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EL ESTUDIO DE ACCIDENTES DE TRÁNSITO COMO VÍA PARA GENERAR
APRENDIZAJES DEL PRINCIPIO DEL TRABAJO Y LA ENERGÍA CINÉTICA
JULIÁN AURELIO CERA HERNÁNDEZ
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD DE CIENCIAS Y EDUCACIÓN
MAESTRÍA EN EDUCACIÓN
BOGOTÁ D.C
2017
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EL ESTUDIO DE ACCIDENTES DE TRÁNSITO COMO VÍA PARA GENERAR
APRENDIZAJES DEL PRINCIPIO DEL TRABAJO Y LA ENERGÍA CINÉTICA
JULIÁN AURELIO CERA HERNÁNDEZ
Trabajo de grado para optar el Titulo de Magíster en Educación
Dirigido por
ÁLVARO GARCÍA MARTÍNEZ
Doctor en Didáctica de las Ciencias Experimentales
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD DE CIENCIAS Y EDUCACIÓN
MAESTRÍA EN EDUCACIÓN
BOGOTÁ D.C
2017
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Nota de Aceptación
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Presidente del Jurado
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Jurado
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Jurado
Bogotá D.C., agosto de 2017
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A la mujer que ha estado a mi lado y que siempre lo estará, aunque la
naturaleza nos separe en extremos de los confines del Universo…a
Ella, a mi Hermosa Madre.
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Contenido
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Introducción 1
1. Problema 4
2. Antecedentes 7
3. Justificación 14
4. Objetivo 18
4.1 Objetivo general 18
4.2 Objetivos específicos 18
5. Referente Teórico 19
5.1 Enseñanza de las ciencias 19
5.2 Enseñanza y aprendizaje de la Física 22
5.3 Uso de modelos y representaciones en la enseñanza de la Física. 25
5.4 Enseñanza de la Física apoyada en las TIC. 29
5.5 Aplicación del Principio del Trabajo y la Energía en la Investigación de Accidentes de
Tránsito. 32
6. Diseño Metodológico de la Investigación 35
6.1 Investigación cualitativa 35
6.2 Investigación basada en diseño 38
vi
6.2.1 Objetivos de la investigación basada en diseño 40
6.2.2 Características de la investigación basada en diseño 42
6.2 Estudio de caso 43
6.4 Contexto de la investigación 47
6.5 Metodología de la investigación 47
6.6 Instrumentos de recolección de información 51
6.7 Aplicación de la unidad didáctica en el aula 55
6.8 Proceso de análisis de la información 57
7. Análisis de Resultados 61
7.1 Análisis del instrumento de ideas del principio del trabajo y la energía cinética 64
7.2 Análisis del instrumento de selección múltiple TESTi y TESTf. 87
7.3 Análisis de la aplicación de la unidad didáctica 102
7.3.1 Análisis de la Actividad 1. 103
7.3.2 Análisis de la Actividad 2. 106
7.3.3 Análisis de la Actividad 3 108
7.3.4 Análisis de la Actividad 4. 110
7.3.5 Análisis de la Actividad 5. 112
7.4 Análisis finales de cada Caso 117
7.4.1 Caso Frederick 117
7.4.2 Caso Ashley 118
7.4.3 Caso Joshua 118
7.4.4 Caso Albert 119
7.5 Aspectos relevantes en los estudios de caso 120
vii
8. Conclusiones 122
8.1 Sobre el marco teórico que soportó la investigación 122
8.2 Construcción y aplicación de instrumentos 123
8.3 Diseño y aplicación de una unidad didáctica 124
8.4 Analizar los resultados de la aplicación de la unidad didáctica 125
8.5 Reflexiones personales 127
Referencias Bibliográficas 129
Anexos 138
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Lista de Figuras
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Figura 1. Estructura general de la investigación basada en diseño 43
Figura 2. Proceso del estudio de caso 46
Figura 3. Estructura general de la metodología de investigación 48
Figura 4. Análisis de resultados 62
Figura 5. Descripción de variables al inicio del proceso para Frederick 67
Figura 6. Descripción de variables al final del proceso para Frederick 68
Figura 7. Descripción de variables al inicio del proceso para Ashley 68
Figura 8. Descripción de variables al final del proceso para Ashley 69
Figura 9. Descripción de variables al inicio del proceso para Joshua 69
Figura 10. Descripción de variables al final del proceso para Joshua 70
Figura 11. Descripción de variables al inicio del proceso para Albert. 70
Figura 12. Descripción de variables al final del proceso para Albert 71
Figura 13. Descripción de variables al inicio del proceso para Isaac 71
Figura 14. Descripción de variables al final del proceso para Isaac 72
Figura 15. Mapa conceptual inicial de Frederick 78
Figura 16. Mapa conceptual final de Frederick 78
Figura 17. Mapa conceptual inicial de Ashley 80
ix
Figura 18. Mapa conceptual final de Ashley 80
Figura 19. Mapa conceptual inicial de Joshua 82
Figura 20. Mapa conceptual final de Joshua 82
Figura 21. Mapa conceptual inicial de Albert. 84
Figura 22. Mapa conceptual final de Albert 84
Figura 23. Mapa conceptual inicial de Isaac 86
Figura 24. Mapa conceptual final de Isaac 86
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Lista de Tablas
pág.
Tabla 1. Descripción de la metodología de investigación basada en diseño desarrollada en el
presente proyecto de investigación 49
Tabla 2. Pautas de análisis de IIPTEC. Fuente: elaboración propia. 57
Tabla 3. Criterios de evaluación de mapas conceptuales. Fuente: elaboración propia. 58
Tabla 4. Rubrica de caracterización de mapas conceptuales. Fuente: elaboración propia. 59
Tabla 5. Proceso y criterios de selección de los estudios de caso 63
Tabla 6. Pregunta 1 64
Tabla 7. Descripción de la pregunta 4 en los estudios de caso. 72
Tabla 8. Descripción del texto explicativo en los estudios de caso. 74
Tabla 9. Descripción de mapas iniciales y finales de Frederick. 77
Tabla 10. Descripción de mapas iniciales y finales de Ashley 78
Tabla 11. Descripción de mapas iniciales y finales de Joshua. 81
Tabla 12. Descripción de mapas iniciales y finales de Albert. 83
Tabla 13. Descripción de mapas iniciales y finales de Isaac 85
Tabla 14. Análisis de categorías 87
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Lista de Anexos
pág.
Anexo A.Instrumento de Ideas del Principio del Trabajo y la Energía Cinética 138
Anexo B. Test de Categorías 141
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Resumen
El siguiente proyecto de investigación, está orientado en la modelización como metodología de
enseñanza de la Física; para llevar a cabo dicha metodología, se hace uso de modelos físicos
estructurados y aplicados en la investigación de accidentes de tránsito, específicamente asociados
al principio del trabajo y la energía cinética (objeto de aprendizaje del presente proyecto). Para
llevar a cabo la intervención metodológica de enseñanza, se construyeron, aplicaron y analizaron
tres instrumentos: el primero es el instrumento de ideas sobre el principio del trabajo y la energía
cinética IPTEC, el segundo, es un TEST de pregunta cerrada, que categoriza los niveles de
aprendizajes de los estudiantes; estos dos instrumentos fueron aplicados antes y después de la
intervención de la unidad didáctica; siendo ésta, el tercer instrumento, que fue contextualizada en
la investigación Física de accidentes de tránsito, y los recursos TIC.
La metodología de investigación aplicada en este proyecto es la de Investigación Basada
en Diseño (IBD), siendo esta de tipo cualitativo; para ello, se hace uso de las técnicas de
investigación del estudio de casos y la investigación cualitativa, y se desarrolla a través de
instrumentos como vídeos, hojas de cálculo, uso de software, actividades virtuales, test y la unidad
didáctica. Éstas permitieron identificar y analizar los aprendizajes generados en los estudiantes
después de la intervención metodológica del proyecto. La implementación de esta unidad didáctica
permitió aplicar actividades innovadoras, enmarcadas en el uso de modelos fisicomatemáticos que
les permitió a los estudiantes comprender, identificar, asociar, potenciar y aplicar el principio de
trabajo y la energía cinética en un contexto real, como lo son los accidentes de tránsito.
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Abstract
The following research project is oriented in the modeling as methodology of teaching
physics; To carry out this methodology, it is used structured physical models and applied in the
investigation of traffic accidents, specifically associated with the work principle and kinetic energy
(object of learning of the present project). In order to carry out the methodological intervention of
teaching, three instruments were constructed, applied and analyzed: the first one is the instrument
of ideas about the principle of work and the kinetic energy IPTEC, the second one is a closed
question TEST, which categorizes the Levels of student learning; These two instruments were
applied before and after the intervention of the didactic unit; Being this, the third instrument, that
was contextualized in the physical investigation of traffic accidents, and the ICT resources.
The applied research methodology in this project is the Research Based on Design IBD;
Being this one of qualitative type; To this end, the research techniques of case study and qualitative
research are used and developed through instruments such as videos, spreadsheets, software use,
virtual activities, tests and the Didactic Unit. These allowed to identify and analyze the learning
generated in the students after the methodological intervention of the project. The implementation
of this didactic unit allowed the application of innovative activities, framed in the use of physical-
mathematical models that allowed students to understand, identify, associate, enhance and apply
the principle of work and kinetic energy in a real context, such as Are traffic accidents.
xiv
Résumé
Le projet de recherche qui suit se concentre sur la modélisation et de la méthodologie de la
physique d'enseignement; pour mener à bien cette méthodologie, il utilise des modèles physiques
structurés et appliqués dans les enquêtes sur les accidents de la circulation, en particulier liés au
principe du travail et de l'énergie cinétique (objet d'apprentissage de ce projet). Pour mener à bien
l'intervention de l'enseignement méthodologique ont été construits, mis en œuvre et a analysé trois
instruments: le premier est l'instrument d'idées sur le principe du travail et IPTEC d'énergie
cinétique, le second est un test de question fermée, qui catégorise les niveaux d'apprentissage des
élèves; ces deux instruments ont été appliqués avant et après l'intervention de l'unité
d'enseignement; ce qui est le troisième instrument, qui a été contextualisée dans l'enquête physique
des accidents de la circulation et des ressources TIC.
La méthodologie de la recherche appliquée dans ce projet est de conception basée sur la
recherche IBD; Il est cette qualitative; Pour ce faire, l'utilisation des techniques de recherche et
étude de cas est une recherche qualitative et se développe au moyen d'instruments tels que des
vidéos, des feuilles de calcul, en utilisant le logiciel, activités virtuelles, tester et unité
d'enseignement. Ils ont permis d'identifier et d'analyser l'apprentissage des élèves généré après la
méthodologie d'intervention du projet. La mise en œuvre, ces travaux ont permis d'appliquer des
activités innovantes, encadrées dans l'utilisation de modèles physico-mathématiques qui ont
permis aux élèves de comprendre, identifier, associé, promouvoir et mettre en œuvre le principe
du travail et de l'énergie cinétique dans un contexte réel, ils sont les accidents de la circulation.
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Introducción
En las nuevas tendencias de enseñanza de las ciencias y en particular el de la Física, invitan a
repensar las metodologías desarrolladas por los docentes en diferentes espacios de formación de
los estudiantes y propiamente aplicadas en el salón de clase, los laboratorios y espacios de
interacción como la semana de la ciencia, semana de la tecnología, semana de la astronomía,
conferencias, coloquios, etc., que se desarrollan de forma interna y externa a las instituciones. Lo
anterior invita a repensar hasta qué punto el quehacer docente, procede con nuevas metodologías
de enseñanza que permitan mejorar la compresión de los diversos conceptos que se estén
desarrollando en las clases de Física, pero, profundizando objetivamente sobre dichas prácticas, y
dirimir qué tipo de sucesos reales (externos al aula), contribuyen con mayor eficiencia en los
procesos de enseñanza -aprendizaje de la Física: este último, se desarrolla como punto central del
presente trabajo.
Teniendo en cuenta que algunos conceptos propios de la Física son conceptualizados y
contextualizados por los estudiantes de acuerdo a sus propias percepciones del mundo, en el que
involucran posiciones marcadas por dinámicas de aprendizajes en etapas de formación anteriores,
porque ciñen los aportes que posiblemente se generaron cuando el docente desarrolla sus propias
temáticas, y relaciona los conceptos con realidades experimentadas en la cotidianidad misma del
estudiante. Dichos aprendizajes, son más perceptibles a ser significativos cuando el estudiante
relaciona el concepto en estudio, con una experimentación continua y de constante discusión. Lo
anterior hace pensar en encontrar una “excusa” externa al aula, que permita de forma pertinente
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relacionar contenidos desarrollados en la clase de Física.
De lo expuesto anteriormente, este proyecto de investigación hará uso del cómo se realiza
la Investigación de Accidentes de Tránsito (IAT), como pretexto de enseñanza, para que
estudiantes de primer semestre de ingeniería, comprendan y apliquen el Principio del Trabajo y la
Energía Cinética (PTEC); teniendo en cuenta que este principio predomina en el análisis físico de
casos de este tipo, sin desconocer que existen otros conocimientos físicos que contribuyen a la
investigación de estos fenómenos de tránsito (leyes de Newton, teorema de la conservación de la
energía mecánica, rotación de sistemas etc.), pero en el caso de este proyecto de investigación, el
PTEC demarcará el aprendizaje que se pretende lograr en los estudiantes. Dicha temática se
desarrollará en una Unidad Didáctica (UD), que tendrá Actividades de Instrucción (AI), las cuales
se aplican de acuerdo con el desarrollo de las sesiones; dichas actividades estarán apoyadas en el
uso de las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC).
El deseo primordial de relacionar la IAT como metodología de la enseñanza del PTEC, es
motivado al alto cuestionamiento que se genera en las personas de cualquier contexto (estudiante,
profesor, abogado, policía, periodista etc.) cuando un evento de dicha índole se presenta, y que
involucra a propios y extraños, a opinar desde los conceptos físicos que en un Accidente de
Tránsito (AT) se podrían discernir, de acuerdo a las concepciones que tienen y transmiten aquellos
que narran o comentan estos fenómenos. De igual manera, en la forma en que definen o relacionan
de forma inadecuada el(los) concepto(s) físico(s) en la mayoría de los casos, bien sea para indicar
el sentido de circulación de los implicados, velocidades probables, rapidez, aceleración, distancia,
espacios, entre otros. Es así, como la IAT, puede involucrar hipótesis, conocimientos y deserciones
científicas entre los estudiantes, pues se enriquece el desarrollo metodológico de las clases y se
potencian los aprendizajes.
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Asimismo, los AT ocurren sobre la vía y se presentan súbita e inesperadamente,
determinado por condiciones y actos irresponsables potencialmente previsibles, atribuidos al
factor humano, factor ambiente y factor vehículo, los cuales ocasionan pérdidas prematuras de
vidas humanas y/o lesiones, así como secuelas Físicas o psicológicas, perjuicios materiales y daños
a terceros; de aquí que resulta interesante y desafiante llevar dicha problemática (que hoy día se
considera un asunto de salud pública) confinada dentro de una UD, para facilitar los procesos de
enseñanza-aprendizaje en los estudiantes, hasta el de replantear los ámbitos tradicionales de
enseñanza del PTEC. Esta UD es diseñada y planificada de acuerdo a los modelos físicos apoyados
en algoritmos, que permiten comprender cómo es el uso del PTEC, por lo que se proponen
actividades desde la reflexión científica, reflexión social y desde la reflexión metódica para la
enseñanza de la Física: éstas como respuesta a las percepciones que se recopilaron en el
instrumento de ideas generales sobre la accidentalidad y su relación con los conceptos de la Física.
Por tanto, es el interés de este proyecto, conocer las ideas previas de los estudiantes frente a sus
conocimientos en Física y su relación con los accidentes de tránsito, lo que determina en gran
medida, el objeto de estudio de la investigación aquí consignada.
Ahora bien, la construcción, aplicación y análisis de la UD tiene puntos importantes que se
resaltan dentro de la ejecución de la intervención: inicialmente la aplicación de la Física para
investigar accidentes de tránsito, permite generar actividades de interés continuo, discursivo y que
anima a los estudiantes a comprender en mayor profundidad los procesos necesarios para entender
este tipo de eventos; de la misma manera, estas actividades permiten que los estudiantes obtengan
aprendizajes sobre el principio del trabajo y la energía cinética, hasta el punto de comprenderlos,
analizarlos y aplicarlos.
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1. Problema
Existe una baja relación entre los conocimientos que se pretenden construir y potenciar en ciencias,
especialmente en la enseñanza de la Física; las actividades diseñadas por los docentes, los
discursos en el aula y las realidades sociales en las que viven los estudiantes (Jessup & Margie,
2010). Asimismo, en las prácticas experimentales en los laboratorios de Física, no se evidencian
estrategias de motivación y de aplicación en contextos reales, que permitan aprovechar los
diferentes escenarios para relacionar los conceptos de la Física e integrar el conocimiento de
fenómenos de índole social, con el fin de promover la construcción de lenguajes simbólicos y su
correspondencia con su significado científico, a la vez, el empleo de dichos conocimientos como
instrumento de aprendizaje con significado y sentido para promover competencias que les
permitan participar como ciudadanos (Salinas, 2013)
Este punto de intersección debe permitir el abordar numerosas situaciones cotidianas que
sirvan de contexto para aportar metódicamente en el desarrollo de las clases de ciencias y, en el
caso concreto de la enseñanza de la Física, a que se contribuya en la construcción significativa del
conocimiento, para que desde una posición crítica los estudiantes aporten en la necesaria toma de
decisiones fundamentadas en torno a problemas locales y globales.
En tal sentido, se rescata dentro de la enseñanza de la Física, la creciente disposición por
parte de los docentes en generar ambientes de aprendizaje a partir de diversos procedimientos,
siendo uno de ellos la resolución de problemas; hecho que se ha entendido como estrategia para
resolver algoritmos desconectados entre la triada: Ciencia, Sociedad y Tecnología (CTS), donde
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la construcción de conocimientos no se da desde situaciones en las que se involucren la realidad
fuera del aula, sino en las que se construyen conocimientos de forma libre y sin prescindir de
procesos de aprendizaje, por ello es vital familiarizar a los estudiantes no solamente en relación a
los conocimientos generados por las leyes Físicas y los problemas contextuales planteados en
libros o guías de laboratorio, sino que deben permitir el desarrollo del pensamiento lógico y la
formación de valores científicos y ciudadanos a partir de casos experimentales y experiencias
reales cotidianas (Adúriz, Izquierdo y Estany, 2002)
Ahora bien, teniendo en cuenta la complejidad en la enseñanza de la Física para atender a
la formación integral del estudiante, su desarrollo en escena dentro del aula se altera aún más
cuando se quiere integrar el fomento de competencias científicas que evidencien la construcción
de los conocimientos en Física, aquí las estrategias de los docentes no tienen en cuenta los estilos
de aprendizaje, ni se hacen con temas de interés (Coca,2014). Para estos casos se recurren a diseños
que, en el mejor de los eventos, convocan estrategias que vinculan herramientas de las tecnologías
de la información y la comunicación como: software, videos etc., pero no enfatizan en las posibles
acciones que estos conceptos pueden involucrar en aplicaciones de la vida diaria en la que se está
formando integralmente el estudiante.
Asimismo, se observa que las prácticas de laboratorio se han limitado a la descripción de
un montaje, definición de unos objetivos ya predeterminados, al registro y toma de datos; lo que
no permite al estudiante modelar un fenómeno en su complejidad, dar cuenta de algunos conceptos
de la Física involucrados y adicionalmente, no provee estrategias para el cultivo de habilidades
investigativas que promuevan el lanzamiento de hipótesis, la valoración de condiciones, la
representación de acciones y la interpretación de una problemática a partir de sus consecuencias
(Vizcaíno & Castiblanco, 2009)
6
De acuerdo a lo mencionado anteriormente, se registran las condiciones generales de la
enseñanza de la Física, el uso de las TIC en dichos procesos, y la contextualización de
conocimientos propios de la ciencia (en particular para el de la Física), que permitan abordar un
aprendizaje significativo del principio del trabajo y la energía cinética en la investigación de
accidentes de tránsito, por lo que se plantea la pregunta de investigación como:
¿Qué aprendizajes pueden generar los estudiantes cuando estudian conceptos sobre el
Principio del Trabajo y la Energía Cinética aplicados en el Análisis de Accidentes de Tránsito y
desarrollados a través de una Unidad Didáctica?
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2. Antecedentes
Según Vázquez & Jiménez (2016), la enseñanza y aprendizaje de las ciencias debe integrar y
enriquecer el conocimiento cotidiano, por lo que se hace necesario relacionar desde las diferentes
ciencias (Física, química, matemáticas etc.) los contenidos temáticos con situaciones de contexto
que el estudiante asume en su diario vivir; esto permitirá que el estudiante pueda conocer,
desarrollar, y potenciar, sus conceptos y procedimientos científicos; también permite la emisión
de hipótesis, realización de informes y contribuir de forma positiva en la actitud hacia el
aprendizaje de las ciencias.
Cuando el estudiante relaciona en el ambiente de aprendizaje el objeto de conocimiento
que se desarrolla dentro del proceso de formación, y da cuenta que éste se encuentra en relación
con ciertos contextos que considera él mismo significativos, por lo que será más viable el camino
para movilizar en el educando, el deseo de comprender los diversos contenidos que se trabajan en
las ciencias (D’Amore, 2008) , esto implica que el estar al interno de un contexto significativo, se
lleva al estudiante a desear afrontar la situación y/o problemática, desarrollando actividades de
búsqueda personal, puesto que según Moreira (2005) en el estudiante una nueva idea es
significativa en la medida en que conecte bien las ideas y sus significados previos, y el compartir
dichos significados dependen de la comunicación del alumno con su profesor, del profesor hacía
sus alumnos, y entre los mismos educandos (Castro & Ramírez, 2013).
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De igual manera, se ha de poner el interés del aprendizaje como descubrimiento, a partir
de situaciones en las que el estudiante se enfrenta dentro de los espacios de convivencia en el aula
o fuera de ella, tan como plantea Hodson (1985), citado Gil (1986). Lo anterior, es el reto inicial
que el docente de las diferentes ciencias se pueda enfrentar, ya que debe desligar en su quehacer
diario y como ponente principal al sistema de evaluación y al mismo objetivo de la enseñanza de
las ciencias, de que los alumnos aprendan las teorías vigentes y sepan aplicarlas a los fenómenos
adecuados en las situaciones apropiadas (Vasquez, Acevedo y Manassero, 2003) y (Villareal et al,
2005). Esto magnifica a la enseñanza de las ciencias en una secuencia que desafortunadamente
está ligada a la preocupación de los profesores por enseñar los conocimientos científicos y eliminar
errores, porque en sí la misma ciencia de los propios científicos no admite errores, lo que provoca
a menudo un rechazo del pensamiento especulativo de los educandos, fomentando una visión de
la ciencia caracterizada por la rigidez e intolerancia de quien no practica y mucho menos, la hace
propia (Ruz, 2015).
Para acercar la enseñanza de las ciencias en espacios más propicios para generar
aprendizajes en los estudiantes, se plantea el uso de situaciones contextualizadas que son llevadas
hasta la construcción de algoritmos e imágenes representativas del fenómeno en estudio, para ello
se plantea el uso de la modelización (Izquierdo, 2004)
Lo anterior es una herramienta metodológica que se logra aplicar acertadamente, cuando
la contextualización del conocimiento se hace a través de la presentación de situaciones
problemáticas reales que sean factibles de simbolizar mediante modelos matemáticos (Tamayo,
2013) el concepto de modelo es uno de los pilares metateóricos sobre los que se edifican las
ciencias naturales (Adúriz et al, 2011). También se entiende que un modelo cualquiera, es una
entidad no lingüística que sirve al individuo a modo de representación simbólica interna y
9
operativa, para explicar la diversidad de fenómenos que se le puede presentar en su entorno
(Galagovsky & Adúriz, 2001)
Por otra parte, el uso de la modelación en los diferentes espacios de formación se muestran
de diversas maneras, estos, según los puntos de vista desde donde se mire la didáctica de quienes
desarrollan sus propias prácticas y de quienes pretenden innovar en los espacios de adquisición de
estrategias de enseñanza, de acuerdo a los objetivos de la actividad; para el caso de este proyecto,
el contexto social va ligado a la investigación de accidentes de tránsito, que haciendo uso de
modelos físico-matemáticos, da respuesta científica a las situaciones que de esta se puedan generar.
La modelación no es una tarea fácil, toda vez que se debe pensar, como objetivo, la
enseñanza de ambas cosas simultáneamente (comprensión Física y matemática sobre un mismo
contexto), algo que sería muy complicado (Trigueros, 2009). Según el mismo autor, el diseño de
las situaciones constituye un elemento central para que el uso de la modelación tenga éxito, puesto
que esta puede variar de acuerdo a la inmersión del contexto y la población en que se aplique, en
razón a que no es lo mismo generar aprendizajes a estudiantes que asumen el conocimiento como
la obligación del mismo, que asumir el conocimiento propio de las situaciones en las que se
encuentran diferentes situaciones concretas de su diario vivir en palabras de Izquierdo (2004)
desde una perspectiva realista, el interés se enfoca en la resolución de problemas reales que tengan
sentido práctico para los alumnos.
La anterior definición de la modelización se argumenta, a partir de que los estudiantes
aprenden más significativamente de esa manera, además de que muchos alumnos muestran mayor
interés por la solución de problemas relacionados con su entorno, que con las actividades centradas
únicamente en las matemáticas y en el análisis numérico para el caso resultadista de la Física
(Trigueros, 2009). Es así, como existe la posibilidad de sumergir al educando, en el diseño de
10
contextos problematizadores, desde modelos explicativos que se basan en las imágenes
permisibles a modelos explicativos que se basen en las imágenes correctas y pertinentes (Vizcaíno
& Castiblanco, 2009).
En tal sentido, se define el proceso de diferenciación de imágenes necesarias para
comprender un fenómeno fisicomatemático, entre imágenes permisibles, concretas y pertinentes,
según Castiblanco y Vizcaíno, (2009) como;
Las imágenes permisibles serían todas aquellas que se pueden imaginar en el pensamiento
porque su misma naturaleza lo permite, es decir, nuestra manera de ver el mundo responde a
lo que vamos construyendo desde la cotidianidad sea ésta reflexiva o no, lo cual hace que,
frente a hechos desconocidos desde la experiencia de vida, el sujeto intenta entenderlos desde
los modelos explicativos que ha configurado, y por tanto lo que su pensamiento le permite
pensar (p.5)
Es así como el estudiante puede hacer una aproximación inicial del fenómeno en estudio,
que para el caso de este proyecto, es el principio del trabajo y la energía cinética aplicado en la
investigación científica de accidentes de tránsito, que dentro del desarrollo del pensamiento físico-
matemático, se presenta en cómo el conjunto de habilidades que adquiere el educando para
describir, comparar, sistematizar, concluir, aplicar, es decir, organizar todas sus sensaciones y
pensamientos en pro de la construcción de una explicación coherente de acuerdo a sus
preconceptos y primeros afines científicos (Vizcaíno & Castiblanco, 2009).
