trayectoria del láser mientras sale el chorro de agua

29%

71%

Ilustra correctamente la trayectoria No ilustra correctamente la trayectoria

Figura 3-31: Algunas predicciones grupales a las cuestiones planteadas en la práctica 3

Después de realizar la práctica y analizar los resultados se encontró que a las tres preguntas la totalidad de los grupos respondieron acertadamente; además, al argumentar

Resultados

47

sus respuestas una gran proporción justifica en forma correcta y emplea los términos físicos que explican el fenómeno estudiado, diciendo por ejemplo: “el fenómeno observado recibe el nombre de refracción total interna y la luz se refleja completamente en el chorro de agua”, “el fenómeno se denomina reflexión total y ocurre cuando un rayo de luz pasa de un medio más denso a otro menos denso superando el ángulo de incidencia al ángulo crítico”, “el fenómeno es reflexión total interna y se produce porque la luz se refleja en la superficie del chorro rebotando dentro de él, debido al ángulo con el que entró” (Anexo I).

3.4 Impacto de las prácticas experimentales en el aprendizaje Se interpretaron los resultados del cuestionario posterior a la aplicación de las prácticas experimentales, determinando el desempeño alcanzado por los estudiantes y comparándolo con el obtenido en el cuestionario previo a la estrategia (figura 3-32). Durante el cuestionario previo a las prácticas se notó que una alta proporción del grupo presentaba desempeño bajo, el cual se redujo casi a la mitad en el cuestionario posterior; mientras que el desempeño básico que inicialmente fue una muy mínima proporción, se incrementó hasta triplicarse durante el cuestionario posterior a las prácticas. Del mismo modo el desempeño alto que obtuvo una mínima proporción durante la prueba inicial, logró duplicarse en la prueba final. Esta comparación demuestra un mejoramiento en el desempeño de los estudiantes, que se puede asociar al aprendizaje de los fenómenos estudiados y aunque persisten alumnos con bajo desempeño es de anotar, que es posible mejorar el desempeño de estos últimos mediante la realización de este tipo de actividades de forma más frecuente, de manera que el alumno mejore su capacidad para observar, analizar, interpretar asociar la teoría a los fenómenos observados y principalmente a argumentar sus respuestas.

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Porcentaje de estudiantes

Figura 3-32: Desempeño alcanzado antes y después de las prácticas en el aula 90,0% 80,0% 70,0% 60,0% 50,0% 40,0% 30,0% 20,0% 10,0% 0,0%

Desempeño bajo

Desempeño básico

Desempeño alto

Desempeño de los estudiantes pre Test

pos test

La figura 3-33 detalla los aciertos obtenidos por pregunta en los cuestionarios aplicados antes y después de la estrategia. Figura 3-33: Aciertos por pregunta en los cuestionarios antes y después de las prácticas 60 50 40

30 20

Cuestionario previo Cuestionario posterior

10 0

Como se puede observar en la figura 3-33, al comparar los resultados de los cuestionarios aplicados antes y después de realizar las prácticas experimentales en el aula, se evidencia que en las preguntas 1, 2, 3, 5 y 6, el número de aciertos aumentó en el cuestionario posterior respecto al cuestionario anterior a las prácticas. Esto refleja que

Resultados

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la metodología activa bajo la cual se llevaron a cabo las prácticas, tuvo un efecto positivo en la aprehensión de conceptos y la interpretación de situaciones relacionadas con el comportamiento de las ondas. Algunos aspectos a destacar en los resultados del cuestionario posterior (anexo B) a la estrategia son: A pesar de que las respuestas de las preguntas 1 y 2, reflejan que la mayoría de los estudiantes diferencian entre sí, los fenómenos de reflexión y refracción, se encontró que los argumentos que sustentaron la elección de las respuestas no son completos, tampoco emplearon términos propios y acordes a lo estudiado, enunciando por ejemplo “porque refracta es un cambio de dirección”, “la luz se refracta porque la luz se va para otro lado en vez de ir recto”, “la luz se refracta porque al desviarse se va para otro lado”, “ porque si un rayo de luz se desvía hacia la normal eso quiere decir que se refracta”; sólo una mínima proporción de los estudiantes, utilizó argumentos claros como “si un rayo de luz pasa de un medio a otro, se refracta o sea cambia su dirección o trayectoria”, “se refracta porque el rayo de luz pasa de un medio menos denso a otro más denso y esto hace que la luz se desvíe”. Algunas evidencias se presentan en la figura 3-35. Figura 3-34: Algunos argumentos en las preguntas 1 y 2 del cuestionario

