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IMPLEMENTACIÓN DE UNA PROPUESTA DIDÁCTICA, PARA PROMOVER
LA CONSTRUCCIÓN DE EXPLICACIONES, SOBRE LA REFRACCIÓN DE LA
LUZ.
NANCY STELLA FLÓREZ TAPIERO
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD DE CIENCIAS Y EDUCACIÓN
MAESTRÍA EN EDUCACIÓN.
BOGOTÁ. COLOMBIA
2017
IMPLEMENTACIÓN DE UNA PROPUESTA DIDÁCTICA, PARA PROMOVER
LA CONSTRUCCIÓN DE EXPLICACIONES, SOBRE LA REFRACCIÓN DE LA
LUZ.
NANCY STELLA FLÓREZ TAPIERO
Director
GUILLERMO FONSECA AMAYA
Trabajo de grado para optar al título de Magister en Educación
con énfasis en Ciencias de la Naturaleza y la Tecnología
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD DE CIENCIAS Y EDUCACIÓN
MAESTRÍA EN EDUCACIÓN.
BOGOTÁ. COLOMBIA
2017
III
Resumen
En este trabajo se presenta el diseño, implementación y análisis, de una propuesta
didáctica para la construcción de explicaciones sobre la refracción de la luz y sus
conceptos fundamentales, basada en la metodología de aprendizaje activo. El trabajo se
presenta en la modalidad de profundización de la Maestría en educación, con énfasis en
ciencia y tecnología.
Inicialmente se presenta una indagación teórica sobre la enseñanza de la refracción de la
luz, sus formas de explicación desde el conocimiento científico, dando cimiento a la
implementación, realizada en cinco sesiones de clase. Finalmente se presenta el análisis y
caracterización de las explicaciones obtenidas en el proceso.
Este trabajo se enmarca dentro de la metodología de Investigación-Acción, según los
lineamientos de Elliot(1993). Se realiza con un grupo de 15 estudiantes de undécimo
grado en una institución educativa distrital, de Bogotá a los cuales se aplica la propuesta
didáctica basada en aprendizaje activo, con la elaboración y utilización de diversos
materiales en trabajos experimentales de aula.
Para evaluar el resultado de la implementación, se realiza una reflexión sobre los datos
obtenidos en cada una de las prácticas experimentales, caracterizando las explicaciones
dadas por los estudiantes, de acuerdo a las investigaciones realizadas por Hempel(1965)
sobre la explicación científica.
Esta propuesta permite la construcción de explicaciones a través de la observación
directa del fenómeno y mediante dos tipos de actividades: explicaciones teóricas
experimentales y clases interactivas, según propuesta metodológica de la Unesco
(Lakhdar y Sokoloff, 2007).
Palabras claves:
Refracción de la luz, propuesta didáctica, aprendizaje activo, explicación, investigación -
Acción.
IV
Abstract
This paper presents the design, implementation and analysis of a didactic proposal for theconstruction of explanations about the refraction of light and its fundamental concepts,based on the active learning methodology. The work is presented in the modality ofdeepening of the Masters in education, with emphasis in science and technology.
Initially, a theoretical inquiry is presented on the teaching of refraction of light, its forms ofexplanation from scientific knowledge, laying the foundations for implementation, carriedout in five class sessions. Finally we present the analysis and characterization of theexplanations obtained in the process.
This work is part of the Research-Action methodology, according to the guidelines ofElliot (1993). It is carried out with a group of 15 eleventh grade students at a districteducational institution in Bogotá, to which the didactic proposal based on active learning isapplied, with the elaboration and use of different materials in experimental classroom work.
To evaluate the results of the implementation, a reflection is made on the data obtained in
each of the experimental practices, characterizing the explanations given by the students,
according to Hempel's (1965) research on the scientific explanation.
This proposal allows the construction of explanations through direct observation of the
phenomenon and through two types of activities: experimental theoretical explanations
and interactive classes, according to Unesco's methodological proposal(Lakhdar y
Sokoloff,2007).
Key words:
Refraction of light, didactic proposal, active learning, explanation, research-action.
V
Resumo
Este artigo descreve a concepção, implementação e análise de uma proposta didática paraa construção de explicações sobre a refração da luz e seus conceitos fundamentais, combase na metodologia de aprendizagem activa é apresentada. O trabalho é apresentado soba forma de aprofundamento Mestrado em Educação, com ênfase em ciência e tecnologia.
Iniciamente uma investigação teórica para o ensino da refração da luz, formas deexplicação do conhecimento científico, dando base para a implementação, realizada emcinco sessões de classe é apresentado. Finalmente, a análise e caracterização dasexplicações obtidos no processo é apresentado.