Por su parte, el paso de imágenes permisibles a correctas se da cuando el educando
relaciona los procesos experimentales con el modelo que inicialmente planteó; en palabras de
Vizcaíno & Castiblanco (2009):
11
La evidencia experimental, en donde ya no es simplemente lo que diga lo cotidianidad, sino
que entra en juego uno intensión de observar los fenómenos o sistemas físicos paro esclarecer
lo veracidad o coherencia de uno "imagen" que aparentemente lo explicaba todo; allí las
"imágenes" empiezan o hacerse más correctos en el sentido de que por lo menos no habrá
contradicciones entre el modelo explicativo y lo que se observa. (p.2)
Es aquí cuando el estudiante entra en una interacción continua entre las percepciones de su
entorno, y la operación controlada de mediciones y precisiones experimentales (Chade, 2014). Es
así que se proponen modelos que, además de la habilidad experimental, la capacidad de interactuar,
la mentalidad científica y un comportamiento adecuado en el aula, forman una identidad específica
del estudiante que le ayuda en sus expectativas de éxito (Moreira, 2002). Lo anterior pone de
manifiesto, que las “nociones imaginarias” iniciales del estudiante, están más ligadas a la
experimentación, por lo que el cambio de concepción del fenómeno en estudio tiene una afinidad
sistemática y controlada.
Para Felipe, Gallarreta, & Merino (2006) se debe alcanzar un peldaño adicional en la
construcción de las imágenes para la modelización de un fenómeno en ciencias, que permita
alcanzar el desarrollo de pensamiento pertinente para la compresión conceptual; en otras palabras,
estos aprendizajes se reconocen como imágenes pertinentes, que son definidas por Vizcaino &
Castiblanco (2009) como:
En este nivel de pensamiento es donde se hace más evidente la relación entre Física y
Matemática, pues no sería posible dar sentido físico a los algoritmos matemáticos si éstos no
describieran una determinada fenomenología, y a su vez, no sería posible analizar
12
sistemáticamente un fenómeno físico sí no se hiciera mediante modos de proceder
matemáticos, es decir, mediante la organización, sistematización, abstracción, uso de
principios lógicas y demás habilidades de pensamiento y estrategias de conocimiento que sólo
se desarrollan con el fin de "matematizar" lo observado. (p.5)
Para que el proceso anterior se genere dentro de un procedimiento metodológico de la
modelización, es de vital importancia, que los conceptos se introduzcan de manera
contextualizada, hasta que el nivel de apropiación de los conceptos físicos esté fundamentado en
la inteligibilidad y coherencia que cada quien encuentra en sus pensamientos (Adúriz et al, 2011).
Igualmente, es recomendable que el diseño de actividades de enseñanza, incorporen las etapas del
proceso de modelación, con el objetivo de pretender que el alumno desarrolle habilidades en el
rubro científico y las implicaciones que allí se generan (Laura, 1993).
Teniendo en cuenta hasta aquí, que la modelización es una metodología que permite
constantemente ajustar las formas y medios con los que se desarrollan las diferentes prácticas en
el aula, laboratorio u otro espacio de formación, lo que implica que, desde las prácticas propias del
docente, es necesario la retroalimentación constante de las experiencias, porque estas permiten
mejorar los modelos expuestos por los grupos participantes (Romero & Quesada, 2014). Esto
permite que la construcción de modelos cada vez más coherentes del fenómeno en estudio, hasta
la elaboración y/o construcción del modelo pseudoconcreto adecuado para establecer modelos
físicos/matemáticos que sean pertinentes a las problemáticas propuestas de forma contextualizada
(Adúriz et al, 2011).
Para Trigueros (2017), la enseñanza de las ciencias se imparten casi siempre en forma de
conferencia, introduciendo definiciones y teoremas de manera más o menos lineal y dejando el
trabajo de los alumnos únicamente para la solución de problemas como tarea en casa, dichas
13
definiciones y teoremas generan nuevas tendencias de modelado, que se pueden distinguir bajo
dos tipos de corrientes, una didáctica en la que los modelos se utilizan para estructurar y promover
el proceso de aprendizaje de los alumnos, y otra que se puede considerar de carácter conceptual en
la que el papel de la modelación es clave para introducir nuevos conceptos y para desarrollarlos
metódicamente en los procesos de formación de los educandos (Trigueros, 2009)
14
3. Justificación
La enseñanza de la Física debe presentarse a través de prácticas donde se evidencien además de
un dispositivo claro de motivación, los elementos de aplicación en contextos reales, que permitan
aprovechar diferentes problemáticas como escenarios de enseñanza para la construcción de
conceptos de la Física, los cuales deben incluir actividades de motivación hacia el aprendizaje de
nuevos conceptos, contextualización de los discursos del maestro y realidades sociales donde se
integre al estudiante dentro de su proceso de aprendizaje.
Por lo sustentado hasta aquí, se propone plantear una metodología activa en la enseñanza
de la Física, basada en la investigación de accidentes de tránsito para comprender conceptos
entorno al principio del trabajo y la energía cinética, lo que permitirá no solamente el desarrollo
de habilidades propias del cálculo de algoritmos, sino la contextualización de problemas reales
que llevan a la comprensión de fenómenos complejos, haciendo que se tome a la Física como una
herramienta de análisis para potenciar capacidades y sea motor de actitudes que les permita
comprender la sociedad y algunas de sus problemáticas.
El estudio de eventos de tránsito promueve y se apoya en la investigación científica a partir
de principios, leyes, teoremas de la Física, por lo que el desarrollo de la modelación como proceso
intrínseco de la resolución de problemas (velocidad inicial de los implicados en el evento de
tránsito), el mejoramiento de habilidades comunicativas (generación de informes escritos de
calidad argumentativa, justificativa, explicativa y descriptiva) y el fomento de competencias
ciudadanas (ser racional frente a esta problemática de salud pública); ya que las posibles soluciones
15
no se encuentran en los libros que hacen parte del cotidiano en las clases teóricas, por lo que exigen
trabajo interdisciplinario, visiones compartidas, y por supuesto aplicación de las leyes que rigen la
Física clásica (Castro & Ramírez, 2013).
Este tipo de metodologías permite mejorar la autonomía y cultivar estrategias de
investigación propias de las ciencias (planteamiento de problemas, formulación de hipótesis
fundamentadas; búsqueda de información; elaboración de estrategias de resolución y de diseños
experimentales en condiciones controladas y reproducibles, análisis de resultados, etc.)
relacionando los conocimientos aprendidos con otros ya conocidos y considerando su contribución
a la construcción de cuerpos coherentes de conocimientos y a su progresiva interconexión en una
de las problemáticas más graves de la sociedad, a tal punto que se han convertido en problemas de
salud pública según la OMS (2013)
En tal sentido, el desarrollo de esta metodología para la enseñanza de la Física a partir de
aplicaciones de conceptos del principio del trabajo y la energía en la reconstrucción de accidentes
de tránsito permitirá a los estudiantes familiarizarse con la terminología científica que se maneja
en los eventos de tránsito, para denotar un suceso o serie de sucesos que cabe someter a un análisis
racional y a la aplicación de medidas correctivas. El término accidente puede dar la impresión de
sucesos inevitables e impredecibles, es decir, imposibles de controlar, esto para poder emplearla
de manera habitual al expresarse en el ámbito escolar, así como para poder explicar expresiones
científicas del lenguaje cotidiano y relacionar la experiencia diaria que viven miles de personas y
que desafortunadamente están involucradas en accidentes de tránsito en Colombia, según el
Instituto de Medicina Legal y Ciencias Forenses (2012)
Adicionalmente, la reconstrucción de accidentes de tránsito como metodología permitirá
utilizar las TIC, para realizar animaciones, recolectar datos, extraer y utilizar información de
16
diferentes fuentes, evaluar su contenido y adoptar decisiones de manera que permita al estudiante
familiarizarse con el diseño y realización de experimentos, utilizando la tecnología adecuada para
un funcionamiento correcto, con una atención particular a las normas de seguridad, a los marcos
de referencia, la predicción de hipótesis, el cotejo de variables, y otras habilidades científicas que
son vitales para la formación integral del estudiante (Doménech, Limiñana y Menargues, 2013)
Esta metodología ofrece un carácter motivante y creativo que va de la mano con el trabajo
científico como actividad en permanente proceso de construcción; desarrollado al margen de la
promoción de las competencias ciudadanas y sirve al tiempo como herramienta para el desarrollo
de pensamiento que permite analizar y comparar hipótesis y teorías contrapuestas.
Así mismo, esta metodología y el diseño didáctico permiten acercar la realidad que vive
el país en materia de accidentes de tránsito ya que es muy alta. Según (García & Rivera, 2009)
En Colombia son muy frecuentes los eventos de tránsito, los cuales provocan altas pérdidas
materiales y fundamentalmente vidas humanas, ya sea por la topografía de las vías, por fallas
mecánicas o por los errores humanos, por ello es de vital importancia la reconstrucción
analítica de cada evento, la cual es la herramienta que se constituye en la prueba necesaria para
que los jueces determinen las responsabilidades respectivas. (p.2)
Lo anterior hace necesario generar discursos relacionados a dicha problemática, que
contribuyan sistemáticamente a disminuir el impacto social que allí se genera; para el caso de la
formación desde el aula, se deben fijar estrategias para el cultivo de actitudes ciudadanas que
sensibilicen la problemática desde el desarrollo transversal del currículo y para el caso desde la
enseñanza de la Física.
En resumen, el desarrollar la estrategia didáctica de esta manera para la enseñanza del
17
principio del trabajo y la energía, permitirá que las aplicaciones de conceptos físicos en la
reconstrucción de accidentes de tránsito, generen el aprender ciencia, es decir, a construir los
conocimientos científicos básicos y saber utilizarlos para interpretar los fenómenos naturales y
sociales que de este campo se derivan, lo que haría un verdadero aprendizaje de la Física, en
específico, del principio que se desarrolla en este proyecto de grado; es decir, el estudiante debe
estar en condiciones de utilizar los procedimientos científicos para la resolución de problemas,
atendiendo a la solución más allá de la aplicación de ecuaciones, más bien a la resolución de
problemas entendida como la búsqueda de información, descripción, análisis y tratamiento de
datos, formulación de hipótesis, diseño de estrategias de contraste, experimentación, elaboración
de conclusiones y comunicación de las mismas a los demás y contextualización de resultados que
generan una tensión en el pensamiento productivo relacionándolos con contextos reales y que cuya
solución exija la construcción de conocimientos y la reflexión del contexto problema
(Izquierdo,2004).
En tal sentido, esta metodología está dirigida según los planes de estudios a estudiantes de
primer semestre de ingeniería de la Universidad ECCI que cursan la asignatura Física Mecánica,
teniendo en cuenta que en estos grados, los estudiantes ya hacen uso de los conceptos de cinemática
y leyes de movimiento, y donde la reconstrucción de accidentes de tránsito generada a partir de
datos reales proporciona ruta de análisis y de enseñanza en las que el docente diseña el ambiente
de aprendizaje y combina elementos desde la realidad nacional, basándose en los accidentes de
tránsito describiendo en forma técnica los conceptos físicos allí implícitos y dejar una estructura
inmersa en relación a las actitudes ciudadanas que visibilicen la importancia del tema y forman en
el estudiante una persona crítica y reflexiva de su propio entorno.
18
4. Objetivo
4.1 Objetivo general
Estudiar el impacto de los aprendizajes en estudiantes de ingeniería de primer semestre del curso
de Física Mecánica, frente al principio del trabajo y la energía cinética, aplicado en el estudio de
investigación científica de los accidentes de tránsito.
4.2 Objetivos específicos
Elaborar una revisión sistemática en relación a la enseñanza de la física apoyada en las
TIC.
Construir y aplicar instrumentos que permitan identificar conocimientos, intereses y
necesidades de formación de los estudiantes, frente al principio del trabajo y la energía
cinética.
Diseñar y aplicar una unidad didáctica (apoyada en las TIC), que permita fortalecer y
potenciar aprendizajes relacionados con el principio del trabajo y la energía cinética.
Analizar los resultados de la aplicación de la unidad didáctica, a partir las matrices de
análisis.
19
5. Referente Teórico
En este capítulo se exponen los referentes teóricos que soportan el desarrollo conceptual del
presente trabajo, para ello, se realizó un compilación dividida en cinco marcos referenciales; la
enseñanza y aprendizaje de las ciencias, enseñanza y aprendizaje de la Física, uso de modelos y
representaciones en la enseñanza de la Física, enseñanza de la Física apoyada en las TIC y
aplicación del principio del trabajo y la energía cinética en investigación de accidentes de tránsito,
éste último visto como pretexto de aprendizaje.
5.1 Enseñanza de las ciencias
Para Romero & Quesada, (2014) existen grandes desafíos para la enseñanza de las ciencias; estos
desafíos están ligados a la percepción que el docente analiza de forma intuitiva dentro de los
diferentes procesos de formación que lleva en el aula, inicialmente porque pretende despertar el
interés y la motivación en el aprendizaje de nuevos contenidos o quizá, la aplicación de temáticas
que ya fueron desarrolladas en algún momento de la formación en diferentes ciencias. Una vez
que se logra despertar el interés de los estudiantes por el aprendizaje de la ciencia (Física, química,
matemáticas etc.), se debe plantear un desarrollo coherente con los objetivos de la clase misma,
del docente y del estudiante (éste último como eje central en el proceso de aprendizaje), ya que
sobre él recae todo el protocolo educativo que permitirá permear los discursos en el aula y en su
desarrollo social fuera de la misma.
20
Asimismo, existe un consenso en la Didáctica de las Ciencias Experimentales (DCE) por
el cual, hacer ciencia, incluye la apropiación de recursos discursivos y construir con palabras el
significado de la experiencia que desarrolla el estudiante desde sus prácticas cotidianas (De Pro
Bueno, 1999). Se ponen así en juego estos recursos, con el fin de transformar dichas prácticas
cotidianas, en situaciones de análisis de los diversos fenómenos que se pueden extraer hasta el
punto de contextualizarlos de forma problematizadora, ya que permite ayudar a los estudiantes a
explorar la relevancia personal de la ciencia e integrar el conocimiento científico con soluciones
prácticas complejas (Moreira, M, 2014). Por lo tanto, enseñar ciencias de esa manera requiere
poner un foco en problemas auténticos que frecuentemente no pueden ser definidos en términos
netamente científicos (Campanario & Moya, 1999).
De esta manera, lo que se pretende es relacionar de forma directa la ciencia con las
situaciones que son experimentadas (desde el educando), de manera inseparable a los contenidos
científicos que allí están inmersos. Aquí se pone de manifiesto, el desarrollar en los estudiantes la
comprensión de la base social e institucional de la credibilidad científica, y de lo que realmente
resulta ser ciencia; en otras palabras, se logrará llamar la atención de muchas clases de públicos en
general, puesto que sentirán la ciencia como una rama especifica que puede lidiar con las preguntas
que constantemente están surgiendo del por qué, para qué y cómo (Medallo et al,2014)
Por lo anterior, la enseñanza de las ciencias debe habilitar a los estudiantes a hacer juicios
sobre la confiabilidad y validez de enunciados científicos, incluso cuando no tienen la capacidad
requerida y el rigor con el que se desarrollan concepciones teóricas, lo que acercará de forma
factible al estudiante a proporcionar sus concepciones y percepciones para ser conocidas y
comenzar desde ese punto inicial, una relación que a hoy día se hace necesaria para la motivación
en el aprendizaje de las ciencias (Caamaño, 2011).
21
Actualmente, en relación a la enseñanza de las ciencias, según Moreira (2005),se debe
estimular el desarrollo de intereses personales, la curiosidad habitual y hobbies, que deben estar
relacionados con la ciencia, porque de esta forma aumentará la motivación y la confianza de los
alumnos dentro de los procesos en los que participa, al igual que en futuras experiencias de
aprendizaje. Para esto la enseñanza no debe ser monológica, sino dialógica según Freire (como se
citó en Alonso, Díaz, y Mas, 2005). Es así, que se pretende que el docente hable menos (narrar
menos) y crear más espacios para que los alumnos conversen y externalicen los significados que
están captando; para este tipo de interacciones entre los educandos, se debe tener en cuenta que la
relación de los contenidos de las primeras situaciones presentadas o propuestas a los alumnos debe
corresponder a su mundo, su entorno, su edad y su cultura (Greca & Moreira, 1998)
A propósito de la forma en que los estudiantes contextualizan las situaciones
problematizadoras, es importante tener en cuenta el conocimiento previo, que se debe asumir en
los procesos de enseñanza – aprendizaje como la variable más importante y que resulta ser,
largamente, la más implícita (Adúriz & Morales, 2002). Esto permitirá al docente identificar y
hasta caracterizar las situaciones para que los alumnos hablen y propongan de forma crítica y
reflexiva, el papel de las ciencias en la comprensión de fenómenos. Sino es de esta manera que el
docente no tendrá idea de cuáles y cómo están siendo captados los significados que se pretenden
construir de forma preconceptual y conceptual. Para esto, son las situaciones que dan sentido a los
conocimientos (Moreira, 2002)
Por otra parte, inevitablemente existirá algunas situaciones que no permeen a todos los
intereses de los estudiantes, por lo que dichas situaciones que, en algún momento son fuera del
contexto del alumno, deben ser trabajadas progresivamente en crecientes niveles de
transversalidad y para las situaciones que tienen un público mayoritario, de esta forma que se debe
22
aumentar en complejidad de acuerdo con los requerimientos propios del desarrollo de la clase
(Adúriz et al., 2011).
Finalmente, Salinas (2013), hace un planteamiento de que enseñar no es depositar
conocimientos en la cabeza del alumno, pues de una forma u otra, el proceso de enseñanza –
aprendizaje pierde sentido como objeto social, ya que las finalidades de los ajustes curriculares
actuales exigen formar un ser que sabe hacer y sabe ser. De igual forma, la adquisición de
conocimientos es importante pero con criticidad, con cuestionamiento, que abarca las percepciones
personales que tiene el estudiante, es así que no tendría sentido enseñar sin tener en cuenta el
conocimiento previo de los alumnos en alguna medida (Klimenko & Alvares, 2009) ya que es más
fácil para el alumno captar partes de un todo si ya tiene idea del todo (Ausubel, 2000) y, donde la
evaluación debe buscar evidencias de aprendizaje, al igual que debe incluir aspectos formativos y
recursivos (Moreira, 2012), porque desde la enseñanza de la ciencia se debe juzgar con criterios
de medida científica en el campo de la educación y no en sistema numéricos de medición de las
nociones que cada persona tiene del entorno que quiere explicar a través de los aprendizajes que
desarrolla en clase.
5.2 Enseñanza y aprendizaje de la Física
En los procesos de enseñanza y aprendizaje de la Física, se deben utilizar distintos materiales
instruccionales y diferentes estrategias didácticas, estimulando la participación del alumno como
eje central en el proceso de formación (Castro, Peley y Morillo, 2006). Para esto, los contenidos
físicos no deben ser enseñados como verdades inmutables, sino como construcciones y creaciones
del hombre que buscan de forma continua la explicación del funcionamiento del entorno y de las
23
situaciones que permitan relacionar la Física en los contextos sociales, y más específicamente en
ejes problematizadores.
La Enseñanza de la Física en diferentes niveles, se encuentran limitada al estudio de los
conceptos clásicos de esta ciencia, sin abordar los avances y descubrimientos acaecidos en el
último siglo (Ramírez, 2013). Por lo anterior, es importante consolidar atenuantes contemporáneas
que, desde la Física aplicada, se desarrollen contenidos necesariamente de contexto actual, pero,
dentro del proceso discursivo del docente de Física, los contenidos son presentados de forma
tradicional y es así, como son vistos de forma aburrida para el alumno, porque son difíciles y
excesivamente teóricos (Solbes, 2007). Además de la falta y/o falencia en la preparación de los
profesores para el desarrollo de sus clases, de sus malas condiciones de trabajo, y de la progresiva
pérdida de identidad de la Física en el currículum; es así como la enseñanza de la Física en la
educación contemporánea estimula el aprendizaje mecánico de contenidos desactualizados
(Moreira, 2014). De esta manera los alumnos simplemente memorizan fórmulas, definiciones y
respuestas correctas para reproducirlas mecánicamente en los exámenes que se realizan de acuerdo
con las necesidades curriculares; ese tipo de aprendizaje, conocido como aprendizaje mecánico, es
muy común en la escuela y un resultado cotidiano de la enseñanza de la Física, en otras palabras,
la metodología que se utiliza con mayor frecuencia es la tradicional (Gil,1986).
Desde el planteamiento de los problemas de Física que trabajan habitualmente los
estudiantes (y que se proponen en los libros de texto tradicionales) se pueden caracterizar por ser
poco conceptuales, muy rutinarios y descoordinados, y no corresponden a lo que se entiende como
problema (Gras, et al, 2014), por lo que genera en los estudiantes un desinterés continuo por el
aprendizaje de los contenidos en Física. Ahora bien, para dar una respuesta coherente a la
disposición para aprender Física, por parte de los educandos, se debe plantear situaciones de índole
24
real, llamativo y motivante, para dejar de seleccionar talentos en Física y empezar a desarrollar
talentos, mezclando el aprendizaje activo centrado en el alumno con la práctica deliberada según
Wieman (como se citó en Moreira, 2013). Esto converge a una situación similar a las otras ciencias
(química, bilogía, matemáticas etc.), donde se valora más a los estudiantes que proceden
mecánicamente a los resultados, que a los mismos estudiantes que cuestionan continuamente el
entorno en el que se encuentran. Es así, como se debe tener en cuenta a la enseñanza de la Física,
no como una cuestión de llenar de conocimientos los cerebros de los estudiantes, sino de
desarrollar sus cerebros en física (Moreira, 2014).
Para desarrollar aprendizajes en Física, (Jessup & Margie, 2010) plantean que el
aprendizaje de los conceptos de la misma, se facilitarán en la medida en que los alumnos perciban
cómo se trabaja en ciencias, porque aquí se contextualiza al estudiante, en la práctica real de la
ciencia (ciencia pura); en su naturalidad, sus procesos, sus análisis, sus barreras, sus percepciones
y sobre todo, su aplicabilidad para dar respuesta oportunamente a las situaciones desconocidas que
hacen que se construya desde la ciencia (en particular de la Física) principios y teoremas que
permitan estimar de forma detallada el control de diferentes variables. Dichas variables de entorno
son para Hamed & Rivero (2016), una base fundamental en la enseñanza de la Física, ya que se
debe integrar diferentes tipos de conocimientos (científicos, sociales, personales,
metadisciplinares, etc.) que van ligados a la formulación de los contenidos, y de esta forma lograr
que desde los temarios en Física, el aprendizaje sea más abierto, pues el estudiante asume como
propio, los temas desarrollados en clase.
Desde la perspectiva del discurso de los maestros, se replantea como modificable las
prácticas del discurso, para que este no sea reiterativo y así, se logre disminuir la dificultad en
relacionar al contenido teórico a fenómenos de la vida diaria. Por tanto, el maestro debe lograr
25
caracterizar dichas situaciones que permitan desde la construcción de ideas, disminuir la dificultad
para enfrentar esa predisposición del alumno e intentar romper los prejuicios, que tiene hacia la
ciencia misma (Gimeno, 1983)
Hasta aquí, se pone de manifiesto que, para un cambio de actitud frente al aprendizaje de
la Física, se hace necesaria una estrategia que permita centrar en el objetivo mismo de la clase;
dicha estrategia (pertinente) consiste en que los estudiantes trabajen en las clases de una manera
parecida a como lo hacen los científicos (Adúriz et al., 2011). En palabras de Solaz & López (2008)
“es enfrentar a los alumnos a los problemas que se resuelven de forma metódica, numérica y
analítica; es generar una concepción con la introducción de nuevos paradigmas de aprendizaje”
(p.33), permitir una construcción cualitativa del fenómenos en estudio, y evidenciar su evolución
a medida que se usa para resolver los problemas planteados, mostrar el campo de validez de dicha
concepción con otro tipo de situaciones, hasta proponer expresiones matemáticas (algoritmos) que
permitan edificar la teoría en torno a las construcciones propias del estudiante.
Finalmente, la enseñanza de la Física cuenta con la oportunidad de participar en proyectos
dirigidos por docentes que distinguen de forma adecuada las disciplinas que manejan, el campo de
conocimiento de su aplicabilidad y de ser posible, que apropien sus espacios del quehacer docente
a los desarrollos de aprendizajes significativos de los estudiantes, para que de este modo, se
permita al estudiante conocer de primera mano en qué consiste la actividad científica y despertar
su vocación y talento desde una edad temprana.
5.3 Uso de modelos y representaciones en la enseñanza de la Física.
En los últimos años se está difundiendo un nuevo tipo de enseñanza de las ciencias centrado
26
en el aprender a hablar y a escribir ciencia, es decir, centrado en la apropiación del lenguaje
científico en un proceso gradual y contextualizado (Sanmartí & Izquierdo, 2001). Este proceso
garantiza que el estudiante asuma la ciencia como personal, motivante e interesante, porque se
acaparan situaciones de contexto real, que son traídas de la forma más sistemática al aula, lo que
permite contextualizar desde diferentes percepciones un mismo fenómeno (Izquierdo,2004).
Para estructurar una misma apropiación de contexto, se debe enfatizar en los procesos de
comunicación entre profesorado y alumnado de ciencias naturales (que para el caso de la Física)
encuentra una serie de dificultades, una de las cuales está asociada a la brecha que se produce entre
el lenguaje cotidiano (en sus aspectos sintácticos y semánticos) y el lenguaje científico erudito
(Galagovsky & Adúriz, 2001). Aquí es donde la disposición metodológica y de innovación se hace
necesaria en el docente de Física, porque debe permear situaciones de desinterés colectivo y
volverlo de carácter llamativo, íntegro y diferente hacia los estudiantes, para que desde la ciencia
se actúe modelizando la realidad a través de procesos algorítmicos, pero también desde procesos
que exigen sumergir al estudiante en temas de contexto aplicadas, para que den respuesta a nutrir
significativamente los procesos de enseñanza-aprendizaje en las clases de ciencias (Adúriz et al,
2002).
Desde la enseñanza de la Física, la problemática del contexto en el lenguaje es un
importante tema de investigación, ya que ella hace evidente la fractura entre lo que llamamos
ciencia erudita y ciencia escolar (Gakvosky & Aduriz 2001). Por lo tanto, se hace necesario
plantear con rigurosidad metodológica los problemas de contexto que se pretenden desarrollar a
través de los modelos, porque de esta forma se garantiza que la ciencia escolar – enseñada y
aprendida en la educación obligatoria – y la ciencia erudita – también llamada de los científicos –
pueden acercarse, una vez que el estudiante asume su papel como generador y potencial critico de
27
su propio aprendizaje científico.
Es así, como se presenta una innovación educativa que consiste en introducir a los
estudiantes en la aplicabilidad de procesos, análisis y conclusiones que tiene la investigación
científica. Dicha investigación está enmarcada en la utilización de modelos propios de la ciencia
erudita y de modelos que se abstraen para ser entendidos para el público en general (Justi, 2006).