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Al analizar la pregunta tres, se notó que más de la mitad de los estudiantes aplicaron el principio fundamental de la reflexión para dar respuesta ya que tienen claridad sobre la dirección de un rayo de luz cuando se refleja, y ofrecen argumentos como por ejemplo, “el ángulo de reflexión siempre es igual al ángulo de incidencia”, “el rayo de luz llega al espejo y sale de igual manera, conservando el ángulo”, “porque en la reflexión se cumple que el ángulo de la luz reflejada es igual al ángulo con que llega”.

En ésta pregunta son pocos los estudiantes que no brindan argumentos valederos y/o claros, como por ejemplo: “porque tienen la misma densidad”, “porque el reflejo choca con el espejo, no cambia de ambiente por eso tiene la misma medida que el otro porque es igual”, “es 30º porque la luz incide sobre un espejo que es plano y al rayo de luz”.

En la figura 3-33 se observa que en la pregunta 4 del cuestionario previo fue mayor el número de aciertos respecto al posterior, esto reflejó la dificultad que presentan los estudiantes al identificar cómo se desvía una onda luminosa cuando pasa de un medio menos denso a otro más denso y viceversa, además se evidencia poca claridad en los argumentos planteados, diciendo, por ejemplo, “la 3 y 4 están mal porque no se desvían exactamente como debe ser”, “porque la refracción no es igual cuando la miramos”, “la 3 y la 4 ya que la 3 muestra que el rayo se aleja demasiado de la línea normal y la cuarta que cuando se pasa de un medio denso a uno menos denso se refracta la luz a una distancia similar a la que vienen del medio denso”, “3 y 4 porque su incidencia no se puede dar por su densidad”.

Algunos de los argumentos ofrecidos por quienes seleccionaron la respuesta correcta son por ejemplo: “los que están incorrectamente son el 3 y 4 ya que cuando la luz cambia de medio a otro más denso se acerca a la línea normal”, “pues bueno al observar el gráfico 3 nos dice que el aire es más denso que el cristal y eso es falso, en el 4 nos muestra que son de igual densidad y eso también es falso”, “porque cuando viene de un

Resultados

51

medio menos denso a otro más denso se acerca a la línea normal y cuando viene de un medio más denso a uno menos denso se aleja de la línea normal”.

Figura 3-35: Algunas justificaciones a las preguntas 3 y 4 del cuestionario posterior a las prácticas

La pregunta cinco, se destaca porque aunque menos de la mitad de los estudiantes sólo seleccionó la respuesta correcta, todos la argumentaron de forma correcta diciendo por ejemplo; “debido a la refracción se puede observar una posición aparente del objeto que está encima de la posición real”, y algunos recurrieron a recordar la práctica de la moneda para justificar su elección diciendo por ejemplo; “como cuando la moneda está sumergida vemos la posición aparente y no la real”. Es de resaltar que en el cuestionario previo a las prácticas experimentales, ningún estudiante respondió esta pregunta de forma correcta, además de que todos los argumentos son coherentes y claros (figura 336).

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Figura 3-36 Algunas justificaciones a la pregunta 5 del cuestionario posterior

En la pregunta seis también a pesar de que se presentó un aumento en el número de aciertos respecto al cuestionario previo, faltó claridad en las sustentaciones y muchas no argumentan todos los fenómenos que se observan en la figura, así como el por qué, por ejemplo; “sale en otra dirección el rayo porque debajo del hielo hay un espejo y pues desvía pero el θi es igual al θr al desviarse por el espejo”, “porque al reflejarse y refractarse quedaría de igual forma”, “porque al encontrarse con el espejo el rayo de luz se refleja o sea que los dos ángulos son iguales”.

Las preguntas siete y ocho no fueron incluidas en el cuestionario previo, ya que fueron complemento a la prueba posterior, en ellas se evidencia falta de claridad para argumentar sus respuestas, diciendo por ejemplo; “porque tiene dos espejos incluyendo el objeto suman tres”, “se ven tres porque en el espejo se ven 2 pero más el objeto real son 3”, “porque al tener dos espejos planos veremos tres imágenes incluido el objeto”; estos argumentos ponen a la luz que no hay claridad en el número de imágenes observadas en espejos angulares de acuerdo al ángulo que forman, lo cual muestra una relación directa con los resultados de la práctica realizada sobre espejos angulares, ya que en ella se presentaron las mismas falencias.