Este trabalho faz parte da metodologia de pesquisa-ação, ao longo das linhas de Elliot(1993). É feito com um grupo de 15 alunos do décimo primeiro em um distrito escolar dacidade de Bogotá, onde a proposta didática com base na aprendizagem activa, odesenvolvimento ea utilização de vários materiais no trabalho em sala de aulaexperimental se aplica.
Para avaliar o resultado da implementação de uma reflexão sobre os dados obtidos emcada uma das práticas experimentais é feito, caracterizando as explicações dadas pelosalunos, de acordo com pesquisa realizada pela Hempel (1965) sobre a explicaçãocientífica.
Esta proposta permite a construção de explicações por meio de observação direta dessefenômeno e através de dois tipos de actividades: explicações teóricas experimentais eaulas interativas, de acordo com proposta metodológica da Unesco (Lakhdar e Sokoloff,2007).
Palavras chaves:
Refração da luz, a abordagem didática, a aprendizagem activa, explicação, a pesquisa-action.
VI
Contenido
Resumen.............................................................................................................................III
Abstract..............................................................................................................................IV
Resumo................................................................................................................................V
Contenido...........................................................................................................................VI
Lista de figuras................................................................................................................VIII
Lista de tablas..................................................................................................................VIII
Introducción.........................................................................................................................1
Capítulo1..............................................................................................................................3
1.1 Pregunta Orientadora.....................................................................................................3
1.2 Objetivos.................. .....................................................................................................5
1.2.1 Objetivo General......................................................................................................5
1.2.2 Objetivos Específicos...............................................................................................5
1.3 Marco Teórico Referencial............................................................................................6
1.3.1 Antecedentes............................................................................................................6
1.3.2 Principios Epistemologicos...................................................................................13
1.3.3 Principios Físicos. Refracción de la Luz.............................................................. 18
1.3.3.1 Las Lentes.......................................................................................................24
1.3.4 Principios Pedagógicos…......................................................................................26
1.3.4.1 Aprendizaje Activo.............................................................................................27
1.3.4.2 La Explicación...................................................................................................31
Capítulo 2...........................................................................................................................38
2.1 Desarrollo Metodológico.............................................................................................38
2.1.1 Investigación-Acción.............................................................................................38
2.1.2 Fases de la investigación........................................................................................42
2.1.3 Desarrollo Propuesta Metodológica ......................................................................43
VII
2.1.3.1 Inducción.............................................................................................................46
2.1.3.2 Descripción de la población................................................................................48
2.1.3.3 Propuesta - intervención.................................................................................... 48
2.1.3.3.1 Práctica Experimental: Propuesta refracción de la luz ..............................49
Capítulo 3...........................................................................................................................50
3.1Resultados de la Implementación............................................................................50
3.2 Análisis de Datos........................................................................................................ 71
3.2.1Caracterización de Explicaciones...........................................................................75
4.Conclusiones...................................................................................................................82
Referencias Bibliográficas.................................................................................................86
Anexos.
Anexo 1: Propuesta Didáctica......................................................................................89
Anexo 1A: Prueba Diagnóstica……………………………..............………………..90
Anexo 1B: Refracción de la luz, Taller 1.....................................................................95
Anexo 1C: Refracción de la luz, Taller 2..................……………………….............100
Anexo 1D: Refracción de la luz, Taller 3(parte I)................... ……………………..106
Anexo 1E: Refracción de la luz, Taller 3(parte II)....……………………………….110
Anexo 2: Fotos proceso de Implementación.............................................................116
VIII
Lista de Figuras
Figura 1.1 Trayectoria de la Luz en la Materia..................................................................18
Figura 1.2 Trayectoria Onda electromagnética, luz por Refracción..................................18
Figura 1.3 Onda electromagnética.....................................................................................24
Figura 1.4 Lentes Convergentes, trayectoria de la luz.......................................................25
Figura 1.5 Lentes Divergentes...........................................................................................25
Figura 2.1 Diseño metodológico........................................................................................38
Figura 2.2 Ciclo Investigación - Acción. (Elliot, J. 1993).................................................40
Lista de Tablas
Tabla1.1 Investigaciones-Enseñanza de la Refracción.......................................................6
Tabla1.2Textos Enseñanza de la refracción(nivel medio)..................................................9
Tabla1.3Textos Enseñanza de la refracción(Nivel U.).....................................................11
Tabla 2.1Bucles de la Investigación..................................................................................43
Tabla 2.2Modelo de pregunta de la actividad diagnóstico................................................49
Tabla 3.1 Síntesis Prueba Diagnóstica..............................................................................53
Tabla 3.2Opinión Prueba Diagnóstica..............................................................................55
Tabla 3.3Caracterización y categorías..............................................................................63
Tabla 3.4 Síntesis de Grupo. Evaluación de Explicaciones..............................................65
Tabla 3.5 Caracterización de Datos por Estudiante..........................................................66
Tabla 3.6 Evidencias de la Caracterización......................................................................67
Tabla 3.7 Formato de Explicación....................................................................................72
Tabla 3.8 Caracterización general de explicaciones.........................................................76
1
Introducción
En las experiencias pedagógicas de trabajo en el aula, se han notado dificultades
en los estudiantes en cuanto a la formulación de hipótesis, conceptos y explicaciones
relacionadas con la refracción de la luz, según lo demuestran investigaciones recientes
como la de Gil (1989); Sandoval (1999); Pesa (1989), motivo por el cual este tema es de
interés para mi trabajo en el aula y trabajo de grado.