Ahora bien, si se abstraen problemas de contexto real, filtrados en imaginarios, llamadas imágenes
permisibles, correctas hasta llegar a las pertinentes según Vizcaíno & Castiblanco (2009), aula se
presta el como un espacio de investigación didáctica, porque aquí hasta aquí, los antecedentes han
evidenciado que el uso de modelos sociales y las actividades de colaboración y aprendizaje,
fomentan la motivación de los estudiantes, sus logros y el interés por las carreras científicas
(Vázquez & Jiménez, 2016).
Por otra parte, la modelización exige que el conocimiento previo sea siempre considerado
como importante en la construcción de los diversos imaginarios presentes en el aula, ya que es una
variable aislada que más influencia tiene sobre el aprendizaje de nuevos conocimientos según
Ausubel (como se citó en Galagovsky, 2004). Lo anterior, permite que haya un anclaje cognitivo
que ayuda a dar significados a esos conocimientos en un proceso que va a estar en constante
interacción, o puede ser visto como obstáculo epistemológico que dificulta la atribución de
significados de los estudiantes (Villamil, 2008). De aquí que, para la enseñanza de la Física,
requiere entonces, reconstruir los contenidos científicos por medio de una imagen didáctica
adecuada que lleve los procesos que permeen las diferentes necesidades en el desarrollo de
contenidos que exige.
Estas imágenes de trabajo científico-didáctico en el aula, planteado por el docente y
desarrollado por el educando, se debe desarrollar de forma orientada por un conjunto de variables
28
implicadas en dicho proceso: conceptos científicos, procedimientos científicos, emisión de
hipótesis, realización de informes y actitud hacia las ciencias (Porlán, 1998). Una vez establecidas
las variables implícitas en los procesos de enseñanza aprendizaje, se debe objetivar adecuadamente
el fin mismo de la enseñanza de la Física, que para el caso de este proyecto, es el del Principio de
Trabajo y la Energía Cinética; esto permite la separación entre sistema teórico y modelo científico,
apoyada en los conceptos de simplificación y aproximación, operaciones que reducen el número
de variables relevantes y acotan la complejidad de sus relaciones conceptuales para hacerlas más
cercanas a los estudiantes que rudimentariamente hacen con el uso de laboratorio para aproximar
de forma más adecuada sus conceptos (Adúriz & Morales, 2002).
Una vez se construya dichas concepciones a través de modelos, se pueden enfatizar en que
existen modelos que se ajustan al desarrollo metodológico de aprendizaje, estos son: los modelos
deterministas y los modelos estocásticos. Estos modelos son definidos por Laura (1993) de la
siguiente manera:
Los modelos deterministas pueden predecir el movimiento de un cuerpo en un tiempo diferente
a la inicial […] hay una ley que determina unívocamente el estado futuro del sistema a partir
de su estado inicial […] Los modelos estocásticos predicen los estados de evolución de un
cuerpo a partir de las teorías de las probabilidades […] estos no permiten determinar una
trayectoria del sistema, sino solamente la evolución de las probabilidades de ocupar los
distintos estados. (p.3)
La coherencia sistemática entre los dos tipos de modelos es aceptada de acuerdo a la
operación entre la realidad empírica y el sistema teórico, que se establece a partir de aceptar que
las propiedades de completitud, complejidad, organización y estructura están caracterizando el
29
modelo de forma adecuada el sistema físico en estudio. Para el caso de la Física, el llamado sistema
físico es una representación de primer orden que da estructura al mundo de los fenómenos,
transformando los datos crudos en evidencias dentro de un padrón (Adúris, 2010); los modelos
científicos se constituyen en una representación teórica de la realidad que es de segundo orden
(Matthews, 1994).
Ahora bien, desde la didáctica de la Física, se interpretan los modelos didácticos como
representaciones de orden superior (modelos de modelos), obtenidas por transposición a partir de
los modelos científicos (Adúriz & Morales, 2002). De otra manera, es llevar los modelos
científicos que explican una realidad ya medible, calculada y comprobada, a ser una consideración
traspuesta al aula, es decir, llevarla de forma específica a quienes van a conocer a la ciencia erudita
desde en los espacios propios de formación, en un libro, video etc.: dichos modelos didácticos son
representaciones (esto es, abstracciones no lingüísticas) del mundo, con su propia lógica interna,
sus relaciones desemejanza con los fenómenos, y sus propios medios expresivos, definidos como
los lenguajes simbólicos especializados (Galagovsky et al, 2003). Estos modelos didácticos son
entendidos como modelos concretos, que según Adúriz & Morales (2002), son sin duda alguna el
recurso instruccional más utilizado en la enseñanza de la Física.
5.4 Enseñanza de la Física apoyada en las TIC.
Para desarrollar el presente proyecto de investigación, se hará uso de las TIC´s, como
metodología en la aplicación de la unidad didáctica que se plantea para el grupo de estudio, ya que
desde la enseñanza de las ciencias y en específico de la Física, es necesario identificar habilidades
y estrategias para implementar un currículo de ciencias que contemple laboratorios virtuales y
30
reales (Cuesta & Benavete, 20144). En el caso particular de este proyecto, se hará el uso de la
reconstrucción de accidentes de tránsito a través de Virtual Crash 3.0, que anima gráficamente en
2D y 3D los momentos más cercanos en el desarrollo de un evento de esta índole.
Las metodologías que el docente desarrolle para aplicar diversos recursos académicos,
están ligados al contexto en que se pretenden desarrollar los ambientes en línea, ya que estos
pueden proveer a los estudiantes de orientación personalizada para optimizar resultados, entre
consultas detalladas, enfoques propios de intuición en el proceso de aprendizaje y de manera
detallada, el enmarcase en la construcción orientada del conocimiento con toda la información que
a hoy día está disponible en línea (Gibelli, 2014).
Para crear ambientes “en línea”, se debe esbozar una situación de contexto (Investigación
de Accidentes de Tránsito), plantear una situación de modelización Física (modelización de
fenómenos en siniestros viales), hasta llegar a la presunción de un algoritmo construido
detalladamente por las variables de entorno (velocidad, energía, fuerzas conservativas y disipativas
etc.); aquí se prepondera el que utilicen datos almacenados por los estudiantes, y con estos, guiarlos
en experimentos virtuales apropiados para su etapa de comprensión, según Mercado, Mayoral y
Claudia (2012) , esto garantiza que el aprendizaje va a ser potenciado por espacios de formación
diferentes al aula, ya que las tecnologías de la información y la comunicación, hoy son
consideradas como necesarias en los procesos de aprendizaje y deben ser incorporadas a la
enseñanza.
Cuando un estudiante, en el aprendizaje de la Física, describe un fenómeno físico a través
de un ejemplo real, pretende evidenciar su modelo por medio de expresiones lingüísticas, hasta el
punto de manipular objetos cercanos a él (esferos, cuadernos, borrador etc.), lo que da muestra de
querer abstraer el proceso mental para modelar la compresión del fenómeno; si este proceso lo
31
realiza a partir del uso de herramientas de modelización basadas en las TIC, con vídeos,
simulaciones, animaciones, aplicaciones, hojas de cálculo, plataformas etc.; esto puede potenciar
de mejor manera el aprendizaje y puede llegar a desarrollar procesos que le favorezcan mejor la
comprensión de los distintos fenómenos, como también, puede alcanzar una mejor interpretación
del lenguaje de la ciencia: el lenguaje icónico, algebraico, tabular, formal, etc (Gras et al, 2014).
Es por lo anterior, que en el presente trabajo se hace uso de las TIC, para comprender desde
otros medios, el principio del trabajo y la energía cinética en la reconstrucción de accidentes de
tránsito, partiendo del uso de videos que permiten sensibilizar al estudiante como actor de la
movilidad, de igual forma se hace uso y aplicación de una plataforma on-line que es muy útil y
motivadora para usarla en aula (www.edmodo.com). Esta plataforma permite crear un espacio
virtual de comunicación con el estudiante; en el que se puede compartir mensajes, archivos y
enlaces, un calendario de trabajo, así como proponer tareas y actividades y gestionarlas. Entre las
ventajas de este servicio se encuentra el ahorro de tiempo y el alcance de una mejor comunicación
y referenciación de las actividades para el alcance de las habilidades propuestas por el docente.
Así mismo, el trabajo realizado utiliza las animaciones realizadas desde el programa Virtual
Crash 3.0; en éste, el estudiante establece relaciones directas entre las variables (tiempo, distancia,
velocidad, energía, deformación) en tiempo real, que permitían una mejor compresión de los
fenómenos y el afianzamiento de habilidades y conceptos.
En consecuencia, con lo anterior, el presente proyecto utiliza y aprovecha la red para
vincular actividades, plataformas para optimización de espacios y tiempos y software para
promover la capacidad de comprender fenómenos. Todo lo anterior con el fin de proponer nuevas
formas de enseñanza de la Física, que ayuden al estudiante a interactuar, a comunicarse y a
formarse integralmente como persona en un mundo globalizado (Romero & Quesada, 2014).
32
5.5 Aplicación del principio del trabajo y la energía en la investigación de accidentes de
tránsito
Según Doménech et al (2013), la energía es probablemente una de las ideas más importantes de
los currículos de ciencias y, particularmente de la Física. De hecho, es uno de los conceptos que
más trascendencia tiene al momento de contextualizar cualquier temática en las ciencias en general
porque de esta se deriva la frase que hace parte del cotidiano, “La energía no se crea ni se destruye,
solo se transforma”; siendo esta frase usada por niños, jóvenes, adultos y adultos mayores.
En tal sentido, la energía en su principio de conservación y desde la enseñanza es atendida
como una relación directa entre calor y trabajo, pero no es diferenciada de ella (Alomá et al., 2007).
Los estudiantes confunden las clases de energía con las fuentes, o piensan que la energía se
consume. Aunque la enseñanza que han recibido se basa fundamentalmente en la conservación de
la energía, no suelen utilizar este aspecto para interpretar fenómenos mecánicos o termodinámicos
de acuerdo con Duit (como se citó en Solbes, 2007). Esto genera, que los estudiantes tengan ideas
confusas referentes a los conceptos de principio y teorema, lo que no facilita identificar la
conservación de la energía como un principio general de toda la Física (González, 1988).
Ahora bien, para el diseño introductorio de actividades que se desarrollen en el marco del
concepto de energía, se debe tener cuidado en el sentido físico (contextos, orden de magnitudes
etc.) y no olvidar la necesaria coherencia entre la situación de contexto, el modelo y los datos
aportados que requieren, la comparación de una posible interpretación de la situación desde una
perspectiva energética con otras alternativas, por ejemplo, de tipo cinemático y/o dinámico
(Doménech et al , 2013).
Para el caso de la aplicación del principio del trabajo y la energía cinética en la
33
investigación de accidentes de tránsito, se realiza la consideración de tareas abiertas desde las que
se desarrollen las estrategias de investigación y/o experimentación propias del trabajo científico,
que permitirán acercar a los alumnos/as al verdadero sentido y utilidad de la idea de energía para
la interpretación de la realidad Física que en estos eventos se presentan, particularmente en las
huellas de frenado y la deformación de carrocerías entre otros tipos de manifestación. Esta realidad
Física que va involucrada desde la energía cinética, disipación de calor en las huellas de frenado
(trabajo) y deformación de carrocerías, está enmarcada en la construcción de algoritmos que
expliquen los procesos pre-impactos, impacto y pos impactos (mecánica de colisión), para todo
móvil o partícula, que entra en interacción como un sistema aislado. De esta manera lo expone
Sarría & Palazón (2008), donde plantea que puede resultar didácticamente conveniente recurrir a
consideraciones cualitativas iniciales que faciliten la aproximación al concepto de energía y a sus
atributos principales: transformación, transferencia, conservación y degradación, así como su
aplicación.
De lo anterior, Infante (2005) realizó un estudio asociado a los procesos de frenado de los
vehículos, como una de los acciones físicas relacionadas en la comprensión de la física de
siniestros viales; de acuerdo a ello, en el presente proyecto, se hará uso de la huella de frenado
como una evidencia de consumo de energía, y elemento de material probatorio EMP, que permitirá
a los estudiantes, estimar las velocidades de los implicados y las secuencias de la mecánica de
colisión.
Para que lo anterior sea posible, la enseñanza de la energía, debe recurrir a estrategias
metodológicas que permitan aproximarse de forma significativa y funcional a este campo de
conocimientos de la Física (Mendoza & Abelenda, 2010), que para el caso de la Física
Reconstructiva de Accidentes, es un campo que aplica para las propias necesidades locales,
34
nacionales e internacionales, de allí que se realizan de forma constante capacitaciones en procesos
de investigación de accidentes terrestres, colisiones de forma controlada para estudiar las
deformaciones (energía consumida) en las carrocerías, y para determinar estratégicamente las
señalizaciones que involucran el disfrute del espacio público (OMS,2013).
35
6. Diseño Metodológico de la Investigación
Esta parte del documento presenta los referentes de investigación y las disposiciones
metodológicas aplicadas dentro del proyecto de investigación, para la recolección de información,
como del análisis de los datos. Inicialmente se presenta la metodología que soporta el proyecto de
grado (investigación cualitativa, investigación basada en diseño y el estudio de caso); en segunda
medida se expondrá el contexto en que se recolectó la información, la metodología del trabajo en
el aula, las técnicas de recolección de información, y finalmente, el proceso de análisis de la
información obtenida durante todo el proceso de intervención. Para cada apartado, se realiza una
definición, caracterización y contexto desde autores pertinentes al proceso de investigación
planteado.
6.1 Investigación cualitativa
Este proyecto se soporta en una investigación de tipo cualitativo, ya que permite localizar las
prácticas de investigación en un campo natural donde se presentan las interacciones de quienes
son parte de la investigación y del investigador. Sobre este apartado, Denzin y Lincoln (como se
citó en Rodríguez & Valldeoriola, 2010), definen la investigación cualitativa como:
Una actividad que localiza al observador en el mundo. Consiste en un conjunto de prácticas
interpretativas que hacen al mundo visible. Estas prácticas transforman el mundo, lo
convierten en una serie de representaciones, que incluyen las notas de campo, las entrevistas,
36
conversaciones, fotografías, registros y memorias. En este nivel, la investigación cualitativa
implica una aproximación interpretativa y naturalista del mundo. Esto significa que los
investigadores cualitativos estudian las cosas en su contexto natural, intentando dar sentido o
interpretar los fenómenos en función de los significados que las personas le dan. (p.3).
Por lo tanto, este tipo de investigación permite consolidar la producción de significados
sociales, culturales y personales, que pueden ser descritos, interpretados y analizados por el
investigador, a partir de los instrumentos que validan la consolidación de la información. Lo
anterior, permitirá proceder a descubrir o reconocer las discrepancias y acuerdos, las regularidades
e irregularidades, los contrastes y homogeneidades, concibiéndose la realidad humana desde tres
planos simultáneos: físico-material, sociocultural y personal-vivencial (Álvarez, 2003)
Es así, que la metodología de investigación cualitativa orienta sus procesos de análisis a las
situaciones únicas y particulares, puesto que se pone en búsqueda de significado y de sentido a las
concepciones propias de la naturaleza, vistas y orientadas como fenómenos físicos, ya que el
individuo o grupo que está siendo investigado procede a actuar desde sus propias experiencias; es
aquí donde el investigador relaciona las percepciones más cercanas plausibles acerca del mundo
fenomenológico que está en contacto directo con él.
Este proyecto, tendrá como referente de investigación la metodología comprensiva
planteada por Van Manen (como se citó en Rodríguez y Valldeoriola, 2009), de acuerdo con los
siguientes procesos:
- Inicialmente se debe centrar el fenómeno que interesa verdaderamente y que
compromete al investigador con el mundo; generar aprendizajes del principio del trabajo y la
energía cinética, partiendo de una problemática de asunto de salud pública como lo son los
accidentes de tránsito, según la OMS (2007).
37
- Investigar la experiencia del modo en que se vive, y no tal como se conceptualiza;
asumir que los estudiantes de ingeniería tienen sus propias concepciones de principio del trabajo
y la energía cinética, desligando la creencia que todos están en un nivel de formación equivalente
y de apreciación similar sobre el pretexto de enseñanza, la investigación de accidentes de tránsito.
- Reflexionar sobre los aspectos esenciales que caracterizan el fenómeno; los estudiantes
de primer semestre se conciben desde una visión totalmente nueva en su proceso de formación
profesional inicial.
- Describir el fenómeno mediante el arte de escribir y rescribir; las actividades planteadas
para los estudiantes como para el investigador, exigirá que se haga una retroalimentación en cada
una de las fases de la investigación, es decir, se podrá plantear desde diferentes perspectivas las
concepciones iniciales del objeto de estudio de este proyecto, sus cambios apreciativos a medida
que va avanzando la metodología de investigación, hasta llegar a la percepción final del principio
del trabajo y la energía cinética como fenómeno físico real y como estrategia de aprendizaje.
- Mantener una relación pedagógica firme con el fenómeno y orientada hacia él, es decir,
que todo el proyecto de investigación apunta de sobremanera, a la comprensión, uso y aplicación
del principio del trabajo de la energía, desde los procesos ligados a la investigación de accidentes
de tránsito, lo que permite indagar de forma constante, la construcción de aprendizajes en un
contexto y siempre orientado hacia la practica científica de los expertos.
- En último lugar de esta metodología, se encuentra el poder equilibrar el contexto de la
investigación siempre considerando las partes y el todo; dentro de este proyecto, se estima que
cada actividad instruccional, cada momento de la investigación y cada proceso de análisis, será
tenido en cuenta para la triangulación de la información, a fin de fundamentar los procesos de
análisis y de conclusiones a que dé lugar.
38
En conclusión, teniendo en cuenta la diversidad de técnicas que emergen en el campo de la
educación, cuando se delimita un proyecto de investigación, se debe tener en cuenta que éstas no
difieren mayormente entre sí, aunque entre los partidarios de la investigación tradicional o
cuantitativa, en este tipo de investigaciones se orientan preferentemente por combinar técnicas
sobre la base del principio de triangulación y de convergencia. Dicha convergencia para el caso de
este proyecto, están enmarcadas en las referidas con anterioridad, ya que ofrecen la posibilidad de
triangular la información de manera consistente y trazando la convergencia de los objetivos mismo
de la investigación.
6.2 Investigación basada en diseño
Para Rodríguez & Valldeoriola (2010), la Investigación basada en diseño surge por la necesidad
de relacionar la triada; investigación, diseño educativo e innovación, que según Ann Brown (1992)
y Allan Collins (1992), se debían establecer desde un planteamiento metodológico de investigación
que fuese de gran utilidad en el campo de la didáctica de las ciencias (Molina et al, 2011). A nivel
internacional, la investigación basada en diseño es más conocida como Design-Based Research
por sus siglas en inglés. De acuerdo con Rodríguez y Valldeoriola (2010), esta metodología se
considera un paradigma emergente en la investigación educativa que logra explicar el cómo, el
cuándo y el por qué las innovaciones educativas funcionan en la práctica. Frente a lo anterior,
Molina et al., (2011), consideran:
La aspiración, tanto de docentes como de investigadores, por conocer qué sucede en el aula
cuando los alumnos adquieren conocimiento ha conducido a buscar metodologías que sean
sensibles a la complejidad de los contextos de enseñanza/aprendizaje y, de este modo,
39
aumenten la relevancia de la investigación para la práctica. (p.75)
Es así, que dicho paradigma se plantea como emergente, ya que permite entender las
relaciones entre la teoría educativa, el artefacto diseñado y la práctica, con el fin mismo de centrar
los esfuerzos por mejorar los aprendizajes, generar actividades de instrucción útiles (no solamente
en el campo para el que fue diseñada, sino para otros posibles ambientes de aprendizaje), y
finalmente, poder avanzar en la construcción de teorías sobre el aprendizaje y la enseñanza en
ambientes complejos de acuerdo a Design-Based Research Collective, 2003, como se citó en
Rinaudo & Donolo (2010). Dichos aprendizajes son analizados principalmente a través de
metodologías cualitativas y cuantitativas para describir los fenómenos, ya que de esta forma se
refleja la creciente complejidad de los temas que desde la enseñanza se está atendiendo ahora
mismo (Palacios & González, 2015). De esa manera se nutre de un amplio campo multidisciplinar
que incluye la antropología, la psicología educativa, la sociología, la neurociencia, así como las
didácticas específicas, entre otros según Confrey y Sawyer (como se citó en Molina et al.,2011).
Teniendo en cuenta que el diseño de experimentos (actividades de instrucción) implican
tanto en la ingeniería de determinadas formas de aprendizaje como en el contexto donde se
desarrolla dicho aprendizaje, se plantea la necesidad de ver un estudio sistémico, en el que
participan activamente los estudiantes, el docente y el investigador, para que, a su vez, puedan
retroalimentar continuamente los diseños instruccionales (Rodriguez y Valldeoriola, 2008). En
relación a esto Barab & Squire (2004) , plantean que el diseño instruccional como un elemento
que no solamente logre reunir necesidades locales sino, que permitan avanzar una agenda teórica,
para descubrir, explorar y confirmar relaciones teóricas, que están previamente planteadas o, en su
objeto más específico, la comprobación de nuevo conocimiento en las teorías de las Ciencias del
Aprendizaje.
40
Finalmente, los actores que intervienen dentro de esta metodología incluyen un agente que
enseña (docente titular del área que puede ser el mismo investigador), uno o más estudiantes, un
testigo de los episodios de enseñanza y un método de registro de lo que ocurre durante el episodio.
Estos episodios son desarrollados a partir de las actividades de instrucción, que sistemáticamente
involucran a cada uno de los actores y aunque no son necesarios todos los actores mencionados
anteriormente, si prepondera la necesidad de tener un grupo de estudio y un docente/investigador
que aplique, analice e instruya las actividades a implementar en la investigación (Steffe &
Thompson, 2002)
6.2.1 Objetivos de la investigación basada en diseño. Para Bell (como se citó en
Rodriguez y Valldeoriola, 2008), los objetivos de la investigación basada en diseño están
enmarcados en:
El diseño y exploración de todo tipo de innovaciones educativas, a nivel didáctico y
organizativo, considerando también posibles artefactos (ej. software) como núcleos de esas
innovaciones, y contribuyendo, consecuentemente, a una mejor comprensión de la naturaleza
y condiciones del aprendizaje. (p.69)
De tal manera que se plantea la construcción de algunas actividades instruccionales, que
faciliten generar aprendizajes en un determinado concepto y que sea innovadoras desde las
practicas del quehacer docente, además que permita contextualizar amenamente los espacios de
aprendizaje (salón, laboratorios, aulas de proyección, etc.). Para el caso de este proyecto, las
actividades instruccionales, estarán apoyadas en el pretexto de la investigación de accidentes de
tránsito, que son objetos de análisis de diferentes conceptos físicos allí implícitos (velocidad,
aceleración, fuerza, energía, trabajo, momentum, etc.); que para el caso de este documento, se
41
fundamentó en el principio del trabajo y la energía cinética, que a su vez, fue evidenciada en el
programa Virtual Crash 3.0, a través de manipulación de variables en tiempo real. De acuerdo con
lo anterior, más allá de crear diseños efectivos para algún aprendizaje, se persigue explicar por qué
el diseño instruccional propuesto funciona y sugerir formas con las cuales puede ser adaptado a
nuevas circunstancias (Molina et al, 2011).
Según Molina et al (2011), los objetivos de la investigación basada en diseño, tiene como
objetivo:
Comprender y mejorar la realidad educativa a través de la consideración de contextos naturales
en toda su complejidad, y del desarrollo y análisis paralelo de un diseño instruccional
específico […] analizar el aprendizaje en contexto mediante el diseño y estudio sistemático de
formas particulares de aprendizaje, estrategias y herramientas de enseñanza, de una forma
sensible a la naturaleza sistémica del aprendizaje, la enseñanza y la evaluación. Todo ello la
convierte en un paradigma metodológico potente en la investigación del aprendizaje y la
enseñanza. (p.3)
De acuerdo con esos objetivos, se persigue registrar inicialmente qué recursos y
conocimiento previo ponen en juego los alumnos en las tareas (instrumento de ideas previas; que
para Brown (1992) se refirió a ello como el problema de definir inputs y outputs en el proceso de
investigación, otras palabras, los conocimientos previos y finales de los estudiantes luego de la
aplicación de las actividades de instrucción). En segundo punto, cómo interaccionan los alumnos
y profesores (actividades de instrucción). En tercer lugar, cómo son creadas las anotaciones y
registros, cómo emergen y evolucionan las concepciones (análisis retrospectivo de la información).
Y por cuarto y último, “qué recursos se usan, y cómo es llevada a cabo la enseñanza a lo largo del
42
curso de la instrucción” (Confrey, 2006. p.2). De esta manera se caracteriza la investigación basada
en diseño, desde sus procesos iniciales pre experimentación y pro experimentación, hasta los
análisis finales de datos y el análisis retrospectivo.
6.2.2 Características de la investigación basada en diseño. Una de las características
más relevantes la Investigación basada en diseño, es su destacado potencial para la investigación
en el campo de la didáctica de las ciencias (Kelly, 2014), ya que este paradigma no busca controlar
variables, sino identificarlas para caracterizar la situación sistemática en estudio, toda vez que
existe una interdependencia existente entre el diseño instruccional (actividades instruccionales) y
la investigación (Rodriguez y Valldeoriola, 2008).
Para Cobb y Gravemeijer (como se citó en Molina et al., 2011) se consideran que el diseño
de ambientes de aprendizaje sirve como contexto para la investigación y, a su vez, tanto los análisis
continuados que se van realizando como el análisis retrospectivo de la misma, informan sobre el
diseño permitiendo su mejora.
De esa manera, la investigación basada en el diseño, tiene potencial para hacer progresar
las teorías del aprendizaje y enseñanza en situaciones complejas, ya que las actividades
instruccionales son introducidas como instrumento de intervención en un espacio de deserción
conceptual entre quienes hacen parte de la investigación; esto conduce a conocimiento
empíricamente fundamentado que es útil en la toma de decisiones instructivas dirigidas a promover
y mejorar el aprendizaje de los estudiantes en diferentes áreas de formación, que para el caso de la
Física (como se desarrolla en este proyecto) está directamente relacionada con las otras ciencias a
las que se pretenda persuadir en sus procesos de enseñanza.
Otra característica importante, es la caracterización de una situación de aprendizaje en toda
su complejidad; la mayor parte de la cual no es conocida a priori, es decir, que hace parte de un
43
punto de partida sistémico donde no se ha intervenido anteriormente, facilitando que los contextos
donde se construyan, aplican y analizan las actividades instruccionales en contextos de la vida real,
sean habitualmente espacios donde produce algún tipo de aprendizaje, que desde el desarrollo de
modelos teóricos empíricamente fundamentados, serán conocidos como elementos teóricos
humildes (Kelly, 2014). Adicional a esto, se presente la estructura de investigación, la cual se
desarrolla a partir de tres grandes fases que se resumen en la figura 1; estas fases se relacionan de
forma iterativa, ya que los experimentos de diseño son complejos, multivariables, multiniveles,
intervencionistas, iterativos, orientados por la teoría y hacia la práctica y generadores de modelos
teóricos. Kelly (2014) y (Shavelso et al, 2003)
Figura 1. Estructura general de la investigación basada en diseño. Datos obtenidos de Cobb et
al (2003, p.2).