Resultados

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Finalmente, en la pregunta octava sobre reflexión total interna, la gran mayoría de los estudiantes seleccionaron la respuesta correcta, sin embargo, se encontraron argumentos poco claros o expresados con términos no adecuados, por ejemplo: “porque el ángulo era muy grande y se reflejó”, “porque el ángulo de incidencia es grande y no pasa sino que se devuelve”, “el gráfico C está bien porque al apuntar con el láser desde fuera de una cubeta transparente con agua se desviaría y se reflejaría con la superficie del agua”, “porque entre mas ángulo esté entonces la luz se refleja hacia el agua”, “porque el rayo de luz incide sobre el agua y esto sería refracción total de incidencia”. De acuerdo con la anterior argumentación, los estudiantes recuerdan lo observado durante la práctica, pero se les dificulta expresarlo y emplear los términos adecuados (Anexo J).

En conclusión, entonces, la utilización de prácticas experimentales en ambientes de aprendizaje tanto en el aula como fuera de ella, y no necesariamente en el laboratorio, permitió superar algunas de las dificultades en el aprendizaje presentadas por los estudiantes relacionadas con los fenómenos asociados a las ondas luminosas en el grado noveno y permitió generar un cambio didáctico en la forma tradicional como se desarrollan las clases, lo cual impactó positivamente el interés y la curiosidad de los educandos hacia el estudio de las ciencias.

4. DISCUSIÓN 4.1 La metodología activa y las prácticas experimentales La implementación de prácticas experimentales, permitió llevar al estudiante una clase diferente a la tradicional, empleando una metodología que lo involucró de una forma más activa, donde le fue posible observar, analizar, construir sus hipótesis (predicciones individuales y grupales), discutir en grupo, verificar sus hipótesis o rechazarlas mediante procedimientos simples realizados y observados por él mismo, esto coincide con lo expuesto por Pro Bueno (2003) y Hernández (2012), cuando se refieren a la labor docente como motivadora y promotora de procesos que impliquen observar, describir, relacionar, pensar, valiéndose de situaciones simples; coincidiendo de esta manera con que “el papel activo de un estudiante requiere de un docente que enfoque su enseñanza de manera diferente, en donde su papel no se limite a la transmisión de conocimientos o demostración de experiencias (esto ultimo particularmente frecuente en las ciencias naturales), sino que oriente el proceso de formación de sus estudiantes como un acompañante” (M.E.N.,2006, p. 111).

De éste modo la propuesta de las prácticas experimentales en el aula también permitió el uso de otros ambientes de aprendizaje como lo fue el patio, que a los jóvenes agradó mucho y los motivó a trabajar con mayor disciplina y compromiso, cambio de actitud fundamental en el aprendizaje de las ciencias; todo esto después de llevar a cabo lo propuesto por Vasco (2008), respecto a reflexionar acerca de cómo se lleva el conocimiento a los estudiantes y en este caso particular presentar una propuesta didáctica resultado del análisis personal del docente y su práctica.

Uno de los aportes más valiosos de la implementación de esta propuesta fue el desarrollo de compromisos personales y sociales que se adquirieron a raíz del trabajo grupal y colaborativo, ya que demandó de cada estudiante escuchar los puntos de vista

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del compañero, proponer los propios, discutir con él y finalmente ponerse de acuerdo frente a una situación planteada, lo cual constituye uno de los ejes articuladores para las acciones concretas del pensamiento requeridas para alcanzar los estándares planteados por el Ministerio de Educación Nacional, enunciados así: “Escucho activamente a mis compañeros y compañeras, reconozco otros puntos de vista, los comparo con los míos y puedo modificar lo que pienso ante argumentos más sólidos” (M.E.N., 2006, p. 139).

De lo antedicho se desprende que, las habilidades personales y sociales que adquieren los estudiantes durante el desarrollo de prácticas experimentales bajo la metodología activa, contribuyen en gran manera al logro tanto de la misión de la Institución Educativa Mercedes Ábrego como a una de las metas planteadas por el M.E.N. a través de los estándares, en lo referente a la formación de jóvenes integrales, ricos en valores, críticos, responsables y capaces de reflexionar sobre su entorno.