Partiendo de la revisión de algunos conceptos básicos y seguimiento de la
temática de estudio; se construye una propuesta didáctica, como un estudio particular que
permita dar formas de explicación al fenómeno, con procesos de aprendizaje activo,
metodología aceptada y sugerida por la Unesco, como proyecto pedagógico de enseñanza
de la óptica, en el programa Alop de óptica y fotónica (2006).
Algunas de estas metodologías aplicables a la Física, con el objetivo de innovar en
la enseñanza de la óptica son los tutoriales de Física Mc.Dermott y Shaffer( 2001), clases
interactivas demostrativas Sokoloff y Thorton(2004), lo cual permite generar ganancias
en el entendimiento conceptual de la ciencia. Esta metodología será una de las bases para
el desarrollo de la propuesta didáctica, en este trabajo de investigación.
El informe de este trabajo, se diseña teniendo en cuenta las siguientes etapas:
primero la validación del marco referencial y objetivo del proyecto, inicialmente se revisa
el aprendizaje activo como metodología de enseñanza de la refracción, sus características
y forma de intervención; segundo el desarrollo del marco referencial teórico, con sus
fundamentos epistemológicos, disciplinares y pedagógicos que sustentan teóricamente la
propuesta, se revisan algunos aspectos y principios físicos que conceptualizan la
2
refracción, junto con un análisis de investigaciones recientes y textos referentes a la
enseñanza del tema tratado; tercero se trabaja en el desarrollo metodológico describiendo
cada etapa o bucles de la Investigación-Acción lo cual permite diagnosticar, diseñar y
ejecutar el plan de trabajo, luego se presentan las formas de intervención o
implementación de la propuesta en aprendizaje activo A.A., la cual orienta cada una de
las prácticas experimentales, instrumentos de recolección de datos y se describe el
proceso; Cuarto se muestran los resultados obtenidos en cada una de las actividades junto
con el análisis de datos y caracterización de explicaciones, tomando como base
conceptual los antecedentes descritos en el capítulo inicial; por último se presentan las
conclusiones, análisis y resultados de la implementación.
El informe final se presenta en cuatro capítulos: primero objetivos, pregunta
problema, antecedentes, marco teórico referencial. Segundo desarrollo metodológico.
Tercero resultados, análisis de datos. Cuarto conclusiones.
Según Elliot (1993) la forma de Investigación – Acción, se asume como un tipo
de investigación práctica que se realiza en ambientes educativos. El objetivo de esta
intervención es reflexionar e innovar la práctica educativa, todo esto promovido por los
participantes, con el fin de verificar si la implementación de la propuesta didáctica,
promueve la construcción de explicaciones referentes a la refracción de la luz.
En esta metodología de investigación, se habla de un proceso participativo
flexible desarrollado en tres ciclos o bucles, según Elliot (1993). Puesto que se realizan
actividades prácticas en donde es posible verificar categorías, observando formas
mediante las cuales los estudiantes pueden construir sus conocimientos y explicaciones
referentes a la refracción de la luz.
3
Capítulo 1
1.1 Pregunta de investigación
Aprender el conocimiento propuesto por la ciencia en relación con la refracción
de la luz, la visión de objetos, de imágenes y de fenómenos ópticos, son complejos. Esto
lo evidencian distintas investigaciones como las de Mc Dermott(1989); Cudmani y Pesa
(1989); Sandoval(1999); Gil(1989), en donde se afirma que a pesar de la enseñanza
formal, los estudiantes presentan dificultades en la comprensión de conceptos
relacionados con la refracción de la luz. Según García (1999) la intención de enseñanza
del profesor se debe enfocar hacia la construcción del conocimiento por parte del
estudiante, de esta forma el papel del profesor no es ser transmisor de conocimientos y el
estudiante deja de ser un sujeto pasivo, ampliando su comprensión del mundo.