6.2 Estudio de caso
El estudio de caso se ha utilizado ampliamente para comprender en profundidad la realidad social
y educativa. Según Rodríguez, Gil y García (como se citó en González, 2013), definen el estudio
de caso como proceso de indagación que se caracteriza por el examen detallado, comprehensivo,
44
sistemático y en profundidad del caso objeto de interés. En palabras de Yacuzzi (2005), los
estudios de caso investigan un fenómeno contemporáneo dentro de su contexto real de existencia,
cuando los límites entre el fenómeno y el contexto no son claramente evidentes y en los cuales
existen múltiples fuentes de evidencia que pueden usarse para analizar apropiadamente y emitir
juicios individuales o generales de análisis que realiza el investigador; entre esos análisis debe
destacar las diferencias sutiles, focalizar la investigación a analizar un único tema, tener múltiples
visiones y explorar en busca del conocimiento, realizando de esta forma una interpretación de la
naturaleza de lo que se está generando en su ambiente de investigación, que para el caso de este
proyecto, será el del aprendizaje del principio del trabajo y la energía mecánica.
La complejidad de esta técnica de investigación depende directamente de las personas
implicadas en la investigación, es decir, puede ser de carácter simple a un carácter más complejo
en un grupo focal de estudio; para Garton et al (2012), se debe considerar que existen tres grandes
tipos de estudios de casos: primero, el intrínseco; el segundo, el instrumental y el tercero de caso
colectivo; éste último será el que soporte la técnica de investigación aplicada en este proyecto de
grado, ya que se elijarán seis casos del grupo en estudio. Yacuzzi (2005), define el estudio de caso
colectivo en sus propias palabras como:
Es el conjunto de casos que se estudia de forma conjunta para investigar un determinado
fenómeno, población o condición general. En realidad, se trata de un estudio instrumental
extendido a varios casos. Los casos pueden ser similares o no, ya que no es necesario conocer
de antemano si tienen alguna característica en común. (p.58)
De acuerdo con lo anterior, dichos estudios colectivos se llevan a cabo cuando se pretende
estudiar varios casos únicos a la vez, para comprender la realidad que se desea explorar, describir,
45
explicar, evaluar o modificar. Para Yin (1984), un factor importante en los casos múltiples es la
elección de los casos en donde se debe estar en función a la importancia o revelación que cada
caso, en concreto puede aportar al estudio en su totalidad, y no a la rareza de los mismos.
Las características del estudio de caso planteadas por Yin (como se citó en Yacuzzi, 2005),
en sus propias palabras, son:
1) El caso tiene un carácter crítico en la confirmación, modificación o ampliación de una teoría
o conocimientos disponibles sobre el objeto de estudio. 2) Representa un caso único o extremo,
es decir, se trata de un caso irrepetible y/o peculiar. 3) Es un caso típico o representativo que
permite recopilar datos sobre un fenómeno, lugar, circunstancia, etc., habitual. 4) Se trata de
un caso revelador que permite al investigador observar un fenómeno, situación, sujeto o hecho
que hasta el momento era inaccesible para la investigación social. 5) Tiene un carácter
longitudinal, que permite que el investigador estudie un mismo caso en diferentes momentos
y observar cómo ciertas circunstancias cambian con el paso del tiempo. (p.60)
Estas características dan paso a la metodología de aplicación de la técnica de investigación,
ya que se desarrolla en un contexto real y que inherentemente tal y como destaca Yin (1994); el
estudio de casos es un "proceso lineal pero iterativo" tal como lo estructura la figura 2.
46
Figura 2. Proceso del estudio de caso. Datos obtenidos de Yin (1994,p.44)
En el proceso metodológico de análisis de este proyecto de investigación, el estudio de caso
aplicado será el de casos múltiples, de corte cualitativo descriptivo, ya que ésta pretende explorar
los aprendizajes al inicio y al final de la intervención, que de acuerdo a Murrian, como se citó en
(Rodríguez & García, 1996), acoge los resultados pertinentes de un análisis más apropiado de la
metodología y la intervención en su forma más general. De igual manera, dicha clase de estudio
de caso pretende describir y evaluar las mejoras educativas que se aplicaron para la generación de
aprendizajes. Lo anterior, se presenta con el fin de que cada caso genere aportes al estudio en su
comprensión más totalitaria, tal como lo enunció Yin (1984), sobre la replicación literal, que está
asociada a la generación de concepciones en común y no de forma individual. Dichos estudios de
caso se realizaron a una muestra de cinco estudiantes de ingeniería (uno por cada una de las
diferentes disciplinas; electrónica, biomédica, industrial, mecánica y mecatrónica); en segundo
lugar, se tiene en cuenta que haya cumplido con todas las actividades propuestas en esta
metodología de enseñanza del Principio de Trabajo y la Energía Cinética (desde el instrumento de
ideas previas, la aplicación de la Unidad Didáctica y el instrumento final de ideas).
47
6.4 Contexto de la investigación
El proyecto de grado que se desarrolla en este documento está enmarcado en la línea de
investigación de la Modelización, dentro del proceso de enseñanza - aprendizaje de la Física. La
investigación se desarrolló con una población que corresponde a 27 estudiantes de primer semestre
de ingeniería de la Universidad ECCI; todos pertenecen al curso de Física Mecánica. La
Universidad está ubicada en la localidad de Chapinero, de estrato tres a seis, y las edades de los y
las estudiantes participantes, están entre los 17 a 22 años.
El contexto de enseñanza corresponde a la asignatura de la Física Mecánica, la cual es vista
como Física inicial en todas las ingenierías relacionadas anteriormente, con una intensidad de
cuatro (4) horas semanales.
6.5 Metodología de la investigación
Teniendo en cuenta que este proyecto se sustentó desde el paradigma de Investigación Basada en
Diseño, la cual se centra en el diseño y exploración de todo tipo de innovaciones educativas, a
nivel didáctico y organizativo según Bell (como se citó en Rodriguez y Valldeoriola, 2010). De
acuerdo con Molina et al. (2011), se presentan tres momentos metodológicos: el primero es la
preparación del experimento, siendo esta fase, el punto inicial para definir el problema y los
objetivos de investigación, identificar los objetivos instruccionales, evaluar el conocimiento inicial
de los alumnos, identificar las metodologías de enseñanza adecuadas para los contenidos elegidos,
en función de los objetivos planteados y los conocimientos previos de los alumnos y las pautas de
aplicación, recolección y análisis de datos obtenidos en la experimentación; la segunda fase la
48
experimentación, en la cual se desarrolla desde los análisis iniciales antes, durante y después de
cada intervención (posible modificación de los diseños instruccionales), donde se realiza el análisis
de los datos recogidos en la intervención y de ser necesario se reformula las hipótesis o conjeturas
de investigación.
De acuerdo con lo anterior, el presente proyecto de grado se desarrolló en 5 grandes fases
como lo muestra la figura 3:
Figura 3. Estructura general de la metodología de investigación. Elaborada por el Autor
A continuación, se describe el desarrollo de la investigación, apoyada en la propuesta
metodológica de Molina et al (2011). Es importante tener en cuenta que, de acuerdo con las fases
de la investigación basada en diseño, cada una cuenta con una retroalimentación iterativa y de
análisis retrospectivo, con el fin de que las construcciones desarrolladas en el transcurso de la
investigación cumplan con el objetivo de desarrollar aprendizajes sobre el principio del trabajo y
la energía cinética en los estudiantes.
49
Tabla 1. Descripción de la metodología de investigación basada en diseño desarrollada en el
presente proyecto de investigación Fases del trabajo de investigación
IBD Fase Acción Descripción
Preparación del
Experimento
1
Definir el problema y los objetivos
de la investigación.
En esta fase de la investigación, se realizó
la fundamentación teórica y metodológica, de
la enseñanza de las ciencias (en particular en
de la Física), con contenidos desarrollados
desde la enseñanza del principio del trabajo y
la energía cinética; la aplicación de dichos
conceptos en la investigación de accidentes
de tránsito; y construcción de instrumentos
que permitan identificar las ideas previas de
los estudiantes.
Identificar los objetivos
instruccionales.
Evaluar el Conocimiento inicial
de los estudiantes.
Identificar las metodologías de
enseñanza adecuadas para los
contenidos elegidos,
en función de los objetivos
planteados y los conocimientos
previos de los alumnos.
2
Diseñar de forma justificada la
secuencia de intervenciones en el
aula y su temporalización.
En esta fase se realizó un estudio de las
unidades didácticas (instrucciones de diseño)
como instrumento principal en el desarrollo
de la intervención; dichas instrucciones de
diseño estuvieron soportadas por un estudio
de arte que identificó la necesidad de hacer
uso de las Tecnologías de la Información y la
Comunicación TIC. Es importante resaltar,
que cada actividad instruccional permitió la
recogida de datos del proceso mismo de la
investigación, con el fin de identificar los
aprendizajes adquiridos por lo estudiantes a
medida que se desarrollaba la intervención, al
igual que los posibles los enfoques teóricos
que soportan el proyecto, y aquellos que
surgieron de manera emergente.
Diseñar la recogida de datos.
Delinear una trayectoria hipotética
de aprendizaje que describa el
resultado esperado del proceso de
aprendizaje y el modo en que se va a
promover y alcanzar dicho
aprendizaje.
Ubicar el experimento dentro de
un contexto teórico más amplio en el
que se enmarque el modelo teórico
emergente.
Experimentación
3
Obtener información sobre el
trabajo previo realizado en el aula,
para tenerlo en cuenta en el diseño
de la intervención y en la posterior
interpretación de los datos.
En esta fase, se estructuró la Unidad
Didáctica (Unidad Instruccional), a partir de
las observaciones previas de trabajo en la
Universidad ECCI en los cursos de Física
Mecánica, de tal manera que se plantearon
los objetivos de aprendizaje en relación a los
contenidos que se pretendan alcanzar.
También esta fase, estuvo enmarcada
principalmente en el diseño, construcción y
aplicación de la Unidad Didáctica sobre el
Principio de Trabajo y la Energía Cinética en
los procesos de investigación de accidentes
de tránsito, apoyadas en las TIC.
Identificar los objetivos
instruccionales de la intervención.
Ultimar el diseño de la
intervención, de forma justificada, a
partir de la información empírica y
teórica disponible.
Elaborar hipótesis/conjeturas
sobre los resultados a obtener en la
intervención.
Ultimar la selección de los
métodos de recogida de datos.
50
Tabla 1 (continua) Fases del trabajo de investigación
IBD Fase Acción Descripción
Registrar las decisiones tomadas
en el proceso de ejecución de las
acciones descritas en los cinco
apartados anteriores y su
justificación.
Si es necesario, modificar sobre la
marcha, de manera justificada, el
diseño
de la intervención de acuerdo con los
objetivos de la intervención.
Para esta fase, se desarrollaron actividades
de entrega por parte de los estudiantes, de tal
manera que se realiza un seguimiento
continuo a los avances, observaciones y
dificultades que presentaban los educandos.
Recoger datos de todo lo que
ocurre en el aula, incluyendo las
decisiones
tomadas durante la intervención
4
Analizar los datos recogidos en la
intervención.
Aquí se fundamentaron las actividades
instruccionales desde un análisis
retrospectivo con el fin de establecer posibles
mejoras al proceso de investigación. Cabe
recordar, que las actividades fueron
recogidas a través de email, animaciones
explicadas en casos reales, y talleres de
preguntas abiertas que generaban
controversia continua.
Revisar, y en su caso reformular,
las hipótesis/conjeturas de
investigación.
Analizar el conjunto de los datos.
Análisis
5
Recopilar y organizar toda la
información recogida.
Por último, esta fase tuvo como fin analizar
la información obtenida en la fase de
experimentación, seleccionando y analizando
casos, con el fin de interpretar los
aprendizajes generados en los estudiantes de
educación superior (primer semestre) cuando
abordaron los accidentes de tránsito desde
una perspectiva de investigación científica,
que conllevaron al análisis global del proceso
identificando los tipos de aprendizajes.
Los parámetros en la selección de los casos
fueron: haber realizado el instrumento de
Ideas sobre el Principio del Trabajo y la
Energía Cinética, previo a la aplicación de la
Unidad Didáctica (Unidad Instruccional) y
posterior a la misma, al igual que la
participación en cada una de las actividades
propuestas en la unidad didáctica principio
del trabajo y la energía, presentado el registro
de cada una de ellas con sus correspondientes
registros de actividades e instrumento de
seguimiento y autorregulación.
Nota: Elaborada por el Autor
51
6.6 Instrumentos de recolección de información
A continuación, se detallarán los instrumentos en la recolección de información, los cuales fueron
utilizados en el proceso de investigación:
a) La encuesta. Se aplicó la encuesta de Ideas del Principio del Trabajo y la Energía
Cinética IIPTEC y el TEST de categorización de aprendizajes.
Por otra parte, y como instrumentos de análisis de resultados, se hará uso de matrices de
evaluación de los mapas conceptuales y de las categorías de análisis para el TEST. De igual
manera, se hace una conjetura explicativa de la Unidad Didáctica del Principio del Trabajo y la
Energía Cinética UDPTEC, como elemento de intervención, con el fin de conjeturar su
importancia dentro del proceso de investigación.
Los instrumentos de recolección de datos son fundamentales en el proceso de investigación,
ya que, de estos se extrae la información que permitirá realizar el análisis de la mediación didáctica
en el aula; de otra manera, el instrumento resume en cierta medida toda la labor metodológica de
investigación. En general, el instrumento acopla los criterios de selección; estos instrumentos se
expresan y reflejan las directrices dominantes del marco, particularmente aquellas señaladas en el
sistema teórico (variables, indicadores e hipótesis). Ahora bien, para el desarrollo de esta
investigación, se realizó el uso de tres instrumentos de intervención: a. El instrumento de Ideas del
Principio del Trabajo y la Energía Cinética IIPTEC, b. Un TEST de categorías de aprendizajes
previos y finales, y c. las matrices de análisis de resultados.
El instrumento IIPTEC, está fundamento en los aportes de Novak & Gowin (1988),
quienes plantean que la comprensión de ideas previas y la construcción de nuevos conocimientos
se puede analizar a través de la elaboración de mapas conceptuales; esta técnica, es destinada a
52
interpretar las concepciones que tienen los estudiantes en relación con los contenidos que se
pretenden desarrollar, que para el caso de este trabajo de investigación será el del principio del
trabajo y la energía cinética. Es así como Novak y Gowin (2002), ponen de manifiesto que la
relación, la jerarquía y la asociación de conceptos, además de la generación de nuevos enlaces de
relación entre conceptos, y los caminos interpretativos, para cada persona que realiza su propio
mapa conceptual, permiten identificar el aprendizaje significativo de cada uno de los que están en
el proceso de formación, frente a un contenido temático en particular. La forma acutural como se
presentan dichos contenidos, son para Novak y Gowin (2002), una visión del aprendizaje humano,
vistos en la capacidad de emplear símbolos orales y escritos, para representar las regularidades que
percibimos en los acontecimientos y los objetos que rodea al ser humano. Esto implica que las
relaciones elaboradas por los estudiantes antes, durante y después de un proceso de investigación,
podrán manifestar a través de los mapas conceptuales, las nuevas relaciones o proposiciones entre
los conceptos; es aquí donde se podrá percibir la verdadera connotación del concepto de educación,
cuando el significado percibido cambia a medida que se realizan innovadores procesos de
enseñanza (González, 1992)
De igual manera, los mapas conceptuales permiten potenciar un pensamiento reflexivo, ya
que enmarca la afanosa necesidad de representar los conocimientos adquiridos de la mejor forma,
para recordar y para darlos a conocer. Sobre esto, Novak y Gowin (1998) establecen la necesidad
de negociar los significados, toda vez que, los implicados en un proceso de formación, indican
metódicamente, sus propias relaciones válidas que para otros no lo son, por ello es importante
establecer reglas del discurso interpretativo, compartir los significados, y llegar a compromisos de
análisis, que consoliden la construcción conjunta de nuevas relaciones entre conceptos, aunque
debe quedar claro, que cada persona es responsable de si asume o no, la proposición como viable
53
y sustentable en su proceso de aprendizaje, porque es ella quien finalmente adopta discusiones
personales en relación a los nuevas formas de compresión.
Teniendo en cuenta lo anterior, el instrumento de análisis de ideas previas iniciales y
finales, está planteado con 6 preguntas abiertas. Las 3 primeras preguntas pretenden poner de
manifiesto las relaciones entre la física y un accidente de tránsito, es decir, el estudiante describe
sus ideas sobre leyes, principios, teoremas, conceptos y definiciones que están relacionados con
este tipo de fenómeno vial. De la misma forma, se pretendía generar la contextualización de un
fenómeno desde su descripción física, reconocimiento de variables implícitas y la manera en que
lo analizan. La pregunta 4, plantea la opción de poder calcular alguna variable física anteriormente
planteada. En la pregunta 3 se planteó con el fin de identificar la aplicación de modelos
algorítmicos para el procesamiento de datos obtenidos.
Por su parte la pregunta 5, recoge uno de los primeros acercamientos al objeto de estudio
del presente trabajo, la compresión del cómo considera el estudiante que se pueda aplicar el
principio del trabajo y la energía cinética, ya que permite, desde un corto escrito (un párrafo), la
idea que precede sobre el principio en mención, la comprensión y la aplicación en un fenómeno
real. Para la pregunta 6, se solicita a los estudiantes, la elaboración de un mapa conceptual desde
la asociación de 17 conceptos físicos, que de acuerdo a Novak (1988), se pueden plantear de forma
aleatoria, con palabras que estén y no estén relacionados con la temática que se desea desarrollar
en las prácticas de enseñanza/aprendizaje, por lo tanto, dichos conceptos, están con cierta validez
asociada a la explicación del principio del trabajo y la energía cinética, pero existen otros que
resaltan por ser indispensables en la explicación y análisis de fenómenos en estudio de este
principio de la Física. En la aplicación del instrumento de ideas iniciales y finales, se elabora con
el enunciado; “Con las palabras que encontrará en la siguiente tabla, elabore un mapa conceptual
54
que relacione los conceptos asociados al principio del trabajo y la energía cinética, por ello, puede
ignorar los conceptos que no considera necesarios para explicar dicho principio físico.”. Este
enunciado se realizó con el fin de evidenciar el proceso de aprendizaje desde el estímulo
supraordenador en el que se demuestra los nuevos significados conceptuales y de discriminación
que pueda desarrollar el estudiante, al igual notar la diferencia progresiva de los conceptos,
descartando aquellos que el estudiante logra diferenciar progresivamente. Finalmente, se busca
significar la relación entre conceptos de forma más estructurada (D’Amore, 2008), ya que desde
el aprendizaje significativo existirán conceptos inclusores que tendrán validez en todo el proceso
de aprendizaje, según lo plantea Ausubel (como se citó en Novak y Gowin, 2002).
El instrumento de pregunta cerrada, TEST, está planteado como metodología de
evaluación, sobre la generación de análisis de enunciados, de forma aplicada del principio del
trabajo y la energía cinética, como elemento de medición de los aprendizajes iniciales y finales,
con el fin de determinar la relación de conocimientos al inicio y al final de la aplicación de la
Unidad Didáctica; estos enunciados fueron ajustados de acuerdo a las categorías de análisis;
describir y analizar un fenómeno físico real, interpretación de variables Físicas, modelización de
algoritmos físico-matemáticos y solución de problemas de contexto.
Los dos instrumentos descritos anteriormente estuvieron acompañados en su construcción
por las observaciones del director del presente trabajo de investigación, el señor Álvaro García
Martínez (Doctor en Didáctica de las Ciencias Experimentales), quien analizó la pertinencia de las
preguntas con respecto a cada una de las categorías y los niveles planteados en el protocolo del
instrumento de ideas sobre el principio del trabajo y la energía cinética y su correspondiente
relación con la unidad didáctica. De igual manera, se solicitó la revisión por parte del Doctor en
Educación, el señor Nelson Barrios Jara, quien luego de conocer el proyecto (sustentado a través
55
de un cuadro tipo resumen), dio también un visto bueno para que fuese un instrumento pertinente
en el desarrollo de este proyecto.
6.7 Aplicación de la unidad didáctica en el aula
Dentro del desarrollo metodológico del trabajo en el aula, se aplicaron los instrumentos referidos
en el numeral anterior. Inicialmente se aplicó la Unidad Didáctica sobre el Principio del Trabajo y
la Energía Cinética (UDPTEC), que está dividida en 6 sesiones; la primera de ellas corresponde a
la identificación de los accidentes de tránsito como asunto social y fenómeno físico; la segunda
sesión corresponde a la actividad de la presentación de caso un real de investigación de un
accidente de tránsito; la tercera sesión concierne a las hipótesis iniciales en la negociación
cooperativa; la cuarta sesión enfatiza en la socialización de las animaciones y respuestas de la
sesión II (aproximación al manejo de variables Físicas en tiempo real); en la quinta sesión, se
realiza el análisis de un informe técnico forense como elemento de coevaluación; y finalmente, en
la sesión seis, se desarrolla el estudio de caso y simulación de audiencia penal; cada una de estas
actividades están medidas por el ciclo actividades de Aprendizaje Constructivista de Sanmartí
(2002), el cual se desarrolla en las fases referidas anteriormente (exploración, introducción de
nuevos conceptos, síntesis y aplicación).
La aplicación de la UDPTEC se soportó desde la contextualización física que desarrollan
expertos forenses para explicar a partir de los conceptos de la Física, lo que posiblemente
desencadenó el accidente vial, la incidencia de las velocidades de los implicados, el análisis de
experticias técnicas, la lectura correcta de evidencias físicas EF o elementos de material probatorio
EMP, determinación de trayectorias y análisis de condiciones de tipo ambiente, mecánico y
56
humano, recolectados en el informe de policía de accidentes de tránsito IPAT. Dichos elementos,
son modelados a través de algoritmos relacionados con el trabajo de la fuerza de rozamiento en el
proceso mecánico de frenado de un vehículo (huella de frenado, que es considerada como elemento
probatorio en la investigación de accidentes de tránsito, de igual manera que la deformación de
carrocerías); una vez se traza la huella de frenado y las condiciones de tipo vial y climático, se
calcula la velocidad más probable del vehículo justo antes de iniciar dicho proceso de frenado.
Con los registros de los datos anteriores y con la ficha técnica del vehículo, se puede estimar la
energía cinética que disipó el vehículo luego de la colisión, bien sea en calor, huella de frenado,
de formación, sonido u otro tipo de manifestación de transformación.
Una vez el docente esboza la realización de esta metodología y lo que éste proyecto
pretendía desarrollar, se planteó con los estudiantes abarcar contenidos curriculares evaluados a
través de actividades de entrega individual o por grupos colaborativos, llamados cuerpos técnicos
de investigación (nombre que fue asumido con gran expectativa por parte de los estudiantes, ya
que no se referían a ellos como comúnmente se hace en “grupos de trabajo o grupos de
laboratorio”, sino como expertos forenses dentro de un contexto real).
Teniendo en cuenta que la UDPTEC fue apoyada en el uso de las TIC, se solicitó a los
estudiantes inscribirse a la plataforma académica www.edmodo.com con el fin de compartir
información complementaria en la realización de actividades dentro del aula virtual, enviar y
recibir observaciones, inquietudes y recomendaciones al desarrollo de la metodología en estudio;
también dicho espacio virtual permitió generar debates de controversia científica, puesto que cada
grupo técnico arrojaba algún tipo de hipótesis o conclusión en relación al estudio de casos reales,
lo que permitía una enriquecedora retroalimentación “virtual” y presencial para mejorar los
procesos de análisis.
57
6.8 Proceso de análisis de la información
Para el análisis de la información recopilada, se plantean tres etapas de análisis; la primera de ella
confronta los resultados obtenidos en el IIPTEC, tanto en el momento inicial, como en el final, es
decir, antes de la intervención con la Unidad Didáctica del Trabajo y la Energía Cinética UDPTEC
y luego de la misma. Cabe notar, que la población que estará en el proceso de análisis confronta a
cinco estudiantes, que cumplieron con los criterios de haber participado en todo el proceso de la
investigación.
Es importante tener en cuenta que para el análisis del instrumento de ideas previas e ideas
finales, se realizará una caracterización de las tendencias que tienen los estudiantes a nivel
permisible, concreto y pertinente, de tal forma que permita identificar las categorías para describir
y analizar fenómenos físicos reales, interpretación de variables físicas, modelización de algoritmos
físico-matemáticos y solución de problemas de contexto, comprobando los alcances que se
generaron desde los aprendizajes la Unidad Didáctica. Para cada una de las preguntas planteadas,
se tendrá en cuenta las pautas de análisis según las tablas 2, 3 Y 4, descritas a continuación:
Tabla 2. Pautas de análisis de IIPTEC. Fuente: elaboración propia. Pregunta ¿cómo se realizará el análisis?
1. Teniendo en cuenta que un
Accidente de Tránsito “AT” se
considera como un hecho eventual
e imprevisto, donde participa uno
más vehículos y/o personas, que
generan un daño o perjuicio, ¿qué
conceptos físicos (leyes, teorías o
teoremas) cree que se pueden
explicar en un fenómeno de este
tipo?
Inicialmente se realizará un conteo de los conceptos, leyes, teoremas o
principios físicos que pueden reconocer los estudiantes en un fenómeno físico
real de contexto, de tal manera que se puedan construir tablas de tendencia
(frecuencia), ya que son una herramienta en la investigación cualitativa que
permite tomar variables nominales o factoriales, donde es necesario estudiar
una distribución conjunta. Este análisis será comparativo dentro de dos
momentos (al inicio y final del proceso de investigación), con el objetivo de
establecer valores o atributos comparativos desde las frecuencias estimadas;
esta metodología es definida por Confrey (2006), como el número de atributos
o variables que se analizan conjuntamente y el número de modalidades o
niveles de los mismos, lo que permite identificar las variables Físicas vistas
en un fenómeno de contexto (categoría de análisis). Nota: esta pregunta será
analizada de forma global con los 25 estudiantes que cumplieron con todo el
proceso de la investigación y, se puntualizará con los estudios de caso
escogido
58
Tabla 2 (continua) Pregunta ¿cómo se realizará el análisis?
2. ¿Ha visto o se ha enterado de un
accidente de tránsito? De ser así, narre
lo sucedido, y plasme a través de un
dibujo (antes, durante y después del
accidente), lo que usted observó o le
dieron a entender de dicho evento de
tránsito.
Esta pregunta será analizada de acuerdo a la explicación de hechos
problemáticos mediante elaborados razonamientos abductivos y
analógicos que muestran que, de alguna manera existen hechos que se
pueden asociar a modelos de contexto real (Adúriz-Bravo, 2005). Por lo
tanto, se busca identificar que los accidentes de tránsito son un fenómeno
que relacionan los estudiantes dentro de su contexto diario al cual le
asociación ciertas descripciones Físicas.