4.2 Impacto de las prácticas experimentales Durante la implementación de las prácticas experimentales en el aula, los estudiantes se mostraron motivados, dispuestos a trabajar, concentrados en su labor e interesados en llevar a cabo todos los procedimientos, observaciones y deducciones contempladas en las guías, mostraron una actitud muy positiva a todas las actividades y esto se demostró con el desarrollo y entrega de las guías, esto concuerda con lo encontrado por Hincapié (2011); peña (2012); Riascos (2011); Rojas (2011) y Ruíz (2012); lo anterior se debió probablemente al hecho de que metodología empleada involucró la evaluación no para detectar errores sino, para identificar fortalezas que permitieron abordar las debilidades de los estudiantes, así como buscar herramientas que permitieron reorientar los procesos de enseñanza, como lo sugiere el M.E.N.,(2006).

Por otra parte también se mejoró el desempeño de los estudiantes, como lo demuestran los resultados obtenidos en los cuestionarios realizados antes y después de la estrategia para evaluar el impacto, en la superación de las dificultades encontradas durante el estudio de fenómenos asociados al comportamiento de la luz, resultados que coinciden con lo expuesto por Hincapié (2011), Duran (2011) y Peña (2012) quienes también

Discusión

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obtuvieron puntajes más altos o mejoras en el desempeño en el cuestionario posterior a las prácticas. Lo anterior demuestra que gran parte de los estudiantes mejoró en el manejo de conocimientos propios de las ciencias naturales en lo referente a las ondas luminosas aplicando las acciones “Reconozco y diferencio modelos para explicar la naturaleza y el comportamiento de la luz e Identifico aplicaciones de los diferentes modelos de la luz” (M.E.N., 2006, p. 139)

Un aspecto fundamental que aportó al mejoramiento del aprendizaje de los estudiantes mediante la implementación de las prácticas experimentales, es que en ellas, se partió de las ideas previas de los estudiantes por medio del registro de sus predicciones individuales, lo cual asegura Pozo, et al (1991) y Furió (1996) citado por Furió y Guisasola (1999), es vital para desaprender los conceptos errados e incorporar los nuevos. Asimismo, lo confirma M. E. N. (2006) cuando establece que las concepciones alternativas que dificultan los procesos de aprendizajes científicos, deben ser tenidas en cuenta, cuando se intenta establecer nuevos conocimientos y un modo es crear puentes entre los distintos saberes que tienen los estudiantes. Además las prácticas experimentales dirigidas a estudiantes de noveno grado facilitó la modificación de dichas concepciones alternativas, las cuales como lo indica el M.E. N. (2006) es conveniente tratarlas desde los primeros años, pues de postergarse, cada vez es más difícil reformarlas.

Aún cuando se obtuvieron mejores resultados en el cuestionario posterior a las prácticas experimentales, no fue posible desaparecer en su totalidad las dificultades presentadas por los estudiantes, esto se verifica, ya que no todas las respuestas en el cuestionario posterior son acertadas, lo cual coincide con lo obtenido por Hincapié (2011), en este caso, dichos resultados se pueden aducir, a la falta de capacidad para interpretar las preguntas, falta de relación de las mismas con los fenómenos estudiados, la improvisación de algunos estudiantes al responder y en el caso particular de la formación de imágenes en espejos planos, práctica en la cual se observaron dificultades que fue posible evidenciarlas, también durante el desarrollo del cuestionario final se sugiere profundizar en óptica geométrica, mejorando aspectos como forma de preguntas o proponer el modelo de práctica planteado por Medina (2011) quien obtuvo resultados favorables, así como una práctica experimental que incluya la óptica geométrica,

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preferiblemente bajo el modelo ALOP (Aprendizaje Activo en Óptica y Fotónica), propuesto por la Unesco.

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 5.1 Conclusiones Se logró identificar algunas dificultades que presentan los estudiantes relacionadas con el aprendizaje de fenómenos asociados a las ondas luminosas y su comportamiento, encontrando principalmente que la mayoría de los jóvenes, tienen dificultades para argumentar sus respuestas, no manejan un vocabulario científico para la explicación de los fenómenos físicos estudiados, no diferencian los fenómenos de reflexión y refracción y esto conlleva a que no relacionen el concepto con situaciones cotidianas donde se aplica.