3. De acuerdo con su observación o
narración del accidente en el punto 2,
¿qué variables Físicas considera hay:
¿antes, durante y después del accidente
de tránsito?
Al igual que la pregunta 1, se pretende caracterizar desde un cuadro de
contingencia a partir de tendencias (frecuencias), el reconocimiento de
variables Físicas en un fenómeno físico antes, durante y después que se
desarrolla.
4. De las variables Físicas que
mencionó en el punto 3, ¿cuál o cuáles
cree que podría calcular usted y cómo?
En esta pregunta se pretende analizar la modelización de variables
Físicas da través de algoritmos fisicomatemáticos (categoría de análisis),
para el cálculo de variables Físicas presentes en un accidente de tránsito.
5. ¿Cómo considera que se podría
aplicar el principio del trabajo y la
energía cinética en un accidente de
tránsito?
El análisis del párrafo explicativo se categoriza desde (Jorba, Gómez,
& Prat, 2000), quien plantea que las razones o los argumentos,
globalmente, tienen coherencia y se deben referir al objeto de explicación,
que, para este caso, el estudiante explicará cómo considera que se podría
aplicar el principio del trabajo y la energía cinética en un accidente de
tránsito.
6. Con las palabras que encontrará en
la siguiente tabla. Elabore un mapa
conceptual que relacione los conceptos
asociados al principio del trabajo y la
energía cinética, por ello, puede
ignorar los conceptos que no considera
necesarios para explicar dicho
principio físico.
Palabras: velocidad, energía,
fuerza, desplazamiento, rozamiento,
fricción, aceleración, aceleración
gravitacional, masa, peso, calor,
energía cinética, dinámica, energía
potencial, cinemática, sistema de
referencia y tiempo.
Para el análisis de los mapas conceptuales iniciales y finales se plantea
una rúbrica de evaluación, soportado por la metodología de evaluación
recomendada por Novak y Gowin (2002), donde se recomiendan escalas
de valoración por puntos (ver Rubrica de Caracterización), de tal manera
que se puedan identificar y valorar: las proposiciones, las jerarquías, las
conexiones cruzadas y ejemplos que contextualizan de los conceptos que
son objetos de aprendizaje. En la tabla 3, se muestran los criterios de
caracterización de los mapas conceptuales; cada elemento de evaluación
responde a una pregunta evaluación.
Teniendo en cuenta las preguntas que orientan la valoración de mapas
conceptuales, se plantea la rúbrica de caracterización con escalas
definidas para puntuar los mapas conceptuales al inicio y al final de la
investigación (ver tabla 4).
Nota: Elaborada por el Autor
Tabla 3. Criterios de evaluación de mapas conceptuales. Fuente: elaboración propia. Criterios de evaluación de mapas conceptuales
Indicadores de evaluación Pregunta de evaluación
Proposiciones ¿Se indica la relación de significado entre dos conceptos mediante
líneas que los une y mediante la(s) palabra(s) de enlace
correspondiente(s)?
Jerarquía ¿Presenta el mapa una estructura jerárquica? ¿Es cada uno de los
conceptos subordinados más específico y menos general que el
concepto que hay dibujado sobre él?
Conexiones cruzadas ¿Es significativa y válida la relación que muestra el mapa entre los
conceptos?
Ejemplos ¿Relaciona los conceptos con algún tipo de ejemplo?
Nota: Elaborada por el Autor
Tabla 2 (continua)
59
Tabla 4. Rubrica de caracterización de mapas conceptuales. Fuente: elaboración propia. Indicador que
evaluar
Alto Medio Bajo Sin valoración
Proposiciones La proposición es
válida y significativa.
La proposición
es válida.
La proposición
no es válida.
El mapa no
presenta jerarquías
entre los conceptos.
Jerarquía El mapa conceptual
presenta una estructura
jerárquica y pertinente
desde lo general a lo
específico.
El mapa
conceptual
presenta una
estructura
jerárquica.
La jerarquía no
es válida.
No responde.
Conexiones
cruzadas
Muestra el mapa
conexiones significativas
entre los distintos
segmentos de la jerarquía
conceptual.
El mapa presenta
conexiones entre
los conceptos.
El mapa presenta
conexiones que no
son válidas entre
los conceptos.
El mapa no
presenta conexiones
entre los conceptos.
Ejemplos Los ejemplos son
válidos y representan
relación significativa con
el concepto.
Los ejemplos
son válidos y
relacionan con el
concepto.
Los ejemplos no
son válidos.
El mapa
conceptual no
presenta ningún tipo
de ejemplo.
Nota: Elaborada por el Autor
Para el análisis del instrumento dos (TESTi y TESTf), se tiene en cuenta las categorías de
análisis y los equivalentes cuantitativos que dicho instrumento arroje, con el fin de valorar los
aprendizajes que la metodología permitió alcanzar en el grupo piloto de estudio. Para este
instrumento, se tuvo en cuenta los análisis de forma general y de los casos de estudio del presente
proyecto. Finalmente, el análisis se centró en las observaciones de contenidos de la Unidad
Didáctica del Principio del Trabajo y la Energía Cinética UDPTEC, en relación con las cinco
actividades generales de cada sesión (dos de estas, estuvieron subdivididas en dos actividades por
hora, que estaban bajo el mismo marco metodológico propuesto por Sanmartí (2000), es decir que
se constituyen en un total de siete actividades), que se trazaron para permitir la comprensión del
principio físico en estudio. Este análisis de contenidos busca retroalimentar la unidad instruccional
para identificar las relaciones que existen entre la generación de aprendizajes y la posibilidad de
replantear las actividades, para que dicho aprendizaje sea más óptimo dentro del proceso de
aprendizaje (Rodriguez & Valldeoriola, 2008).
60
Una vez realizado los análisis descritos anteriormente, se procede a triangular la
información, partiendo inicialmente que este tipo de análisis corresponde al cruce dialéctico de
registro y organización de la información pertinente al objeto de estudio (generación aprendizajes
del principio del trabajo y la energía cinética), y se desarrolla al finalizar el proceso de recolección
de la información; de acuerdo a Cisterna (2005) este proceso de triangulación pasa por diferentes
fases: selección de la información obtenida en el trabajo de campo, triangulación de los elementos
de información y triangular la información mediante otros instrumentos. De acuerdo con este
sistema referencial, se realiza la triangulación de métodos tomando los resultados obtenidos en las
dos partes que conforman el inicio de la investigación y la final del mismo, de tal manera que
puedan ser contrastados para cada uno de los casos de estudio. Luego de esto, se toman los
resultados obtenidos en la Unidad Didáctica del principio del Trabajo y la Energía Cinética,
identificando y caracterizando los elementos más pertinentes y relevantes de cada uno de los casos,
y su incidencia en el desarrollo de cada una de las actividades desarrolladas en la intervención con
la Unidad Didáctica.
61
7. Análisis de Resultados
Inicialmente los análisis expuestos en este capítulo, se desarrollarán en tres momentos: el
primero con el análisis de las preguntas abiertas de acuerdo a las pautas de análisis (ver tablas 2, 3
y 4) con el fin de identificar las ideas que tiene los estudiantes sobre el principio del trabajo y la
energía cinética relacionado en un hecho de contexto real; para el análisis de los mapas
conceptuales y los párrafos de explicación y de justificación se realizará de forma específica para
el estudio de casos. Para la consolidación de los datos TESTi y TESTf, se realizará una
descripción valorativa de los aprendizajes generados por los estudiantes dentro del proceso de
desarrollo de la investigación.
En un segundo momento se realizará el análisis de aplicación de la Unidad Didáctica del
Principio del Trabajo y la Energía Cinética UDPTEC contextualizada en los accidentes de tránsito,
apoyados por la plataforma virtual www.edmodo.com, la elaboración de documentos en hojas de
cálculo, apoyo de vídeos tutoriales, páginas de consulta general y la realización de animaciones en
el programa de libre acceso Virtual Crash 3.0 (versión demo descargable libremente en la página
oficial) y cada una de las actividades entregables físicamente y por medio magnético, esto aplicado
a cada uno de los cincos casos en estudio.
Una vez consolidado los datos anteriores, se procede a desarrollar el tercer momento del
análisis, que consiste en triangular la información correspondiente a los datos obtenidos en cada
uno de los estudios realizados en los momentos antes y después de la intervención. Esta
triangulación se realizará desde las respuestas de tipo abiertas, el mapa conceptual y las actividades
62
de la Unidad Didáctica, que permiten que cada uno de los casos en estudio sea caracterizado para
identificar el cumplimiento del objeto de estudio del presente trabajo de investigación. La anterior
metodología de análisis, se esquematiza en la figura 4.
Figura 4. Análisis de resultados. Elaborada por el Autor
Los procesos de análisis descritos anteriormente fueron aplicados a 5 estudiantes, que
fueron seleccionados bajo los siguientes criterios:
1. Inicialmente se hizo la separación de los estudiantes por área de formación, que
pertenecían al curso de Física mecánica, entre estas están; ingeniería biomédica, ingeniería
electrónica, ingeniería industrial, ingeniería mecánica e ingeniería mecatrónica; para un total de 5
áreas de formación.
63
2. Ser participe en todo el proceso de la investigación.
3. Haber cumplido con la entrega física y virtual de todas las actividades desarrolladas
en la intervención.
4. Una vez seleccionados los estudiantes por área de formación, se procedió a filtrar los
estudiantes que habían tenido alguna clase de formación en Física mecánica en la misma
universidad u otras universidades, con el fin de tomar los estudios de caso de forma más aislada a
preconceptos que previamente hubiesen desarrollado en otros procesos formativos, es decir,
asumir los aprendizajes desde una perspectiva totalmente nueva.
5. Finalmente, de este último filtro, quedaron entre dos y tres estudiantes por áreas de
formación, de los cuales, se eligió una muestra individual de forma aleatoria.
A continuación, se realiza una que muestra los criterios de selección para el estudio de
caso, y el progreso que permitió seleccionar los estudiantes.
Tabla 5. Proceso y criterios de selección de los estudios de caso Criterio de
selección
Ingeniería
Biomédica
Ingeniería
Electrónica
Ingeniería
Industrial
Ingeniería
Mecánica
Ingeniería
Mecatrónica
Total
1.Estudiantes por
área de formación.
5
5
7
5
5
27
2.Estudiantes que
estuvieron en todo
el proceso de la
investigación.
4
5
5
4
5
23
3.Entrega Física y
virtual de todas las
actividades.
4
4
5
3
5
17
4.Estudiantes que
recibieron
formación
universitaria en
Física con
anterioridad.
2
3
3
2
3
13
5.Selección de
forma aleatoria de
estudiantes.
1
1
1
1
1
5
Nota: elaborada por el Autor
Una vez seleccionados los estudiantes, se procedió a realizar los análisis de forma
individual, desde la información recolectada en el Instrumento de Ideas Previas y el TEST, al igual,
64
que sus procesos de desarrollo individual en las diferentes actividades de la Unidad Didáctica.
7.1 Análisis del instrumento de ideas del principio del trabajo y la energía cinética
Inicialmente se enfatizará en el instrumento de ideas previas sobre el principio del trabajo y la
energía cinética, que se encuentra estructurado en tres partes esenciales; la primera en preguntas
abiertas; la segunda en construcción de mapas conceptuales; y la tercera en la elaboración de un
párrafo explicativo. Dichas preguntas están planteadas del mismo modo al inicio y al final de la
intervención.
Pregunta 1: para la elaboración del análisis de esta pregunta, se planteó a los estudiantes
relacionar conceptos, leyes, teorías, teoremas o principios que se aplican en la investigación de
accidentes de tránsito; para esta pregunta se realiza para cada uno de los casos en estudio, antes y
después de aplicada la Unidad Didáctica, consignado de la siguiente manera:
Tabla 6. Pregunta 1
Frederick
Conceptos asociados antes de la intervención
didáctica
Conceptos asociados después de la intervención
didáctica
Análisis: En el instrumento inicial, Frederick, apunta que no sabe qué conceptos físicos se puede
asociar a los accidentes de tránsito. En el instrumento final, escribe la energía cinética, la velocidad, la
acción y reacción y la tercera ley de Newton. En relación con el principio del trabajo y la energía cinética,
vale resaltar que la velocidad y la energía son parte de dicho principio, por ende, el cambio conceptual
que asocia Frederick es válido a la luz del objeto de estudio de este proyecto. En relación con el concepto
de la tercera ley de Newton, es una manifestación de los conceptos que se trabajaron de manera
superficial, pero no que no se centró el conocimiento en dichas leyes.
65
Ashley
Conceptos asociados antes de la intervención
didáctica
Conceptos asociados después de la intervención
didáctica
Análisis: Ashley propone en el instrumento inicial la palabra “teorías” pero no especifica cuáles o a
cuál puede estarse refiriendo. Luego de la intervención, la estudiante plantea un repertorio más amplio
sobre conceptos que propician una descripción física de los accidentes de tránsito, entre ellos están: la
energía cinética, la velocidad, la energía (contexto general), desplazamiento, masa, calor, trabajo, tiempo,
coeficiente de rozamiento y distancia de frenado; estos conceptos permiten inferir, que la estudiante
relaciona de manera más particular el fenómeno en estudio (accidentes de tránsito), porque cada uno de
estos (tiempo, velocidad, coeficiente de rozamiento, distancia de frenado, rozamiento y masa) están de
forma implícita en el principio físico en estudio, mientras que los otros (energía cinética y trabajo) están
de forma generalizada y que sustentan la comprensión del fenómeno. Finalmente, se puede enfatizar en
que las actividades propiciaron que Ashley asociara los conceptos de manera más pertinente al fenómeno
en estudio.
Joshua
Conceptos asociados antes de la intervención
didáctica
Conceptos asociados después de la intervención
didáctica
Análisis: inicialmente Joshua, hace una descripción de la velocidad de los vehículos, estado de los
operarios después del accidente y el tener en cuenta las normas de tránsito; en relación con esto, la única
percepción válida es la de la velocidad de los vehículos, porque las otras descripciones están ligadas a
condiciones del accidente. En el instrumento final, Joshua describe conceptos tales como: velocidad,
distancia, energía, masa, desplazamiento, rozamiento, trabajo, calor, tiempo, energía cinética, energía
potencial, rapidez y aceleración. Sobre esto se puede analizar que, mantiene el concepto de velocidad,
pero adiciona otros que son fundamentales para describir el principio del trabajo y la energía cinética
Tabla 6 (continua)
66
(trabajo y energía cinética), mientras que los específicos, connotan una relación directa con el fenómeno
en estudio (accidentes de tránsito).
Albert
Concep tos asociados antes de la intervención
didáctica
Conceptos asociados después de la intervención
didáctica
Al inicio de la intervención, Albert plantea los conceptos de inercia, gravedad y velocidad, pero aclara
que no sabe conceptos físicos; de esto se puede analizar que no tiene claro, la definición de “concepto
físico” toda vez que los mencionados anteriormente son variables Físicas, según la demarcación que
realiza. En el instrumento final, escribe de manera general, el principio del trabajo y la ley de la
conservación de la energía. Sobre esto se puede analizar que cita un principio y una ley de forma general,
y sobre estos, no enfatiza conceptos puntuales, lo que quiere decir que asocia de manera global los
accidentes de tránsito con dichos principio y ley (que debe ser asumida más como teorema, pero este
tema no fue tema de discusión en ninguna de sesiones).
Isaac
Conceptos asociados antes de la intervención
didáctica
Conceptos asociados después de la intervención
didáctica
Isaac, enfatiza en la tercera ley de Newton, y a esta le asocia los conceptos específicos de
aceleración, fricción, velocidad, masa y la normal. Dichos conceptos están ligados implícitamente en el
principio del trabajo y la energía cinética, pero con respecto a la tercera ley de Newton, se asume como
consecuencia del análisis de fuerzas que ejercen trabajo dentro del proceso de un accidente. En el
instrumento final, Isaac describe que los accidentes de tránsito están asociados a las variables de, energía,
trabajo, velocidad, rapidez, aceleración, desplazamiento, trayectoria, tercera ley de Newton, masa, peso,
fuerza, gravedad, distancia y tiempo. De los conceptos iniciales, mantiene la velocidad, la aceleración,
la masa y la tercera ley de Newton, pero adiciona conceptos que son complementarios en el
reconocimiento objetivo del principio del trabajo y la energía en este tipo de fenómenos, tales como
energía, trabajo, rapidez, fuerza, gravedad, distancia y tiempo; esto indica que la intervención le permitió
aumentar el repertorio conceptual que tenía inicialmente, y que dichos conceptos adicionales, forman
parte general (energía cinética y trabajo) y especifica (rapidez, fuerza, gravedad, distancia y tiempo)
Tabla 6 (continua)
67
asociado al principio del trabajo y la energía.
Nota: elaborada por el Autor
Pregunta 2: esta pregunta permite identificar que todos los estudiantes la respondieron
afirmando que, si habían presenciado un accidente de tránsito, frente a esto, se puede inferir, que:
a) Los accidentes de tránsito es un tema que permea las realidades sociales en las que se
encuentra el estudiante, es decir, es un fenómeno de contexto real que puede ser tratado en el aula
como ciencia hecha por los científicos donde el estudiante asume su conocimiento para aplicarlo
a una problemática local (Izquierdo, 2004).
b) Los dibujos representan un lenguaje conectado entre sus experiencias y lo que quieren
dar a entender; vale resaltar que, para este caso, los dibujos representativos del accidente narrado
antes y después de la UDPTC muestran cambios significativos, ya que se indican huellas de
frenado, deformación de vehículos, y posiciones finales entre los involucrados; temas que fueron
tratados durante el proceso de investigación.
Pregunta 3: para la respuesta a esta pregunta, se expondrá en cada uno de los estudios de
caso, iniciando por Frederick.
Figura 5. Descripción de variables al inicio del
proceso para Frederick. Elaborada por el Autor
En la descripción de variables, presentes en el accidente, Frederick asoció la velocidad y la
fuerza antes de la colisión, pero se observa que no describió ninguna variable durante y después
del accidente.
68
Figura 6. Descripción de variables al final del
proceso para Frederick. Elaborada por el Autor
En la descripción de variables, Frederick mantiene el concepto de velocidad antes de la
colisión, pero adiciona aceleración y masa. Para el caso de la colisión, Frederick relaciona las
distancias y las deformaciones presentes durante el momento en que los implicados están
desarrollando su mecánica de colisión. Finalmente, indica que después de la colisión, hay una
consecuencia de análisis físico así; “velocidad inicial por la huella de frenado”, que dentro del
proceso de formación se involucró como una evidencia física elemental, que se toma para analizar
la velocidad inicial de los implicados, y aunque parece general, involucra los conceptos más
aplicados al proceso físico de análisis en la investigación de este tipo de fenómenos.
Para Ashley, inicialmente responde con cierta contundencia, al reconocer a través de la
frase, “no tengo claro el tema”, porque posiblemente no relaciona las variables físicas con un
contexto real.
Figura 7. Descripción de variables al inicio del
proceso para Ashley. Elaborada por el Autor
En el cuadro relacionado de variables al final, Ashley relaciona que antes de la colisión
existe tiempo y energía cinética (variables que son asumidas como importantes en la descripción
69
del accidente). Durante la colisión, Ashley manifiesta que las variables físicas presentes son
energía, calor, sonido, tiempo y rozamiento; estas variables están presentes y son válidas para
describir el fenómeno. Finalmente, describe que la velocidad, distancia y tiempo, están asociadas
a después de la colisión, de aquí se puede hacer una conjetura en relación a la velocidad final de
los implicados que es cero, a la distancia asociada en las posiciones finales y al tiempo, que es un
variable independiente en los tres momentos de la colisión.
Figura 8. Descripción de variables al final del proceso
para Ashley. Elaborada por el Autor
Para el siguiente caso en estudio, Albert, inicia relacionando variables de forma descriptiva,
“velocidad de los implicados” y “estado de la vía”, de estas dos se puede analizar que la variable
es la velocidad, pero que el estado de la vía es una condición del fenómeno. Durante la colisión,
Joshua describe el momento del impacto, que es válido, ya que este fenómeno se entiende como
transferencia de movimiento. Finalmente, describe las variables de posición, y el estado de los
operarios (implicados dentro del accidente); de aquí se puede enfatizar en dos aspectos, primero
el físico espacial en el que quedan ubicados los vehículos y el social, que se activa cuando los
implicados resultan afectados en dicho evento de tránsito.
Figura 9. Descripción de variables al inicio del proceso para
Joshua. Elaborada por el Autor
70
Al final del proceso, Joshua, identifica la energía en el antes y el después de la colisión,
después del accidente no relacionado dicha variable, por el hecho de que la energía cinética está
asociada a una partícula en movimiento y que para el caso del accidente las velocidades finales de
los implicados es igual a cero; de igual manera relaciona el trabajo antes de la colisión, que es un
concepto importante del principio de conservación objeto de estudio del presente trabajo, también
manifiesta que el calor es una variable presente (discusión en términos de disipación y/o
transformación de energía cinética anteriormente descrita). Indica que el rozamiento, está presente
durante y después del accidente. Finalmente establece como variable el desplazamiento después
de la colisión.
Figura 10. Descripción de variables al final del proceso para
Joshua. Elaborada por el Autor
En el caso de Albert, inicialmente indica la velocidad y la aceleración, y durante la colisión
identifica inercia, gravedad y tiempo. Después del accidente no identifica ninguna variable. De lo
anterior se puede inferir que tanto la velocidad y la aceleración son variables presentes en el
sistema inicial, pero durante la colisión no debería asumirse la gravedad, ya que entendida como
aceleración es constante en todo el proceso de la colisión.
Figura 11. Descripción de variables al inicio del proceso para
Albert. Elaborada por el Autor
71
Se observa que Albert al final del proceso, identifica o asocia, la velocidad como elemento
antes y durante la colisión, al igual que en el instrumento inicial. Aparecen variables como masa,
fricción, energía cinética, trabajo, rozamiento, distancia y tiempo en el antes y después de la
colisión. Llama la atención que Albert se refiere a la energía potencial dentro del proceso de la
colisión. Entre las variables que describe Albert, él mantiene la masa, la distancia y la fricción
después de la colisión. Dentro de este proceso, se puede notar que todas las variables están
asociadas al principio del trabajo y la energía cinética.
Figura 12. Descripción de variables al final del proceso
para Albert. Elaborada por el Autor
En el siguiente caso, Isaac, inicia con reconocimiento de variables muy asociadas al
principio del trabajo y la energía cinética; velocidad, aceleración, fricción, peso, masa, distancia y
tiempo. Durante la colisión manifiesta la fricción, velocidad, aceleración, distancia y tiempo;
después de la colisión indica que hay aceleración, fricción, tiempo, velocidad y distancia. De
acuerdo con esto, mantuvo en todos los momentos los mismos conceptos, pero solamente el peso
al inicio.
Figura 13. Descripción de variables al inicio del proceso para
Isaac. Elaborada por el Autor
72
En el proceso final, Isaac elabora diagramas de cuerpo libre (diagramas de fuerza) que
describen los procesos de la colisión; también indica en estos dos momentos la velocidad como
diferente de cero antes y durante la colisión. A este diagrama, le asocia un “vector” de transferencia
de energía durante el proceso de colisión. En el momento final, después de la colisión, mantiene
las fuerzas de rozamiento, peso y normal, pero no indica nada en relación con la velocidad, que
puede asociarse con una indicación que los implicados quedaron en reposo o equilibrio estático.
Figura 14. Descripción de variables al final del proceso para
Isaac. Elaborada por el Autor
Pregunta 4: en esta pregunta se busca identificar el uso de modelos algoritmos
fisicomatemáticos (ecuaciones físicas), que podrían ser usados para calcular las variables
mencionadas en la pregunta tres. Para este análisis se esboza una tabla antes y después para cada
uno de los casos de forma compacta (ver tabla 7).
Tabla 7. Descripción de la pregunta 4 en los estudios de caso.
Frederick
En el Instrumento Inicial En el Instrumento Final
Frederick no describe ninguna variable física en el instrumento inicial de ideas previas, mientras
que, en el instrumento de ideas finales, describe las variables físicas (energía cinética y velocidad
inicial descrita desde conceptos de trabajo) y sus respectivos algoritmos físico-matemáticos, que
son válidos de acuerdo a los modelos desarrollados para calcular dichas variables.
73
Ashley
En el Instrumento Inicial En el Instrumento Final
Inicialmente, Ashley no relaciona algún tipo de variable física que pueda calcular, mientras
que, en el instrumento final, describe tres variables; distancia de frenado, energía cinética, y
velocidad inicial; en relación a la distancia de frenado, la asume como la distancia en que un
vehículo puede detenerse hasta quedar en reposo y la velocidad inicial tiene un factor de conversión
a kilómetros por hora (3.6). Esta velocidad es asociada a la velocidad más probable que tenía un
vehículo antes de iniciar el proceso de frenado. Asimismo, Ashley asocia tres conceptos calculables
a partir de las evidencias Físicas EF recolectadas experimentalmente, es decir, asocia algoritmos
fisicomatemáticos que describen el fenómeno real.
Joshua
En el Instrumento Inicial En el Instrumento Final
Albert
En el Instrumento Inicial En el Instrumento Final
La observación inicial que hace Albert, es que no sabe las ecuaciones respectivas, lo que indica
que está asociando las variables físicas con algún procedimiento matemático para ser calculada las
variables que mencionó en el punto 3. Después de haber estado en el proceso, describe finalmente
la velocidad, la energía cinética y la distancia de frenado son calculables; a cada una de estas les
relaciona el algoritmo con el que se puede calcular. Es importante notar, que diferencia en la
velocidad inicial la unidad de medida con la que se arroja el resultado, partido del factor de
conversión de m/s a km/h que es 3,6 y que fue explicado como elemento de inclusión para los
diferentes cálculos dentro del proceso de una investigación de este fenómeno.
Tabla 7 (continua)
74
Isaac
En el Instrumento Inicial En el Instrumento Final
Isaac inicialmente intenta relacionar la velocidad y la aceleración como variables físicas medibles,
y les coliga algoritmos, que para ambos casos son erróneos; lo que aquí se considera observable es
que hace una relación entre dos conceptos presentes en este tipo de fenómenos y sus ideas previas
de forma gráfica (denotación de ecuaciones). En el instrumento final, Isaac no solamente relaciona
las tres variables asociadas al principio del trabajo y la energía cinética, sino que también las
explica; en este caso, define implícitamente el principio en estudio de la siguiente forma: “energía
cinética utilizada durante el accidente para la realización del trabajo”, lo que indica que
caracteriza este fenómeno como una manifestación de transformación de energía. De igual manera
explica, que la huella de frenado está relacionada con las evidencias que dejan los vehículos, por
ende, a este contexto aplicativo, se le puede asociar como otro tipo de manifestación de la energía
cinética que tienen los involucrados antes de accidente.
Nota: elaborada por el Autor
Pregunta 5: en esta pregunta, se pretendía obtener por parte de los estudiantes, un breve
escrito de cómo ellos consideran que se podría aplicar el principio de trabajo y la energía con
fuerzas no conservativas en el análisis de los accidentes de tránsito, lo que arrojó los siguientes
cambios, del antes y después de la aplicación de la UDPTEC:
Tabla 8. Descripción del texto explicativo en los estudios de caso.
Frederick
En el Instrumento Inicial En el Instrumento Final
En el instrumento inicial, Frederick manifiesta que no sabe cómo relacionar el principio en estudio,
lo que implica que no tiene claridad sobre la incidencia del estudio de este tipo de fenómenos desde
Tabla 7 (continua)
75
los conceptos de la Física. En el instrumento final, Frederick manifiesta que la energía cinética está
asociada al movimiento de un vehículo, y a este le asocia que realiza trabajo cuando deja huella de
frenado, de tal manera que pone de manifiesto que está relacionando el principio del trabajo y la
energía cinética con las dos variables importantes en este fenómeno; la energía cinética y el trabajo
con fuerzas disipativas.
Ashley
En el Instrumento Inicial En el Instrumento Final
Ashley inicialmente no manifiesta ninguna relación del PTEC en el análisis de este tipo de
fenómenos. Luego de aplicado el proceso metodológico, manifiesta en el instrumento final que la
energía cinética está asociada al movimiento y el principio del trabajo lo relaciona con la huella de
frenado; de aquí se puede notar que el cambio de explicación sobre el principio en estudio está más
fundamentado desde la explicación y el argumento, al igual que la relación con un fenómeno de
contexto real.
Joshua
En el Instrumento Inicial En el Instrumento Final
Para el caso de Joshua, inicialmente describe el reconocimiento de variables “analizando las
variables”; después expone la necesidad de “argumentar lo sucedido mediante cálculos para sacar
una conclusión”; dichas apreciaciones iniciales tienen una importante relación en la discusión
científica de los eventos de este tipo. En el instrumento final, hace un reconocimiento al concepto
de trabajo y su manifestación en el movimiento de los implicados; dicha manifestación la relaciona
con disipación de energía durante el momento de la colisión. De lo anterior, se puede analizar que,
concreta el principio del trabajo y la energía cinética, asociando de forma directa con los accidentes
de tránsito, el trabajo y la disipación de energía por colisión.
Tabla 8 (continua)
76
Albert
En el Instrumento Inicial En el Instrumento Final
Albert por su parte, inicialmente describe que no sabe dar una breve explicación del principio
del trabajo y la energía cinética aplicados en este tipo de fenómenos, mientras que en instrumento
final, Albert manifiesta que se pueden calcular variables como la velocidad (asociándolas a las
características de un vector “magnitud y dirección”); a dicha velocidad la relaciona de forma
directa con la energía cinética, que efectivamente es una respuesta dinámica a dicha manifestación
del principio en estudio, pero, incurre en una contextualización de la huella de frenado como
manifestación de energía, pero no lo asocia con el trabajo.
Isaac
En el Instrumento Inicial En el Instrumento Final
Isaac inicialmente no relaciona nada en los espacios para responder a la pregunta, lo que implica
que no asocia el principio del trabajo y la energía con dicho fenómeno en estudio; después en el
instrumento final, plantea tres fases en las que se presenta un accidente de tránsito, “antes, durante
y después”, asociando la energía (en relación con esta usa la palabra “especialmente”) y el trabajo
en todos los momentos del accidente. Finalmente relaciona el cálculo de la velocidad final con la
huella de frenado; aquí vincula el cálculo de la variable física a partir de modelos elaborados en
clase, lo que implica que explica el principio del trabajo y la energía cinética en un contexto
medible y asociado a un fenómeno real.
Nota: elaborada por el Autor
Pregunta 6: en esta pregunta, se solicitó a los estudiantes asociar conceptos físicos a través
de un mapa conceptual, teniendo en cuenta 17 palabras (velocidad, energía, fuerza,
desplazamiento, rozamiento, fricción, aceleración, aceleración gravitacional, masa, peso, calor,
energía cinética, dinámica, energía potencial, cinemática, sistema de referencia y tiempo) en el
IIPTEC. Para el instrumento inicial y final, se solicitó hacer el mapa conceptual con las mismas
palabras, pero con la consideración de que podían ignorar aquellas palabras que no estuvieran
Tabla 8 (continua)
77
asociadas al principio del trabajo y la energía cinética. Para esta pregunta se analizaron de igual
forma cada caso de estudio, con el uso de la rúbrica de caracterización de los mapas conceptuales;
para cada mapa se elaboró una tabla de puntos valorativos para las proposiciones, jerarquías,
conexiones cruzadas y ejemplos; para dicha descripción se elaboraron las tablas comparativas de
los mapas iniciales y finales para cada estudio de caso, de la siguiente manera:
Tabla 9. Descripción de mapas iniciales y finales de Frederick. Frederick
Indicador de
evaluación
Mapa Inicial Mapa Final
Proposiciones No realiza ninguna proposición entre los
conceptos.
El mapa conceptual no presenta ninguna
proposición.
Jerarquía Ubica de manera superior el concepto de
energía potencial y a este le asocia dos
vertientes subdivididos en aceleración y
energía cinética.
La aceleración la relaciona
jerárquicamente en su orden con:
velocidad, energía, fuerza y
desplazamiento.
La energía cinética la jerarquiza en su
orden con: rozamiento, fricción, masa,
peso y dinámica.
Ubica la energía como concepto más general.
Subjerarquiza el trabajo como parte de la
definición de la energía.
Contextualiza la energía cinética como un
sub concepto.
Pone de manifiesto que el rozamiento es
jerárquicamente superior a la manifestación de
este a través de la disipación de calor.
Jerarquiza la velocidad de forma superior en
relación con el tiempo.
Conexiones
cruzadas
No realiza ninguna conexión cruzada. Conecta el concepto definitorio de energía
con el trabajo.
Conecta la energía en su forma más general
con la energía cinética.
La energía cinética la asocia con al
rozamiento y el desplazamiento.
Ejemplos El mapa conceptual no presenta ningún
tipo de ejemplo.
Ejemplifica la distancia con la huella de
frenado.
Manifiesta que el tiempo es la separación de
acontecimientos.
Nota: elaborada por el Autor
78
Figura 15. Mapa conceptual inicial de Frederick. Elaborada por el Autor
Figura 16. Mapa conceptual final de Frederick. Elaborada por
el Autor
Tabla 10. Descripción de mapas iniciales y finales de Ashley Ashley
Indicador de
evaluación
Mapa Inicial Mapa Final
Proposiciones No utiliza palabras que enlacen los
conceptos.
Realiza la proposición entre el
desplazamiento asociado a un trabajo, con la
distancia que describe la huella de frenado, que
viene de la definición del concepto de velocidad.
79
Tabla 10 (continua) Ashley
Indicador de
evaluación
Mapa Inicial Mapa Final
Jerarquía Pone de manifiesto que el concepto más
importante es el de la energía cinética.
Relaciona la aceleración como concepto
superior al desplazamiento, que es válido, pero
luego pone de manera inferior la velocidad; estas
asociadas a la energía.
La energía de forma más general es
jerarquizada de manera inferior a la energía
cinética.
Jerarquiza la energía como superior al
concepto de fuerza.
Interpreta por jerarquías la fuerza como
superior a la masa, pero la masa inferior al peso.
Jerarquiza la energía potencial como
inferior a la energía cinética y jerarquiza a esta,
el concepto de calor, seguido del de fricción.
Jerarquiza la palabra energía en un contexto más
general.
Sub jerarquiza los conceptos de energía cinética y
trabajo.
La energía cinética la pone en mayor jerarquía
porque les asocia a dos conceptos inferiores; masa y
velocidad.
La velocidad la jerarquiza como concepto
asociado superior al tiempo y a la distancia.
La fuerza de rozamiento la subjerarquiza con
relación al trabajo; este último lo asocia con calor y
sonido como disipación.
Conexiones
cruzadas
No hay relaciones cruzadas. Realiza la conexión cruzada entre la definición de
energía de manera general.
La energía cinética la cruza con los conceptos de
masa y velocidad.
La velocidad la cruza con definiciones de tiempo
y distancia.
El trabajo lo conecta con el desplazamiento y el
rozamiento.
El rozamiento lo conecta con la trasferencia de
energía y la disipación de energía.
La disipación la conecta con el calor y el sonido.
Ejemplos El mapa conceptual no presenta ningún tipo
de ejemplo.
Ejemplifica la distancia con la huella de frenado.
Ejemplifica la distancia con la posición inicial y
final de un cuerpo.
Ejemplifica el tiempo con la división de
acontecimiento en tres tiempos; antes, durante y
después.
Nota: elaborada por el Autor
80
Figura 17. Mapa conceptual inicial de Ashley. Elaborada por el
Autor
Figura 18. Mapa conceptual final de Ashley. Elaborada por el Autor
81
Tabla 11. Descripción de mapas iniciales y finales de Joshua. Joshua
Indicador de
evaluación
Mapa Inicial Mapa Final
Proposiciones El mapa conceptual no presenta
ninguna proposición.
Propone la relación entre fuerzas conservativas
y no conservativas asociadas al trabajo.
Jerarquía Jerarquiza las variables dentro de la
aplicación en accidentes de tránsito,
pero asociado como eje central.
La energía como concepto más general.
El trabajo como concepto inferior a la
energía.
La energía cinética y la energía potencial
están en la misma jerarquía, pero son
subjerarquizadas a la energía.
Conexiones
cruzadas
Realiza la conexión de variables en un
accidente de tránsito con el peso, la
velocidad, el rozamiento, el
desplazamiento, la fricción, la
aceleración y la masa; elaboración tipo
mapa mental.
Relaciona la energía con el trabajo.
El trabajo lo relaciona con fuerza.
La fuerza la relaciona con dos características:
conservativas y no conservativas.
Conecta la energía con las formas de energía
cinética y potencial.
Ejemplos El mapa conceptual no presenta
ningún tipo de ejemplo.
Ejemplifica las formas de energía en;
mecánica, química, térmica, eléctrica y
magnética.
Relaciona los accidentes de tránsito como
ejemplo de la manifestación energía cinética.
Asocia el trabajo como disipación de energía
en un accidente de tránsito.
Identifica conceptos físicos como velocidad,
masa, desplazamiento y calor para asociarlos
con la importancia que tienen en el análisis de
accidentes de tránsito.
Elabora ejemplificación entre la energía y las
fuentes renovables y no renovables.
La fuerza conservativa la ejemplifica con el
peso, que es constante.
La fuerza no conservativa la ejemplifica con
la fuerza de rozamiento en que se presenta
perdida de energía.
Nota: elaborada por el Autor
82
Figura 19. Mapa conceptual inicial de Joshua.
Elaborada por el Autor
Figura 20. Mapa conceptual final de Joshua.
Elaborada por el Autor
83
Tabla 12. Descripción de mapas iniciales y finales de Albert. Albert
Indicador de
evaluación
Mapa Inicial Mapa Final
Proposiciones No realiza ninguna proposición entre
los conceptos.
Manifiesta que energía cinética se puede
disiparse en calor, sonido y deformación.
Asocia la disipación de energía como el
desplazamiento de la fuerza de rozamiento.
Propone que la energía cinética está asociada
al trabajo. Elabora la definición entre cantidades
escalares y vectoriales; estas asociadas a
magnitudes Físicas asociadas al trabajo.
Jerarquía No jerarquiza un concepto superior en
el mapa, pero escribe un linaje superior para
la velocidad en relación con la aceleración
y el tiempo, luego relaciona la masa como
concepto superior al peso y la fuerza.
Finalmente, da jerarquía el concepto de
rozamiento y luego a la fricción.
Jerarquiza la energía cinética como concepto
superior del mapa.
Jerarquiza la energía cinética como una
asociación del concepto más específico de la
energía.
Conexiones
cruzadas
No realiza conexiones cruzadas, de
hecho, separa los conceptos por
características asociadas a su definición
Física: “velocidad-aceleración-tiempo”;
estas asociadas al movimiento, “masa-
peso-fuerza”; asociadas a las propiedades
Físicas de un cuerpo y “rozamiento-
fricción”; asociadas a una consecuencia de
contacto entre dos superficies.
La energía la conecta con la energía cinética
y los accidentes de tránsito de forma asociada.
Conecta la energía cinética con la disipación,
al punto de cruzarla con el calor, el sonido y la
deformación.
Elabora una conexión entre el trabajo y la
fuerza de rozamiento.
La fuerza de rozamiento como concepto
central entre el trabajo y la disipación de energía.
Ejemplos No realiza ejemplos que estén
asociados a los conceptos.
Ejemplifica la disipación de energía en el
proceso de frenado.
Pone de ejemplo la distancia de la huella de
frenado como relación con la fuerza de
rozamiento.
Relaciona el tiempo como variable Física que
describe “momentos antes del impacto”,
“transcurso del accidente” y la masa asociada a
“partículas; automóviles y personas”.
Nota: elaborada por el Autor
84
Figura 21. Mapa conceptual inicial de Albert.
Elaborada por el Autor
Figura 22. Mapa conceptual final de Albert. Elaborada por el Autor
85
Tabla 13. Descripción de mapas iniciales y finales de Isaac Isaac
Indicador de
evaluación
Mapa Inicial Mapa Final
Proposiciones El mapa conceptual no presenta
ninguna proposición.
Propone que los conceptos propios de la
cinemática (tiempo, distancia, velocidad y
aceleración) y la dinámica (fuerzas a distancia y
contacto) están implícitos en los accidentes de
tránsito y que a partir de ello se pueden calcular
variables Físicas.
Jerarquía Ubica el concepto de sistema de
referencia como concepto general.
Jerarquiza la aceleración en relación a
la aceleración gravitacional.
La fricción la jerarquiza de manera
mayor al rozamiento.
Subdivide en dos jerarquías menores:
dinámica y cinemática.
Ubica la energía como concepto más
importante.
Subdivide la energía en energía cinética y
energía potencial.
Relaciona las clases de fuerza de contacto y a
distancia.
Conexiones
cruzadas
La dinámica la conecta con la
velocidad, el desplazamiento y el
tiempo.
La cinemática está conectada a la
aceleración, la fricción y la energía.
La energía la conecta entre energía
cinética y fuerza.
Conecta la energía cinética con su definición
“energía asociada al movimiento” y ésta última
a su vez con la cinemática.
Conecta la cinemática con los conceptos de
tiempo, distancia, velocidad y aceleración.
Asocia las fuerzas a distancia y de contacto
con la energía potencial.
Elabora las conexiones entre las formas de
disipación de la energía (calor, sonido, frenado,
deformación y transferencia de energía).
Ejemplos El mapa conceptual no presenta
ningún tipo de ejemplo.
Conecta los conceptos en el ejemplo de los
accidentes de tránsito.
Pone de ejemplo los accidentes con energía
que se disipada.
Pone de ejemplo la huella de frenado como
acción de disipación de energía.
Hace uso de algoritmos para definir la energía
cinética y la velocidad inicial.
Nota: elaborada por el Autor
86
Figura 23. Mapa conceptual inicial de Isaac. Elaborada por
el Autor
Figura 24. Mapa conceptual final de Isaac. Elaborada por el Autor
87
7.2 Análisis del instrumento de selección múltiple TESTi y TESTf.
Para el análisis del instrumento TESTi y TESTf, de analizarán las 15 preguntas de selección
múltiple asociadas a las categorías (describir un fenómeno físico real, analizar un fenómeno
físico real, definir conceptos físicos, modelizar algoritmos físico-matemáticos y solucionar de
problemas de contexto), de las cuales existen 3 preguntas en relación a la primera categoría
(descripción), 2 preguntas con relación a la segunda categoría (análisis), 4 preguntas con relación
a las tercera categoría (definición), 3 preguntas con relación a la cuarta categoría (modelización)
y finalmente, 3 preguntas con relación a la categoría de contexto. De igual manera, las opciones
de respuesta están enmarcadas en tres niveles de conceptualización (concepto permisivo,
concepto concreto, concepto pertinente). Dichas categorías fueron son analizadas para cada uno
de los estudios de caso del presente trabajo.
Tabla 14. Análisis de categorías
Análisis para el caso de Frederick
En la categoría de describir un fenómeno físico real, de las tres preguntas respondió una en el nivel
permisible, una en el nivel concreto y al rescatante en nivel pertinente en el TESTi. Para el TESTf,
eligió las tres respuestas en el nivel pertinente, es decir que: interpreta fenómenos físicos reales a partir
de diversos conceptos físicos, describe fenómenos físicos con un lenguaje científico adecuado y
argumenta por qué se puede aplicar principios, teoremas, leyes y conceptos de Física en la descripción
de fenómenos físicos.
1 1 1
3
0 0
P ERT INENTE CONCRETO PERM I S I B L E
TESTi TESTf
88
En la categoría de analizar un fenómeno físico real, en el TESTi respondió una pregunta en el nivel
permisible y una en el nivel concreto. En el TESTf, respondió dos en el nivel pertinente, lo que quiere
decir que; reconoce los principios físicos relacionados con el trabajo y la energía, mejora sus procesos
de análisis en la obtención de datos a partir de evidencias Físicas y considera la Física como una ciencia
experimental en contextos reales.
En la categoría de definir conceptos físicos, inicialmente en el TESTi respondió dos preguntas en el
nivel concreto y dos en el nivel permisible. En el TESf respondió 4 preguntas en el nivel pertinente, lo
que quiere decir que; define los conceptos físicos desde el enunciado como en su aplicación y diferencia
los conceptos físicos variantes dentro del proceso de desarrollo de un accidente de tránsito.
En la categoría de modelizar algoritmos físicos – matemáticos, respondió en el TESTi las tres
preguntas en el nivel permisible, pero en el TESf, respondió una pregunta en el nivel concreto y dos en
el nivel pertinente, lo que indica que; plantea los algoritmos necesarios para calcular el trabajo generado
por fuerzas no conservativas, aplica los algoritmos necesarios para calcular la energía cinética de una
partícula y reflexiona frente a los cálculos numéricos del trabajo y la energía cinética, asociando el
principio del trabajo y la energía cinética.
1 1
0
2
0 0
P E R T INENT E CONCRE TO P ERM I S I B L E
TESTi TESTf
0
2 2
4
0 0
P ERT INENTE CONCRETO PERMI S I B L E
TESTi TESTf
0 0
3
2
1
0
P E R T INENT E CONCRE TO PERM I S I B L E
TESTi TESTf
89
En la categoría de solucionar problemas de contexto, en el TESTi respondió 2 eligió dos respuestas
en el nivel concreto y una en el nivel permisible. Después de la intervención, en el TESTf, respondió
una pregunta en el nivel concreto y dos en el nivel pertinente, lo que quiere decir que; interpreta los
datos numéricos del principio del trabajo y energía cinética, para explicar un fenómeno físico real y
confronta las opiniones de sus compañeros y da a conocer sus ideas y argumentos sobre lo que
posiblemente generó el fenómeno físico en estudio.
Análisis Global de las categorías para Frederick
En general, en el TESTi en las tres categorías, existe una tendencia definid al nivel pertinente, ya que,
de las 15 preguntas planteadas, 7 están descritas en este nivel con un nivel de tendencia del 47%; 6 están
en el nivel concreto con un 40% y, 2 respuestas en el nivel pertinente con solo un 13%.
En el TESTf, se observa una tendencia hacia el nivel pertinente, lo que quiere decir que, de las 15
preguntas, 13 respuestas están en dicho nivel con un 87%, a éste le sigue, el nivel concreto con solo 2
respuestas de las 15 preguntas planteadas, que corresponden al 13%. Llama la atención que el nivel
permisible tuvo una tendencia del 0%, es decir, que ninguna opción de respuesta estuvo en este nivel.
0
2
1
2
1
0
P E R T INENT E CONCRE TO PERM I S I B L E
TESTi TESTf
13%
40%
47%
PERTINENTE CONCRETO PERMISIBLE
90
Análisis del caso de Ashley
En la categoría de describir un fenómeno físico real, respondió una en el nivel concreto y dos en el
nivel pertinente, en el TESTi. Para el TESTf, eligió las dos respuestas en el nivel pertinente, y una en
el nivel permisible, es decir que: interpreta fenómenos físicos reales a partir de diversos conceptos físicos
y describe fenómenos físicos con un lenguaje científico adecuado.
En la categoría de analizar un fenómeno físico real, en el TESTi respondió una pregunta en el nivel
permisible y una en el nivel pertinente. En el TESTf, eligió las dos respuestas en el nivel pertinente, lo
que quiere decir que; reconoce los principios físicos relacionados con el trabajo y la energía, mejora sus
procesos de análisis en la obtención de datos a partir de evidencias Físicas y considera la Física como
una ciencia experimental en contextos reales.
PERTINENTE87%
CONCRETO13%
PERMISIBLE0%
2
1
0
2
0
1
P E R T INENT E CONCRE TO PERM I S I B L E
TESTi TESTf
1
0
1
2
0 0
P E R T INENT E CONCRE TO PERM I S I B L E
TESTi TESTf
91
En la categoría de definir conceptos físicos, inicialmente en el TESTi respondió cuatro preguntas en
el nivel pertinente. En el TESf respondió 2 preguntas en el nivel pertinente, una en el nivel concreto y
una en el nivel permisible, lo que quiere decir que; define los conceptos físicos desde el enunciado como
en su aplicación, pero no diferencia los conceptos físicos variantes dentro del proceso de desarrollo de
un accidente de tránsito.
En la categoría de modelizar algoritmos físicos – matemáticos, respondió en el TESTi dos preguntas
en el nivel permisible y una en el nivel pertinente, mientras que en el TESf, respondió las tres preguntas
en el nivel pertinente, lo que indica que; plantea los algoritmos necesarios para calcular el trabajo
generado por fuerzas no conservativas, aplica los algoritmos necesarios para calcular la energía cinética
de una partícula y reflexiona frente a los cálculos numéricos del trabajo y la energía cinética, asociando
el principio del trabajo y la energía cinética, al igual que relaciona algunos fenómenos físicos con el
principio del trabajo y la energía cinética.
En la categoría de solucionar problemas de contexto, en el TESTi respondió una en el nivel
pertinente y dos en el nivel concreto. Después de la intervención, en el TESTf, respondió una pregunta
en el nivel pertinente y dos en el nivel concreto, lo que quiere decir que; interpreta los datos numéricos
del principio del trabajo y energía cinética, para explicar un fenómeno físico real y confronta las
opiniones de sus compañeros y da a conocer sus ideas y argumentos sobre lo que posiblemente generó
el fenómeno físico en estudio.
4
0 0
2
1 1
P E R T INENT E CONCRE TO PERM I S I B L E
TESTi TESTf
1
0
2
3
0 0
P E R T INENT E CONCRE TO PERM I S I B L E
TESTi TESTf
92
Análisis Global de las categorías para Ashley
En el TESTi, se observa una tendencia al nivel permisible con una tendencia al 60%, que es un
equivalente a 9 respuestas de las 15 planteadas en el TEST, mientras que, para los niveles concretos y
permisibles, la tendencia es la misma con 20% (equivalente a 3 preguntas sobre este nivel).
En el TESTf, se observa que el nivel pertinente tuvo un incremento del 75% (15% más al inicial), es
decir que, de 15 preguntas, 12 respuestas están en este nivel, mientras que el nivel concreto disminuyó
al 6%, que son equivalentes a una respuesta y, en el nivel permisible disminuyó en un 1% (20% el
inicial).
1
2
0
3
0
1
P E R T INENT E CONCRE TO PERM I S I B L E
TESTi TESTf
60%20%
20%
PERTINENTE CONCRETO PERMISIBLE
75%
6%
19%
PERTINENTE CONCRETO PERMISIBLE
93
Análisis del caso de Joshua
En la categoría de describir un fenómeno físico real, de las tres preguntas respondió una en el nivel
pertinente y dos en el nivel permisible, en el TESTi. Para el TESTf, eligió las dos respuestas en el nivel
pertinente, y una en el nivel permisible, es decir que de acuerdo a las categorías: interpreta fenómenos
físicos reales a partir de diversos conceptos físicos y argumenta por qué se puede aplicar principios,
teoremas, leyes y conceptos de Física en la descripción de fenómenos físicos.
En la categoría de analizar un fenómeno físico real, tanto en el en el TESTi y TESTf respondió una
pregunta en el nivel concreto y una en el nivel pertinente, que de acuerdo a las categorías de análisis
reconoce los principios físicos relacionados con el trabajo y la energía y considera la Física como una
ciencia experimental en contextos reales.
En la categoría de definir conceptos físicos, inicialmente en el TESTi, de las cuatro preguntas
respondió una pregunta en el nivel pertinente, una en el nivel concreto y dos en el nivel permisible. En
el TESTf, respondió las cuatro preguntas en el nivel pertinente, lo que permite decir que; define los
conceptos físicos desde el enunciado como en su aplicación, diferencia los conceptos físicos variantes
dentro del proceso de desarrollo de un accidente de tránsito y asocia la Física como herramienta de
investigación forense.
1
0
22
0
1
P E R T INENT E CONCRE TO PERM I S I B L E
TESTi TESTf
1 1
0
1 1
0
P E R T INENT E CONCRE TO PERM I S I B L E
TESTi TESTf
94
En la categoría de modelizar algoritmos físicos – matemáticos, de las tres preguntas en el TESTi,
respondió dos preguntas en el nivel permisible y una en el nivel concreto, mientras que en el TESf,
respondió dos preguntas en el nivel pertinente y una en el nivel concreto, esto indica que: aplica los
algoritmos necesarios para calcular la energía cinética de una partícula, reflexiona frente a los cálculos
numéricos del trabajo y la energía cinética, asociando el principio del trabajo y la energía cinética y
plantea hipótesis desde los cálculos numéricos que le permiten sustentar Físicamente qué pasó antes,
durante y después de un fenómeno físico.
En la categoría de solucionar problemas de contexto, en el TESTi, de las tres preguntas, respondió
estas en el nivel concreto. Después de la intervención, en el TESTf, respondió dos preguntas en el nivel
pertinente y una en el nivel permisible, lo que quiere decir que: confirma las hipótesis mediante la
animación de fenómenos físicos a través del software e interpreta los datos numéricos del principio del
trabajo y energía cinética, para explicar un fenómeno físico real.
1 1
2
4
0 0
P E R T INENT E CONCRE TO PERM I S I B L E
TESTi TESTf
0
1
22
1
0
P E R T INENT E CONCRE TO PERM I S I B L E
TESTi TESTf
95
Análisis Global de las categorías para Joshua
En el TESTi, se observa una tendencia igual para los niveles permisibles y concretos con un 40%
(equivalentes a 6 respuestas de las 15), mientras que, para el nivel pertinente, este se encuentra en un
porcentaje del 20%, que es equivalente a 3 respuestas de las 15 planteadas en el TEST.
En el TESTf, se observa que el nivel pertinente tuvo un incremento al 73% (53% más al inicial), que
son equivalentes a 11 respuestas en este nivel, mientras que, en el nivel concreto, se observa una
disminución al 14% (26% menos a la inicial) que corresponde a 2 respuestas en este nivel, y finalmente,
en el nivel permisible se observa una disminución en un 27% (40% el inicial), que corresponde a
disminuir a 2 respuestas en esta categoría.