Se adaptaron guías de prácticas experimentales en el aula, dirigidas al grado noveno para estudiar el comportamiento de la luz, empleando materiales económicos y bajo la metodología de aprendizaje activo, la cual implicó procedimientos tales como el análisis de situaciones problema (de forma individual u grupal), la observación, la predicción, la discusión, la argumentación, la descripción y la verificación. Las cuales favorecen el desarrollo de competencias para explicar, interpretar e indagar, evaluadas por el Icfes.

Se implementaron las guías de prácticas experimentales para el estudio del comportamiento de las ondas luminosas en los estudiantes de grado noveno, obteniendo resultados que favorecieron, no sólo la disminución de las dificultades detectadas previamente durante la aplicación del cuestionario anterior al desarrollo de las mismas, sino también, a través de la metodología activa empleada, se promovió el desarrollo de valores y habilidades individuales y colectivas, las cuales constituyen la base del desempeño de los jóvenes en la sociedad.

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Finalmente este trabajo en todas sus etapas de desarrollo constituyó un gran aporte a la cualificación profesional docente ya que invitó a reflexionar sobre la práctica pedagógica y de este modo innovar en las estrategias de enseñanza, haciéndolas más recursivas, convirtiendo al docente en un diseñador de las experiencias que se llevan a la clase y un guía del estudiante en la construcción de su conocimiento. Además, la formación adquirida le facilitará investigar en el aula a través de otros ejercicios pedagógicos, que favorezcan los procesos de enseñanza-aprendizaje, donde los más beneficiados son los estudiantes.

5.2 Recomendaciones Se sugiere incluir una práctica experimental adicional sobre óptica geométrica bajo el modelo ALOP que permita mejorar el bajo desempeño en las características de las imágenes formadas en espejos planos, además que la duración de las prácticas no sea mayor a dos horas.

Se recomienda mejorar la adaptación de las guías, en cuanto al enfoque de las preguntas planteadas, así como quitar algunos procedimientos de la guía de comportamiento de la luz que la hacen muy extensa.

Realizar prácticas experimentales en los grados décimo y once empleando la metodología activa, de modo que se promueva no sólo la construcción del conocimiento a través de la confrontación de predicciones con la experimentación, sino el fortalecimiento de habilidades y valores tanto individuales como colectivos a través del trabajo grupal.

A. Anexo: Cuestionario aplicado antes de la estrategia

B. Anexo: Cuestionario aplicado después de la estrategia

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C. Anexo: Guía 1. Refracción de la luz.

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Anexo C.

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D. ANEXO: Guía 2. Comportamiento de la luz.

Anexo D.

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Anexo D.

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E. ANEXO: Guía 3. El láser en el agua.

Anexo E

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F. ANEXO: Evidencias de la metodología de aprendizaje activo

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Anexo F

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G. ANEXO: Evidencias práctica 1. Refracción de la luz

Anexo G

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Anexo G

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Anexo G

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H. ANEXO: Evidencias práctica 2. Comportamiento de la luz

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Anexo H

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Anexo H

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Anexo H

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Anexo H

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I. ANEXO: Evidencias práctica 3. El láser en el agua

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Los experimentos en el aula como estrategia para ayudar a mejorar las dificultades de aprendizaje en el comportamiento de las ondas luminosas en estudiantes de grado noveno

Anexo I

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Los experimentos en el aula como estrategia para ayudar a mejorar las dificultades de aprendizaje en el comportamiento de las ondas luminosas en estudiantes de grado noveno

Anexo I

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J. ANEXO. Sustentaciones del cuestionario aplicado después de la estrategia

Anexo J

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Los experimentos en el aula como estrategia para ayudar a mejorar las dificultades de aprendizaje en el comportamiento de las ondas luminosas en estudiantes de grado noveno

Anexo J

103

104

Los experimentos en el aula como estrategia para ayudar a mejorar las dificultades de aprendizaje en el comportamiento de las ondas luminosas en estudiantes de grado noveno

Anexo J

105

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por

descubrimiento:

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Colombia,

Ministerio

de

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presentada

en

la

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Evaluación

Formativa

y

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