0
3
0
2
0
1
P E R T INENT E CONCRE TO PERM I S I B L E
TESTi TESTf
20%
40%
40%
PERTINENTE CONCRETO PERMISIBLE
96
Análisis del caso de Albert
En la categoría de describir un fenómeno físico real, de las tres preguntas respondió una en el nivel
pertinente, una en el nivel concreto y una en el nivel permisible, en el TESTi. Para el TESTf, eligió las
tres respuestas en el nivel pertinente, es decir que de acuerdo a las categorías: interpreta fenómenos
físicos reales a partir de diversos conceptos físicos, describe fenómenos físicos con un lenguaje
científico adecuado y argumenta por qué se puede aplicar principios, teoremas, leyes y conceptos de
Física en la descripción de fenómenos físicos.
En la categoría de analizar un fenómeno físico real, en el TESTi escogió una respuesta en el nivel
pertinente y una en el nivel concreto. Para el TESTf, respondió las dos preguntas en el nivel pertinente,
que de acuerdo a las categorías se puede afirmar que reconoce los principios físicos relacionados con el
trabajo y la energía y considera la Física como una ciencia experimental en contextos reales.
73%
14%
13%
PERTINENTE CONCRETO PERMISIBLE
1 1 1
3
0 0
P E R T INENT E CONCRE TO PERM I S I B L E
TESTi TESTf
97
En la categoría de definir conceptos físicos, inicialmente en el TESTi, de las cuatro preguntas
respondió una pregunta en el nivel pertinente, una en el nivel concreto y dos en el nivel permisible. En
el TESTf, respondió las cuatro preguntas en el nivel pertinente, lo que permite decir que; define los
conceptos físicos desde el enunciado como en su aplicación, diferencia los conceptos físicos variantes
dentro del proceso de desarrollo de un accidente de tránsito y asocia la Física como herramienta de
investigación forense.
En la categoría de modelizar algoritmos físicos – matemáticos, de las tres preguntas en el TESTi,
respondió dos preguntas en el nivel pertinente y una en el nivel concreto, mientras que en el TESf,
respondió una pregunta en el nivel pertinente, una en el nivel concreto y una en el nivel permisible, esto
indica que: plantea los algoritmos necesarios para calcular el trabajo generado por fuerzas no
conservativas y aplica los algoritmos necesarios para calcular la energía cinética de una partícula.
1 1
0
2
0 0
P E R T INENT E CONCRE TO PERM I S I B L E
TESTi TESTf
1 1
2
4
0 0
P E R T INENT E CONCRE TO PERM I S I B L E
TESTi TESTf
98
En la categoría de solucionar problemas de contexto, en el TESTi, de las tres preguntas, respondió
estas en el nivel concreto. En el instrumento TESTf, respondió dos preguntas en el nivel pertinente y
una en el nivel permisible, lo que quiere decir que: aplica el principio del trabajo y la energía cinética
para conocer las velocidades de los implicados antes del accidente de tránsito y confirma las hipótesis
mediante la animación de fenómenos físicos a través del software.
Análisis Global de las categorías para Albert
En el TESTi, se observa una tendencia al nivel concreto con el 47 % (equivalentes a 7 respuestas de
las 15), mientras que el nivel que le sigue en orden descendente es el pertinente con un total de 5
respuestas en este nivel, y finalmente se encuentra el nivel pertinente con un 20%, equivalente a 3
respuestas en este nivel.
2
1
0
1 1 1
P E R T INENT E CONCRE TO P ERM I S I B L E
TESTi TESTf
0
3
0
2
0
1
P E R T INENT E CONCRE TO PERM I S I B L E
TESTi TESTf
99
En el TESTf, se observa que el nivel pertinente tuvo una tendencia al 80% (50% más al inicial), que
son equivalentes a 12 respuestas en este nivel, mientras que, en el nivel concreto, se observa una
disminución al 7% (40% menos a la inicial) que corresponde a una respuesta en este nivel, y finalmente,
en el nivel permisible se observa una disminución en un 13% (20% el inicial), que corresponde a 2
respuestas en esta categoría.
Análisis del caso de Isaac
En la categoría de describir un fenómeno físico real, de las tres preguntas respondió una en el nivel
concreto, y dos en el nivel pertinente, correspondientes al TESTi. Para el TESTf, eligió las tres
respuestas en el nivel pertinente, que de acuerdo a las categorías: interpreta fenómenos físicos reales a
partir de diversos conceptos físicos, describe fenómenos físicos con un lenguaje científico adecuado y
argumenta por qué se puede aplicar principios, teoremas, leyes y conceptos de Física en la descripción
de fenómenos físicos.
33%
47%
20%
PERTINENTE CONCRETO PERMISIBLE
80%
7%
13%
PERTINENTE CONCRETO PERMISIBLE
100
En la categoría de analizar un fenómeno físico real, en el TESTi escogió las dos respuestas en el
nivel concreto. Para el TESTf, respondió las preguntas en el nivel concreto y una pregunta en el nivel
pertinente, que de acuerdo a las categorías se puede afirmar que: mejora sus procesos de análisis en la
obtención de datos a partir de evidencias Físicas y considera la Física como una ciencia experimental
en contextos reales.
En la categoría de definir conceptos físicos, inicialmente en el TESTi, de las cuatro preguntas
respondió una pregunta en el nivel concreto, y tres en el nivel permisible. En el TESTf, respondió, de
las cuatro preguntas, una en el nivel concreto y tres en el nivel pertinente, que de acuerdo a las categorías
de análisis se puede afirmar que: define los conceptos físicos desde el enunciado como en su aplicación
y diferencia los conceptos físicos variantes dentro del proceso de desarrollo de un accidente de tránsito.
2
1
0
3
0 0
P E R T INENT E CONCRE TO P ERM I S I B L E
TESTi TESTf
0
2
0
1 1
0
P E R T INENT E CONCRE TO PERM I S I B L E
TESTi TESTf
0
1
33
1
0
P E R T INENT E CONCRE TO PERM I S I B L E
TESTi TESTf
101
En la categoría de modelizar algoritmos físicos – matemáticos, para esta categoría, tanto en el TESTi
y TESTf, las respuestas estuvieron marcadas por la misma tendencia (una respuesta en el nivel
permisible, una en el nivel concreto y una en el nivel concreto), lo que permite hacer una lectura acorde
a las categorías de análisis que: plantea los algoritmos necesarios para calcular el trabajo generado por
fuerzas no conservativas.
En la categoría de solucionar problemas de contexto, en el TESTi, de las tres preguntas, dos en el
nivel concreto y una en el nivel pertinente. En el instrumento TESTf, respondió dos preguntas en el
nivel pertinente y una en el nivel concreto, lo que quiere decir que: interpreta los datos numéricos del
principio del trabajo y energía cinética, para explicar un fenómeno físico real y confirma las hipótesis
mediante la animación de fenómenos físicos a través del software.
Análisis Global de las categorías para Isaac
En el TESTi, se observa una tendencia al nivel concreto con el 60% (equivalentes a 9 respuestas de
las 15), mientras que los niveles permisibles y pertinentes tienen una tendencia del 20%, equivalentes a
3 respuestas sobre las 15 del total de las preguntas.
1 1 11 1 1
P ERT INENTE CONCRETO PERMI S I B L E
TESTi TESTf
0
2
1
2
1
0
P E R T INENT E CONCRE TO PERM I S I B L E
TESTi TESTf
102
En el TESTf, se observa que el nivel pertinente tuvo una tendencia al 67% (47% más al inicial), que
son equivalentes a 10 respuestas en este nivel, mientras que, en el nivel concreto, se observa una
disminución al 27% (33% menos a la inicial) que corresponde a 4 respuestas en este nivel, y finalmente,
en el nivel permisible se observa una disminución al 6% (20% el inicial), que corresponde a una
respuesta en esta categoría.
Nota: elaborada por el Autor
7.3 Análisis de la aplicación de la unidad didáctica
En este apartado, se realizará un análisis descriptivo sobre la aplicación de la Unidad Didáctica del
Principio del Trabajo y la Energía Cinética, teniendo en cuenta a los estudiantes seleccionados en
el estudio de casos (Frederick, Ashley , Joshua, Albert e Isaac), para cada una de las actividades
20%
60%
20%
PERTINENTE CONCRETO PERMISIBLE
67%
27%
6%
PERTINENTE CONCRETO PERMISIBLE
103
planteadas de forma instruccional en la Unidad Didáctica del Principio del Trabajo y la Energía
Cinética (UDPTEC), donde se tomaron cuatro elementos que enmarcan el desarrollo de las
actividades de exploración, de introducción de nuevos conceptos, de síntesis y de aplicación, que
son importantes al momento de plantear la construcción de una Unidad Didáctica, según Sanmartí,
(2000). Esta Unidad didáctica, tiene el contenido temático sobre el principio del trabajo y la energía
cinética, los accidentes de tránsito como fenómeno de análisis físico, el uso de modelos y
representaciones para la investigación de accidentes viales, y la secuencia de actividades a utilizar.
Este elemento de intervención en la investigación se diseñó y se construyó, para ser
desarrollada de forma presencial en sesiones de 2 horas (6 sesiones en total), va acompañado de
recursos visuales de www.youtube.com, del software Virtual Crash 3.0 (versión Demo libre
http://www.vcrashusa.com/); estos elementos son compartidos a través de la plataforma académica
www.edmodo.com, que entre sus ventajas está la facilidad del registro y el libre uso del servicio
web. Esta plataforma fue usada con el fin de que los estudiantes tuvieran otros espacios de
socialización y profundización en torno a los contenidos del principio del trabajo y la energía
cinética, desde las mismas actividades planteadas en la Unidad Didáctica de forma presencial en
cada una de las sesiones como desde otras complementarias desarrolladas virtualmente (hojas de
cálculo, elaboración de animaciones, páginas de consulta de base de datos de experticias técnicas
a vehículos, etc.).
7.3.1 Análisis de la Actividad 1. En esta actividad se planteó la identificación de
problemáticas en los temas de tránsito y seguridad vial y su relación con variables Físicas, es decir,
tenía como objetivos que a partir de dos vídeos proyectados (de forma separada, pero en la misma
sesión); en dichos vídeos, se observa la accidentalidad en Bogotá, pero centrando la atención en el
accidente que se generó entre un motociclista y un peatón, éste último en estado de embriaguez;
104
esto con el fin, de que los estudiantes tuviesen a un acercamiento a los accidentes de tránsito como
problema de salud pública, de contexto real y, que a este se le puede asociar una ciencia como la
Física, enlazada con la identificación de principios, teoremas, leyes y conceptos de la Física.
Esta actividad está enmarcada como exploratoria, ya que, desde los cuestionarios de
pregunta abierta, se involucró a los estudiantes en la comprensión de un fenómeno social, desde
una perspectiva científica. Frente a las preguntas planteadas (Ver anexo, Actividad 1 – Vídeo 1),
se encontró que:
Frederick relaciona la fricción como variable física que incidió en el accidente
analizado; indica que la responsabilidad de los implicados es compartida, toda vez que tanto el
peatón como el motociclista debieron haber ejecutado maniobras que evitaran la colisión, estas
son descritas en tres tiempos, antes, durante y después del accidente.
Ashley asocia el concepto de fricción, justo cuando el motociclista acciona los frenos;
indica que estar pendiente de las normas de tránsito (indicaciones del semáforo) hubiesen evitado
el accidente; en la descripción del accidente, plantea una condición inicial y es la del estado de
alicoramiento del peatón, luego como este no se percata de la moto, y finalmente, el resultado final
del accidente, donde tanto el peatón como el motociclista pierden la vida.
Joshua identifica la velocidad de la motocicleta como factor físico que propició el
accidente y, el factor humano al estado de embriaguez del peatón; de igual manera indica que las
responsabilidades son mayormente del peatón por su estado de alicoramiento y no respetar el
semáforo; finalmente realiza una descripción del transcurso del accidente que dejó como
consecuencia la muerte de los dos implicados (peatón y conductor de la motocicleta).
Albert pone de manifiesto que la velocidad de la motocicleta y la trayectoria que sigue
el peatón, propician el accidente, de igual manera hace mención al desplazamiento que siguen los
105
implicados durante la colisión; en relación a las responsabilidades del accidente, plantea la
posibilidad que tuvo el conductor de haber disminuido la velocidad. En la descripción del
accidente, relaciona la colisión como el cruce de dos sentidos de circulación y, por ende, el arrastre
de varios metros que estos sufrieron, lo que conllevó a culminar sus vidas.
Isaac describe el accidente a partir de las variables de aceleración (asociada a la alta
velocidad), la distancia para poder efectuar el proceso de frenado y, manifiesta que la energía del
peatón no es la suficiente para ejercer algún movimiento eficaz en su trayectoria. Para
contextualizar las responsabilidades de los implicados, manifiesta que el peatón en estado de
embriaguez tiene la “culpa”; para explicar dicha incidencia, puntualiza que la posición final de la
motocicleta fue a 30m del lugar de la colisión, lo que generó el deceso del motociclista y el peatón.
En el vídeo 2, se presenta un accidente por derrape de un vehículo en una curva; de acuerdo
con este y a las preguntas planteadas (Ver anexo, Actividad 1.1 – Vídeo 2), se encontró que:
Frederick muestra su descontento con las palabras textuales, “desgraciadamente hay
muchos accidentes por características de afán […] y por poca precaución”; de igual manera
asocia la palabra “iba rápido” al vehículo que derrapa, pero adicional a esto, relaciona que no se
pudo ejecutar una frenada eficiente en la curva porque “el suelo estaba mojado”. Frente a las
acciones que hubiesen evitado el accidente, manifiesta que el “muchacho” no tuvo prevención y
si mala conducción; en las condiciones climáticas, asocia la condición húmeda del suelo, y
finalmente en las condiciones mecánicas, relaciona el accionar de los frenos con anterioridad
hubiese evitado el accidente.
Ashley manifiesta que la responsabilidad debe ser de todas las personas que conducen
vehículos; en relación con él, por qué se generó el accidente, escribe que, “llevaba alta velocidad
y cuando decide frenar pierde el control y se vuelca”; en relación a las condiciones que propiciaron
106
el accidente, indica que no se hubiese presentado si la persona no hubiese ido rápido, el clima no
hubiese estado con tanta ventilación y, el vehículo fuese revisado constantemente para ser
reparado.
Joshua describe que la irresponsabilidad de las personas propicia los accidentes de
tránsito, pero adicional a ello, pone de manifiesto que estos eventos provocan daños físicos y
psicológicos en las personas involucradas; también indica que el accidente se generó por la acción
del conductor que salió “acelerado desde su casa”; finalmente expone que el factor humano se
presentó por ir acelerado y no haber sido consiente de los daños que hubiese generado, mientras
que para el factor climático, caracteriza el suelo mojado y que esto no incidió en el accidente, sino
por el “exceso” de velocidad con la que el conductor toma la curva.
Albert, hace hincapié en la conducción responsable, sobre todo en las curvas porque esto
puede generar pérdidas humanas; asocia al accidente el exceso de velocidad, por ende, en la curva
el vehículo derrapó, pero plantea la hipótesis de que el vehículo se hubiese quedado sin frenos.
Para prevenir el accidente, identifica, el frenado a tiempo, el pavimento secó, responsabilidad del
conductor al tomar la curva y el estado del auto.
Isaac por su parte, resalta la importancia de tener en cuenta las condiciones climáticas
para evitar accidentes; es así, que describe a la “velocidad de desplazamiento muy alta” e
ignorando la humedad de la vía, lo que ocasionó que la fricción disminuyera y por ende el vehículo
no frenara en la curva. Desde las conductas humanas, describe la necesidad de analizar los avisos
en trayectorias curvas y sobre esta información, proceder a disminuir la velocidad.
7.3.2 Análisis de la Actividad 2. En esta actividad, se realizó la exposición catedrática de
dos casos reales de Investigaciones en Accidentes de Tránsito (presentación de informes finales),
con el fin que el estudiante comprendiera objetivamente: cómo se desarrolla una investigación de
107
un accidente de tránsito (desde la toma de datos iniciales, la construcción de la animación del
proceso de colisión, hasta el proceso de construcción de informe final) y, de qué manera se aplica
los conceptos de energía cinética y trabajo asociados desde la obtención de algoritmos. Esta
actividad está enmarcada como introducción a nuevos conceptos, puesto que se asocia el
fenómeno de estudio con metodologías de investigación científica, que los estudiantes no conocían
o no tenían claro con profundidad. Frente a las preguntas planteadas (Ver anexo, Actividad 2), se
encontró que:
Frederick describe que no tenía conocimiento de dichos procedimientos de
investigación aplicando conceptos físicos, y sobre estos, manifiesta que son interesantes porque
contribuyen, desde las ecuaciones, a tomar mayores precauciones para las velocidades al momento
de conducir. Finalmente, manifiesta que aprender Física de esa manera es diferente e interesante.
Ashley por su parte, escribe que no tenía conocimiento de dicho procedimiento de
investigación forense y que estos, permiten comprender los accidentes desde diferentes
“perspectivas”, sobre todo, para tener mayor conciencia durante los desplazamientos al momento
de conducir. De los conceptos que más le llamaron la atención fueron la fricción, la energía y la
distancia de frenado. Posteriormente menciona que la clase de Física se hace más dinámica y
permite analizar la realidad de otra manera.
Joshua manifiesta que, si tenía conocimiento sobre los accidentes de tránsito, pero no
tenía conocimiento de la forma en cómo se “utilizaban” las operaciones físicas y matemáticas para
determinar los diferentes factores del accidente. El concepto físico que más le llamó la atención,
es el de la huella de frenado (evidencia física probatoria), ya que con esta permite calcular la
velocidad del vehículo antes de una colisión. Resume que aprender Física de esa forma, permite
identificar a los accidentes de tránsito como un “espacio propicio” para aplicar conceptos físicos
108
con casos que ocurren a diario.
Albert describe que no conocía algo relacionado a los procesos de investigación por
experticia forense aplicando Física, por ello, plantea que la Física es importante en contextos
aplicados, porque permiten aprender Física y prevenir los accidentes. Los conceptos que le llaman
más la atención son la velocidad, la energía cinética, el trabajo y la fuerza de rozamiento.
Manifiesta que la Física con esta metodología se aprende de otra manera más interesante y que
posiblemente sirva en un futuro para un caso de estos.
Isaac por su parte, resalta que no conocía sobre la Investigación de Accidentes de
Tránsito, y prepondera la importancia de este método para determinar conclusiones sobre qué pasó
antes de un accidente. Entre los conceptos que más le llaman la atención están, la fuerza de
rozamiento asociada a la distancia de frenado, la energía que se disipa y finalmente la velocidad
con la que los involucrados se desplazaban. Hace acotación, que aprender Física en ese contexto,
le permite asociar los conceptos con la vida real.
7.3.3 Análisis de la Actividad 3. En esta actividad, se hizo uso de las herramientas de la
tecnología de la información y la comunicación TIC, con el fin de permitir al estudiante, consultar
sobre las clases de accidentes (consulta online) y la elaboración de animaciones con el software
Virtual Crash 3.0; de esta manera, se buscó que los estudiantes, se involucraran en la consecución
de información y una vez realizado esto, procedieran a esquematizarlo en el software, de tal manera
que con ayuda de vídeo tutoriales consulados en www.youtube.com, realizaran ScreenShot
(captura de pantalla), antes, durante y después de cada uno de los accidentes consultados. Esta
actividad está enmarcada de forma explorativa y aplicativa, ya que, el estudiante asume como
autónomo su proceso de manipulación de dichas herramientas de la información y, finalmente,
aplica lo consultado, en un accidente de sensibilización vial, que animó a través del software para
109
sustentar a través de un vídeo (tipo noticiero), de acuerdo a lo planteado en dicha actividad (ver
anexo, Actividad 3). Para esta actividad se encuentra que:
Frederick toma el papel como investigador forense dentro del papel que desarrolló en la
presentación del vídeo; relata el accidente haciendo uso del concepto de velocidad y la huella de
frenado (fuerza de rozamiento). Dentro de la animación del accidente se logra observar que
ambientó el escenario de forma muy cercana al vídeo real. Finalmente expone, que las variables
Físicas que le gustaría calcular son la de energía cinética de los vehículos implicados.
Ashley por su parte, hace de periodista, y plantea preguntas de contexto físico, tales
como, ¿a qué velocidad iba el vehículo que colisiona por atrás?, ¿qué energía cinética llevaba el
vehículo antes de colisionar? y, ¿cuál es la importancia de la Física en esta clase de eventos? De
la animación elaborada, se observa que proyecta la huella de frenado en la curva, justamente
cuando el vehículo empieza su proceso de frenado (evidencia Física real).
Joshua, hace de papel de testigo y, elabora su relato partiendo del concepto de velocidad
(“el vehículo iba a mucha velocidad”), concepto de derrape (“antes el carro no se salió de la
curva”), concepto de la fuerza de rozamiento (“dejó una huella de frenado por el rozamiento”) y,
la disipación de energía (“toda la energía la absorbió el vehículo que estaba quieto”); adicional a
esto, se observa que el vehículo de la animación, estuvo caracterizado por los colores del vídeo
proyectado, al igual que las posiciones finales de los peatones.
Albert, hace de físico forense, y responde al periodista encargado, objetivamente con
respuestas congruentes a los conceptos de velocidad y a su asociación con la energía cinética, a la
masa como relación directa entre la velocidad y masa para calcular la energía cinética y finalmente,
expone la animación del accidente proyectando su computador y explicando los proceso de
colisión antes, durante y después de presentarse el evento, incluyendo dentro de dicha descripción,
110
las condiciones climáticas, mecánicas y humanas.
Isaac, por su parte, representa al periodista que indaga al físico, sobre los conceptos más
relevantes para poder investigar los accidentes de tránsito, por ello, plantea preguntas relacionadas
al accidente en los tiempos de ejecución, antes, durante y después de la colisión: “¿a qué velocidad
iba el vehículo antes de colisionar?, ¿cómo se puede calcular la energía durante la colisión?, y,
¿para qué se registran las huellas de frenado? En la concesión de la animación, proyectan las
posiciones iniciales y finales desde diferentes planos del accidente (multicámara que tiene el
software); lo que permite que la descripción que realizó fuese en relación con las posiciones
iniciales y finales de los vehículos, y sobre estas, qué conceptos físicos permiten el cálculo de las
velocidades de los implicados.
7.3.4 Análisis de la Actividad 4. Esta actividad, tuvo por objetivo, evaluar los
conocimientos adquiridos hasta el momento, partiendo del estudio de un accidente de un caso real
(ver anexo – Actividad 4) que ocurrió en Sao Paulo, Brasil; las respuestas están asociadas al cálculo
de la velocidad inicial antes de la colisión del vehículo con el peatón, al cálculo de la energía
cinética, al reconocimiento de material probatorio más relevante en el accidente y el tipo de
manifestaciones de energía durante y después de la colisión. Una vez el estudiante culminaban su
prueba, el docente procedía a recogerla y a devolverla de forma aleatoria, con el fin que fuese
evaluado por un compañero, ya que el docente a esa altura resolvió la prueba para el alumnado
presente. Una vez evaluado, se devolvió la prueba a su autor, y este, debía escribir sus propias
observaciones en relación con el evaluador (compañero).
Esta actividad (ver anexo, Actividad 4), está desarrollada como actividad de tipo
aplicativa, ya que consolidaba, el uso correcto de algoritmos físico – matemáticos y la
argumentación conceptual de conceptos implícitos en este tipo de casos, hasta el punto, de que el
111
estudiante asume su rol, como investigador de un caso real. Frente al desarrollo de esta actividad
se encontró que:
Frederick, desarrolló los cálculos adecuados de velocidad inicial del vehículo y la
energía cinética asociada a dicho móvil. Describe que la huella de frenado de mayor longitud
permite calcular la velocidad con la que el vehículo impactó al peatón. Finalmente pone de
manifiesto que, la energía se conserva y que puede convertirse en energía potencial debido a la
altura que debió haber tomado el peatón cuando entró en contacto con el vehículo. El evaluador,
escribe que Frederick, debe estar más pendiente de las clases, para saber qué otro tipo de energías
se pueden manifestar después de la colisión.
Ashley, realiza los cálculos correctos de velocidad y energía cinética asociada al
vehículo. Describe que la huella de frenado más importante es la de mayor longitud porque es
donde inició el proceso de frenado el móvil. Pone de manifiesto que la energía se pudo haber
transformado en trabajo en el proceso de frenado y en la energía que absorbió el peatón, que fue
lo que finalmente le generó el deceso. El evaluador, felicita a Ashley, por su orden y porque los
conocimientos están plasmados de forma clara y puntual.
Joshua, por su parte, desarrolla adecuadamente los ejercicios paso a paso, evidenciando
que los cálculos están bien en términos procedimentales, al igual que los resultados para la
velocidad inicial y la energía cinética asociada al vehículo. Resalta la importancia de tomar la
huella de frenado con la de mayor longitud, porque esta permite calcular la energía cinética.
Finalmente, asocia la energía transformada con la energía potencial. El evaluador le escribe que
debe poner mayor atención al tipo de manifestaciones de energía que están inmersas en el proceso
pos colisión, pero en el uso de algoritmos le hace la observación que los hace adecuadamente.
Albert, realiza los cálculos correctos y logra determinar las variables físicas solicitadas
112
(velocidad inicial y energía cinética del vehículo). En relación con la huella de frenado, plantea
que se debe usar la de mayor longitud porque es donde se presenta mayor energía cinética. El
compañero evaluador, le indica que la única falencia que tiene es que no relaciona el tipo
manifestaciones de energía que se transforma, por ende, le pone de ejemplo el calor, el sonido y
deformación de carrocerías, textualmente le plantea: “le faltaron indicar más formas de
transformación de la energía”).
Isaac, realiza los cálculos de la velocidad inicial del vehículo, con un error dimensional,
ya que arroja el resultado en metros por unidades de segundos, cuando debió ser en unidades de
kilómetros por hora. La energía cinética asociada al vehículo está mal calculada, porque no tiene
en cuenta la conversión descrita anteriormente. Por otra parte, describe que la huella de frenado
más importante para tener en cuenta es la de mayor longitud porque es donde se presenta el mayor
consumo de energía, disipándose en el trabajo generado por la fuerza de rozamiento. La
observación que le hace el compañero evaluador se puntualiza en la importancia de realizar las
conservaciones correctas y, que debe repasar un poco más sobre los tipos de manifestación de
energía dentro de un proceso de colisión.
7.3.5 Análisis de la Actividad 5. Esta es la actividad final, que tiene como objetivos
específicos: evidenciar los aprendizajes adquiridos por los estudiantes en relación con el principio
del trabajo y la energía cinética, aplicar el uso de las TIC en la construcción de un informe pericial
y sustentar técnicamente la reconstrucción del accidente de forma contextualizada. Para lograr dar
cumplimiento a los objetivos anteriores, la actividad se desarrolló en un simulacro de audiencia de
imputación de cargos, por ello, los estudiantes y siguiendo la guía de instrucciones de la audiencia
(ver anexo, Actividad 5), recibieron en la plataforma virtual Edmodo, un vídeo de sensibilización
vial en Nueva Zelanda. Sobre este debían construir un informe pericial en diapositivas con los
113
siguientes capítulos: personas y vehículos implicados, condiciones del accidente, cálculos físicos,
elaboración de la animación del accidente, y conclusiones (causas primarias y secundarias) del
accidente.
Esta actividad está enmarcada como Aplicación y Síntesis, ya que dicha actividad,
permitió que los estudiantes aplicaran y potenciaran los aprendizajes en relación con un accidente
que ofrecía todas las características pertinentes al desarrollo de la reconstrucción del accidente,
además de ello, se complementó con la búsqueda de tipo de audiencia, búsqueda de roles
(abogados, fiscal, victima, acusado y testigos), y la construcción propia de la audiencia. En relación
con esta actividad, se obtuvo que:
Frederick, en la audiencia, ejecuta el papel de físico investigador del accidente; inicia la
sustentación del informe con la descripción general del accidente (implicados humanos, vehículos
implicados, condiciones climáticas y de señalización de la vía como de su estado); continua con el
análisis de evidencias de material probatorio, que relaciona coherentemente con la magnitud de
cada uno de los implicados, toda vez que hace uso correcto de los algoritmos físico-matemáticos
desarrollados en los modelos demostrativos de las actividades de la Unidad didáctica. Frederick
elabora ScrenShoot (captura de pantalla) del vídeo proporcionado y a partir de ello, indica las
deformaciones que sufrieron los vehículos; indica que estas evidencias de deformación permiten
comprender la mecánica de colisión y la incidencia directa relacionada con la disipación de energía
cinética. Las velocidades más probables son consistentes, y apoyado en estos datos, calcula
correctamente las energías cinéticas asociadas. Frederick, continúa exponiendo el proceso de
colisión trazada a través del software Virtual Crash 3.0, en tres momentos del accidente: antes,
durante y después. De aquí, hace énfasis consistentemente en que el trabajo realizado por la huella
de frenado es importante dentro del proceso de la investigación. Para finalizar su presentación,
114
Frederick, elabora la proyección de los gráficos de energía cinética respecto al tiempo, donde
considera que se mantiene constante en el trayecto, pero sufre una disminución cuando el vehículo
inicia su proceso de frenado, y cuando entra en contacto con el otro móvil implicado.
Ashley, en la audiencia, hace de abogada defensora del demandado. Ella inicia su
intervención con la presentación del caso, haciendo uso de expresiones tales como: “solicito que
mi defendido describa lo sucedido, teniendo en cuenta, las condiciones humanas, climáticas y
vehiculares antes del accidente […] solicito al juez que tome atenta nota en relación con la
declaración de la velocidad del demandado. Al momento de indagar al demandante, le realiza
afirmaciones y preguntas tales como: “si usted tiene conocimiento de las normas de tránsito de
Nueva Zelanda, ¿por qué excedía la velocidad? […] teniendo en cuenta que excedía la velocidad,
¿llegó a pensar sobre la distancia necesaria para detenerse y todo el consumo de energía que se
iba a presentar por deformación en los vehículos implicados? Estas consideraciones están ligadas
al principio del trabajo y la energía, lo que quiere decir que Ashley asocia la velocidad y la energía
cinética, como una incidencia directa del accidente, justamente porque estos permiten describir el
fenómeno físico que allí se evidencia.
Joshua, realiza el papel de físico investigador de accidentes. Inicia su presentación como
Técnico en Investigación Forense; procede a enfocar sus primeros análisis en relación con la
señalización horizontal y vertical; acota la importancia del pare, donde se debe disminuir la
velocidad. Indica los puntos de deformación de los vehículos e indica que en estos puntos se
presentó mayor disipación de energía cinética. Las velocidades de los móviles implicados están
bien calculadas; esto pone de manifiesto que aplicó los algoritmos fisicomatemáticos
correctamente. Aclara que la huella de frenado que usó para calcular la velocidad siempre debe ser
la de mayor longitud, porque es donde se presentó mayor trabajo y disipación de energía; esta
115
afirmación es consistente de acuerdo con el principio del trabajo y la energía cinética. Finaliza con
una descripción de causas del accidente, y sobre este acota que la energía cinética mayor está en
el vehículo que se desplazaba a mayor velocidad, y que se disipó en sonido, deformación y calor.
Para esto anterior, elabora una gráfica representativa de la energía cinética en relación con el
tiempo antes, durante y después de la colisión. Esto anterior, demuestra que Joshua, relaciona las
evidencias Físicas con el fenómeno en estudio, al igual, que logra interpretar coherentemente, el
trazado gráfico de la energía cinética existente dentro del proceso de colisión.
Albert, por su parte, desempeña el papel de juez. Hace inicialmente la presentación de
los asistentes a la audiencia (abogados, demandado y demandante). Expresa el conocimiento del
accidente por los informes periciales recogidos hasta el día de la audiencia, asociando sobre este,
la velocidad de los vehículos y los resultados finales que dejó la colisión. Invita a los abogados a
presentar sus descargos de acuerdo con lo que les han manifestado sus defendidos; aquí cabe notar
que cuando los abogados hacían referencia a conceptos físicos (masa y la velocidad de los
vehículos) tomaba apuntes en una agenda de notas. Cuando solicita que los implicados declaren,
les solicita que aclaren a qué velocidad creían que se estaban desplazando y su relación directa con
la energía cinética que podría dignificar dichas apreciaciones de velocidad, “sírvase comentarnos
a este estrado, si estaba consiente que, a una excesiva velocidad, debía haber frenado con
anticipación para impedir cualquier accidente, por lo que la distancia de frenado tuvo que haberse
ejecutado con anterioridad al punto del cruce”. Albert, interrumpe al Técnico en Investigación,
para acotarle que no existía ninguna señal de tránsito que indicara la velocidad máxima permitida.
Finalmente, toma la decisión de declarar como involucrado al proceso, a algún ente estatal
encargado de la señalización, porque no se indica en el informe pericial, si el vehículo de mayor
velocidad podría ajustar su velocidad y, por ende, controlar de manera reglamentaria la energía
116
cinética que disiparía antes de una colisión, bien sea, por huella de frenado, calor o sonido. De esto
llama la atención que Albert, pese a ser un juez, su lenguaje es expresado en términos de conceptos
físicos (velocidad, masa y energía) asociados al fenómeno en estudio; de igual manera, toma la
decisión más coherente en este accidente, toda vez que los indicios periciales se ajustan a la medida
del hecho mismo, en otras palabras, asocia correctamente el principio del trabajo y la energía
cinética consistentemente.
Isaac, en la audiencia, tiene asignado el papel de físico investigador del accidente de
tránsito; es quien debe acudir a la audiencia como agregado adicional por parte de la fiscalía para
acotar los análisis de la reconstrucción física del hecho; para sustentar la investigación, Isaac se
apoya de un informe técnico forense que proyecta en diapositivas a través de un video beam. Inicia
con una descripción general del accidente (implicados humanos, vehículos implicados,
condiciones climáticas y de señalización de la vía como de su estado); dentro de esta
caracterización, Isaac acota la masa de los vehículos y la señal de STOP, que es reglamentaria, en
propias palabras del físico, “en el stop se indica que se debe disminuir la velocidad para poder
tomar correctamente el carril principal […] se tuvo en cuenta la huella de frenado para poder
determinar la velocidad del vehículo que circulaba en el carril principal”. Isaac, procede a
socializar la presentación de la animación que realizó para sustentar su hipótesis y cita el programa
Virtual Crash 3.0. Luego procede a sustentar los cálculos físicos de los vehículos implicados; para
ello, realiza el uso adecuado de algoritmos fisicomatemáticos, y mantiene claro la importancia de
estimar una velocidad más probable, sustentando que en la Física siempre hay una incertidumbre
en la toma de datos, al igual que el cálculo de la energía cinética asociada antes de la colisión.
Sobre el concepto de energía, acierta en la unidad de medida (Joule) y aclara que esta permite,
asociar las diferentes formas de disipar la energía (calor, deformación de carrocerías y huella de
117
frenado), hasta el punto de referenciar, “la energía cinética es cero cuando los vehículos
implicados quedan totalmente detenidos”. Finaliza con la descripción del accidente, “es un
accidente de clase perpendicular […] la huella de frenado del vehículo es de 60m [...] hay fuerzas
presentes en el accidente como el peso y la normal que son constantes, al igual que la de
rozamiento”. Isaac, culmina su intervención con las conclusiones de la investigación; estas son
acertadas en relación con la velocidad y la energía cinética asociada a cada uno de los vehículos,
acota correctamente la huella de frenado más larga porque es donde se disipó mayor energía, y
finalmente pone de manifiesto criterios acertados de causas primarias y secundarias del accidente.
7.4 Análisis finales de cada Caso
7.4.1 Caso Frederick. Inicialmente no logra relacionar los conceptos asociados a un
fenómeno físico de contexto real, limitando sus expresiones a; “no sé”, o, cuestionándose “¿la
física explica un accidente de tránsito?”.
Luego de la intervención, relaciona los accidentes de tránsito, con elementos y
concepciones propias de la física, hasta el punto de manifestar que quería realizar el análisis del
accidente que había sufrido el hermano en una motocicleta.
Logró interpretar el principio de trabajo y la energía, como un elemento propicio en la
investigación de accidentes de tránsito, ya que, aplica correctamente el cálculo de las velocidades
a partir de las huellas de frenado, e indicando vectorialmente el sentido de circulación de los
implicados.
Finalmente, asoció el concepto de energía cinética correctamente con el movimiento de
una partícula (vehículo), al igual que también el del trabajo como concepto de disipación de
118
energía.
7.4.2 Caso Ashley. Al inicio del proceso, Ashley manifestaba que las clases de física eran
“aburridas” porque solamente era aplicar “formulas o ecuaciones” y reemplazar los datos para
obtener un resultado; después de la intervención, manifestó que la física era más entretenida
cuando se utilizaba en la vida real.
Después de la intervención, asociaba correctamente las diferentes clases de manifestación
de energía, y los procesos que estos se presentaban dentro de un accidente (calor, deformación,
huellas de frenado etc.).
Aunque hacia el uso correcto de algoritmos, se le hacía más llamativo poderlos entender
en un problema cotidiano, de hecho, manifestó que le gustaría hacer una especialización en el
campo de la criminalística.
Logró desarrollar procesos de indagación con la solución de actividades más estructuradas,
es decir, a medida que avanzaba la intervención didáctica, tenía mayor conocimiento del trabajo y
la energía cinética como elementos integradores de un principio físico.
7.4.3 Caso Joshua. Desde el inicio de la intervención, mostró interés por querer
comprender el por qué la física lograba describir el desplazamiento de un vehículo, y cómo a este
se le podían asociar ecuaciones de movimiento, que permitían describir, qué había pasado antes
de un accidente de tránsito.
Luego de la intervención, reconoció con mayor certeza, que el trabajo no es más que un
consumo de energía en todo proceso de frenado de un vehículo, o también, que el sonido era una
manifestación de conservación.
Las animaciones que realizó en el software Virtual Crash 3.0, le permitieron extraer
conclusiones más concretas, al manipular las variables de velocidad y masa, conjeturando en
119
dichos análisis que, a mayor velocidad o masa, se presentaba mayor energía cinética.
Por otra parte, asoció correctamente, que al presentarse una colisión entre
vehículo/vehículo, se generaba deformación de las carrocerías, dependiendo de las velocidades
antes del impacto, lo que indica que reconoce una de las manifestaciones de la energía cinética y
el trabajo.
7.4.4 Caso Albert. Las concepciones físicas sobre el trabajo y la energía estaban
inicialmente ligadas a los algoritmos, porque haciendo uso correcto de la sustitución de variables,
no podía explicar descriptivamente qué representaba cada valor numérico (resultado); después de
la intervención, logró describir los resultados a partir de los diferentes eventos de tránsito de forma
conceptual.
Las animaciones que realizó de las diferentes clases de accidentes le permitieron generar
un cálculo numérico sobre energía cinética y su proporcionalidad con la huella de frenado,
afirmando en esto, que estaban ligadas entre sí.
Adicional a lo anterior, Albert, proponía constantemente a sus compañeros, en la
posibilidad de investigar accidentes de algunos familiares, y que, por ello, debían conseguir los
informes de policía de accidentes de tránsito, para tomar los datos necesarios e introducirlos en las
ecuaciones pertinentes.
Por otra parte, mostró un avance importante en la modelación del principio del trabajo y la
energía, puesto que, si la energía cinética era mínima, a esta le asociaba un elemento probatorio de
frenado corto, pero en el caso de un vehículo que se desplazaba a una gran velocidad, le asociaba
una huella de frenado de considerable longitud.
7.4.5 Caso Isaac. Al inicio del proceso, no lograba diferenciar la energía como elemento
general de la física, y la energía cinética como concepto asociado a la masa y la velocidad de todo
120
elemento que sea tangible y esté en movimiento.
Luego de la intervención, demostró que había comprendido la energía cinética como una
manifestación particular de un vehículo que se encuentra en movimiento, asociándole a éste, el
trabajo que necesitaba ejecutar para poder detenerse.
Adicional a lo anterior, logró dar respuesta al aprendizaje del principio del trabajo y la
energía como conceptos físicos proporcionales.
Por otra parte, consolidó animaciones de diferentes clases de accidentes en el software, con
el fin de hacer comprender a su grupo de trabajo, la forma en que la energía cinética estaba
implícita en el movimiento de los vehículos, y cómo ésta, permitía generar trazos de las huellas de
frenado en diferentes superficies donde se realizara la animación del accidente; en conclusión,
demostraba visualmente que la huella de frenado era proporcional a la energía cinética.
7.5 Aspectos relevantes en los estudios de caso
Tanto Ashley como Frederick, al inicio del proceso, se mostraban apáticos a comprender
la física, como una ciencia que puede explicar fenómenos de contexto real, mientras que en el caso
de Joshua mostraba deseos de aprender a usar ecuaciones para describir qué había pasado en un
accidente.
Frederick y Albert, manifestaron la importancia de aplicar lo que habían aprendido, por
ello, quisieron dar respuesta a eventos de accidentes de tránsito, a personas que eran de su entorno
familiar o social, es decir, querían aplicar los conocimientos en casos reales.
Ashley, Joshua y Albert, relacionaban diferentes clases de manifestaciones de energía
cuando un vehículo frenaba, entre éstos; el sonido generado durante la colisión, la huella de
121
frenado, la deformación de las carrocerías y el calor asociado a los elementos que entraban en
contacto y que tenían diferentes temperaturas.
Isaac y Joshua, mostraron un interés en el uso del software, que les permitiera consolidar
explicaciones de manera visual y descriptiva desde los conceptos de masa, velocidad y la huella
de frenado como elemento probatorio.
Ashley, Joshua, Albert e Isaac, relacionaron el trabajo como un concepto físico que estaba
ligado al consumo de energía cuando un vehículo generaba un proceso de frenado, mientras que
Frederick (adicional al anterior), también manifestaba que el trabajo obedece a otros elementos
adicionales, como el de la fricción que se presenta en las pastillas de los frenos o, de acuerdo con
el labrado de los neumáticos.
Todos los estudios de caso identificaron la energía cinética, como un elemento que estaba
asociado al proceso de frenado de un vehículo, es decir, los estudiantes coincidían que cuando
había mayor energía cinética, la huella de frenado iba a ser de una mayor longitud.
Aunque todos estaban en diferentes áreas específicas de formación, la comprensión del
principio del trabajo y la energía, a través de los accidentes de tránsito, les permitió consolidar un
enfoque interdisciplinar, donde cada uno generaba aportes a su grupo de trabajo sin mayor
diferencia, lo que indica que, la metodología de intervención permitió consolidar intereses
comunes de aprendizaje.
122
8. Conclusiones
En este capítulo se presentan las conclusiones del presente proyecto. Dichas conclusiones están
enfocadas en cuatro ámbitos; el primero, en relación con el estudio de antecedentes de la enseñanza
de la física apoyada en las TIC, metodologías de investigación en educación e instrumentos de
recolección y análisis de datos; el segundo, a la construcción y aplicación de instrumentos; el
tercero, al diseño y aplicación de la unidad didáctica, y finalmente el cuarto, éste relacionado con
el análisis de los resultados de la aplicación de la unidad didáctica. Adicional a esto, se
desarrollarán unas conclusiones personales por parte del autor del presente documento.
8.1 Sobre el marco teórico que soportó la investigación
La investigación cualitativa, permitió realizar un análisis consistente de los
instrumentos, toda vez que asintió consolidar la información de todo el proceso, con el fin de dar
cuenta que se cumplieron los objetivos trazados del presente trabajo de investigación, éstos
asociados al de los aprendizajes, aplicación de los recursos tecnológicos de la información y la
comunicación, TIC; éstos últimos, como integración al trabajo desarrollado en el aula.
La metodología de investigación basada en diseño, soportó la construcción de diseños
instructivos consolidados en la Unidad Didáctica, permitiendo que dicho elemento de intervención,
fuese elaborado, implementado y sometido a escrutinio de investigación; de allí que los estudios
se desarrollen de acuerdo a temáticas curriculares novedosas, nuevas herramientas para el
123
aprendizaje de esos temas o nuevos modos de organización del contexto de aprendizaje (Confrey,
2006).
La modelización como línea de investigación, permitió consolidar una propuesta
metodológica que abstrae una realidad fenomenológica, permitiendo relacionar los accidentes de
tránsito como eventos que pueden ser descritos desde las concepciones físicas, y que consolidan
un referente de contexto real, logrando despertar en el estudiante el interés por aprender a ver su
realidad desde la física misma.
La modelización de accidentes de tránsito, permitió plantear una estrategia
metodológica innovadora en la enseñanza de la física, ya que, este tipo de fenómenos solamente
son estudiados de manera estadística en diversas cátedras, al igual que en una clase de física
cotidiana, por ende, estos fenómenos fueron vistos como una oportunidad de enlazar leyes, teorías
y conceptos físicos en procesos de investigación científica real de esta índole, partiendo de
modelos y algoritmos físico – matemáticos, que permiten cuantificar la realidad.
8.2 Construcción y aplicación de instrumentos
El instrumento de ideas del principio del trabajo y la energía cinética, permitió dar
cuenta de los conocimientos previos de los estudiantes, su relación con la física y la
contextualización de los accidentes de tránsito como elemento integrador de un fenómeno físico;
luego de la intervención, el instrumento arrojó un cambio importante de la percepción de
aprendizajes con la física asociados a los accidentes de tránsito, los conceptos que a éstos se
asociaba, y puso de manifiesto a los accidentes de tránsito como un pretexto de aprendizaje para
generar nuevos conocimientos (Izquierdo, 2002).
124
El TEST de pregunta cerrada, permitió identificar los niveles de aprendizaje que tenían
los estudiantes antes de la intervención y después de la intervención didáctica, es así, como
inicialmente los resultados presentaron una conceptualización permisiva como elemento
característico, es decir, no tenían claro los aprendizajes de los contenidos sobre el principio del
trabajo y la energía, desarrollados en cursos de física anteriormente. Una vez realizada la
intervención didáctica, los niveles de aprendizaje, estuvieron en su gran mayoría en las escalas de
concreto y pertinente, lo que indica que los estudiantes asociaron de manera congruente, la
comprensión de fenómenos de contexto real, con variables que describen consistentemente los
eventos físicos en estudio, asociados al principio del trabajo y la energía cinética.
8.3 Diseño y aplicación de una unidad didáctica
La unidad didáctica fue desarrollada y fundamentada en la investigación física de
accidentes de tránsito, lo que permitió consolidar actividades de integración secuencial, ya que el
estudiante se adentró en el proceso inicial de reconocimiento de los accidentes como asunto de
saludo publica, hasta llegar a la construcción de informes periciales parciales; esto evidencia, que
las actividades permitieron enriquecer sus conocimientos, apropiarse del conocimiento adquirido
(antes y después del proceso) para fundamentar sus hipótesis, aumentar el entusiasmo en las clases
de física, y finalmente llegar al punto de fomentar el discurso científico, asediados en el hecho de
defender sus propias hipótesis, demostradas y soportadas a través de cálculos algorítmicos, o el
uso de software especializado.
La investigación de accidentes de tránsito, desde una perspectiva de la física aplicada,
les permitió a los estudiantes, comprender el concepto del principio de trabajo y la energía cinética,
125
desde su generalidad como principio, como en sus particularidades; toda vez que, los estudiantes
realizaron cálculos individuales de trabajo y energía cinética, para luego triangularlos en su
relación algorítmica.
Las fases en las que se desarrollaron las actividades de la Unidad Didáctica, permitieron
que los estudiantes se involucraran dentro del proceso de enseñanza, ya que, como lo menciona
Sanmartí (2002), las actividades no deben ser un producto del azar, sino que deben tener una
secuencia lógica para ser aplicadas, con el fin de obtener aprendizajes satisfactorios, esto indica,
que dentro de la intervención de este proyecto, las actividades dieron respuesta al objeto de estudio,
ya que los estudiantes consolidaron aprendizajes del principio del trabajo y la energía cinética.
8.4 Analizar los resultados de la aplicación de la unidad didáctica
Las actividades que conforman la Unidad Didáctica del Trabajo y la Energía Cinética
UDTEC, fueron enmarcadas de acuerdo a la metodología planteada de Sanmartí (2002),
permitiéndole a los estudiantes comprender, fortalecer, potenciar y aplicar los conceptos
relacionados con el principio del trabajo y la energía cinética, desde actividades de análisis de
accidentes de tránsito reales, cálculo de variables físicas implícitas, aplicación del software virtual
Crash 3.0, y construcción de informes periciales como elemento de juicio científico aplicado en la
justicia colombiana.
La metodología de enseñanza, permitió que los estudiantes diferenciaran y aplicaran los
algoritmos físico-matemáticos del principio del trabajo y la energía cinética, para calcular las
variables de trabajo y energía cinética; éstas, calculadas de acuerdo a evidencias de material físico
probatorio (huella de frenado y estudios de planimetría); lo que permite también concluir que,
126
contextualizaron correctamente el estudio de este tipo de fenómenos, con datos experimentales,
haciéndolos importantes dentro del correcto manejo de datos.
Las actividades planteadas, permitieron dinamizar las clases de física, ya que aparte de
consolidar conceptos, leyes o teorías, los estudiantes también encontraron sentido a los nuevos
aprendizajes que desarrollaron durante la intervención. De esta manera, la investigación de
accidentes de tránsito, permitió consolidar modelos algorítmicos que explican las variables
implícitas dentro del proceso de la colisión de dos partículas (vehículo-vehículo, vehículo-peatón),
permitiendo dar respuesta a la resolución de problemas de carácter físico y social, que se ajustan
al carácter de la modelización en la enseñanza de la ciencia, ya que el estudiante no solamente
comprendió conceptualmente el principio del trabajo y la energía cinética, sino que también
desarrolló procesos adicionales, tales como; uso de datos experimentales, manejo de herramientas
informáticas, y aunque no es parte del presente trabajo, consolidó una perspectiva social reflexiva
de la problemática actual de los accidentes de tránsito.
Los aprendizajes del principio del trabajo y la energía cinética fueron asociados
correctamente a los accidentes a investigar, tanto así, que los estudiantes discutían
(científicamente) en sus comités técnicos, para determinar cuál era el modelo que se ajustaba
correctamente a sus hipótesis, y con estos, consolidar el informe pericial apoyado a la animación
3D del siniestro en estudio vial, haciendo enriquecedor la metodología de enseñanza como el uso
de recurso de modelos virtuales.
La elaboración de informes periciales constituyó un elemento de gran importancia e
impacto para los estudiantes, puesto que, a través del uso de software, sustentaban la construcción
de modelos que explicaban sus hipótesis; estas hipótesis asociadas a las evidencias que
127
determinaban cuál o cuáles modelos eran los más convenientes y de qué manera, podrían ser apoyo
en la resolución de casos.
Los casos de reconstrucción de accidentes de tránsito, fueron apropiados para tratar el
objeto de estudio del presente trabajo, ya que se expusieron investigaciones de casos reales, donde
primaba el uso de algoritmos físico-matemático que sustentaban el principio del trabajo y la
energía cinética; enmarcando de esta manera, que dicho principio tenía un contexto real de
aplicación, un modelo que lo representaba, y una réplica continua de tratado de diversas variables
(huella de frenado, velocidad, etc.).
8.5 Reflexiones personales
Las conclusiones aquí expuestas, se realizarán en primera persona, por eso, a usted señor lector,
espero que ojalá lea mis palabras con la misma emoción con las que las redacté:
Las expectativas del desarrollo del proceso de investigación fueron mucho más que las
esperadas, toda vez que no imaginaba el alcance didáctico que esta temática podría alcanzar; era
emocionante ver a mis estudiantes con el deseo de querer interrogar qué había pasado en el
accidente, el deseo de comparar resultados finales entre los diversos comités técnicos, dar cuenta
de si tenían razón, de refutar las hipótesis periciales de sus compañeros, ver con desafío el
problema social del que se discutía y sobre todo, la nueva visión que la clase de física le estaba
ofreciendo frente a dicha temática.
El uso de las herramientas de la información y la comunicación, en especial el software
Virtual Crash 3.0, me ha permitido evidenciar cómo los estudiantes buscan ilustrar los más
mínimos detalles en los accidentes delegados para su investigación, tanto así, que ponen en
128
contorno las calles, los árboles, caracterizan los colores de los vehículos o el color de las prendas
de los peatones; estas características fueron descubiertas por la misma manipulación del software
por parte de los educandos, ya que una de las actividades consistía en animar los diferentes clases
de accidentes, y es ahí, donde se logró notar que los estudiantes adicionaban características de
entorno muchísimo, más específicas a las solicitadas en la misma actividad.
Todas las actividades fueron enriquecedoras, toda vez que estaban con una secuencia de
aplicación lógica y racional, con el fin de optimizar el objeto de estudio (el aprendizaje del
principio del trabajo y la energía cinética), pero a modo personal, la actividad que más me generó
impacto y satisfacción en su desarrollo, fue el de la simulación de la Audiencia, porque presentó a
los estudiantes en versiones preparadas para desarrollar los papeles de abogados, victimas,
demandado, juez o físico investigador, pero el lenguaje usado por cada uno de ellos (independiente
del reparto) estaba enmarcado por los conceptos de velocidad, masa, rozamiento, huella de
frenado, calor, energía, energía cinética y trabajo; todas estas ligadas al principio físico en estudio.
El sentimiento encontrado de algunos estudiantes (bien sea porque habían sufrido por
este tipo de eventos con secuelas o porque habían algunos que pretendían investigar accidentes en
el que habían estado involucrados sus familiares sin gravedad), permite definir a este proyecto
como una oportunidad de concientizar a los estudiantes desde una perspectiva humana, social y al
alcance de las actitudes propias de todo actor vial; en otras palabras, se consolidó un proyecto que
emerge como necesidad de enseñar a pensar científicamente, pero que inherentemente invita a
realizar y/o ejecutar proyectos de conciencia vial, y que desde el aula contribuyan
sistemáticamente, a que las estadísticas disminuyan paulatinamente en pro de la seguridad para el
disfrute del espacio público.
129
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Anexos
Anexo A. Instrumento de Ideas del Principio del Trabajo y la Energía Cinética
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Anexo A. Test de Categorías