Los lineamientos curriculares en ciencias Naturales (1998), (Numeral 1.4.2.
tercera parte) presenta un referente y una secuencia de conceptos para la enseñanza de la
refracción de la luz, los cuales se dividen en dos posibles caminos de acuerdo a los
grados en los cuales se realiza el proceso de enseñanza y aprendizaje, el primer momento
se caracteriza por la clasificación y comparación de los efectos de las fuentes de luz, el
segundo momento, está ubicado en los grados, en los cuales el estudiante debe reconocer
y argumentar diferencias existentes entre los modelos que explican la naturaleza y el
comportamiento de la luz.
Teniendo en cuenta lo anterior, un estudiante de undécimo grado, tiene las bases
necesarias para explicar la naturaleza y el comportamiento de la luz y por tanto del
fenómeno de la refracción, sin embargo, se ha observado en el proceso de enseñanza de
temáticas asociadas a la luz, que los estudiantes del grupo seleccionado tienen
4
dificultades al momento de contextualizar y relacionar los conceptos que se trabajan en
clase de física junto con los fenómenos, referentes a la refracción.
Específicamente con la luz y sus fenómenos los estudiantes tienen nociones de
dichos conceptos, porque tuvieron experiencias cotidianas o simplemente porque en
situaciones anteriores se han mencionado, sin embargo han sido conceptos abstractos que
no fueron visualizados de manera práctica o experimental y simplemente no son
significativos e interesantes para los estudiantes, puesto que no están asociados a su
entorno cotidiano (Salinas,1999).
Por tanto se propone el diseño, construcción e implementación de la propuesta
didáctica basada en aprendizaje activo, teniendo en cuenta ciertos intereses de los
estudiantes respecto al fenómeno, con el fin de promover y caracterizar algunas formas
explicación referentes a la refracción de la luz.
Para el desarrollo de este proyecto se parte de la siguiente pregunta:
¿Qué aporta la implementación de una propuesta didáctica, basada en la
metodología de aprendizaje activo, en la construcción de explicaciones sobre la
refracción de la luz?
Esta implementación se realiza a través de un proceso de Investigación-Acción en
el aula con los lineamientos investigativos de Elliot(1993), se realizan los bucles
descritos para el trabajo, se obtienen los resultados y datos del proceso de intervención,
mediante la aplicación de los instrumentos(cuestionarios). Posteriormente se analizan los
datos y resultados obtenidos en contraste con los antecedentes y el marco referencial
teórico descrito para el trabajo.
5
Teniendo en cuenta que el docente participa en el proceso es frecuente que la
reflexión y validación del plan realizado, se describa desde una perspectiva personal
(Elliot, 1993).
1.2 Objetivos
1.2.1 Objetivo general.
Implementar una propuesta didáctica, para promover la construcción de
explicaciones sobre la refracción de la luz, en estudiantes de undécimo grado.
1.2.2 Objetivos específicos.
Diseñar una propuesta didáctica, desde los presupuestos del aprendizaje activo, que
aporte en la construcción de explicaciones referentes a la refracción de la luz.
Implementar y evaluar la propuesta basada en aprendizaje activo para promover la
construcción de explicaciones del fenómeno de la refracción de la luz.
Caracterizar las explicaciones que tienen los estudiantes acerca de la refracción de la
luz.
6
1.3 Marco teórico referencial
A continuación se realiza la descripción de los antecedentes, principios históricos
y epistemológicos, que sustentan el trabajo de investigación, como resultado de una
reflexión y validación de la pregunta problema.
1.3.1 Antecedentes.
Este trabajo, se realiza ante la necesidad de disponer del conocimiento teórico
básico de la enseñanza de los fenómenos de la luz, especialmente la refracción, en la
búsqueda y diseño de una propuesta didáctica que permita la construcción de
explicaciones, sobre el fenómeno de la refracción.
Para esto se consultaron diferentes investigaciones recientes sobre la enseñanza de
los fenómenos ópticos y textos referentes a la enseñanza de la refracción, de las cuales
mencionamos los estudios descritos en la siguiente tabla:
Tabla1.1. Investigaciones sobre la Enseñanza de la refracción.
Nombre de la Investigación Metodología Conclusiones
“Una propuesta de utilización de la historia de
la Ciencia en la enseñanza de un tema de
Física”.
Iparraguirre,l.(2007).
Córdoba. Argentina.
Investigación científica.
orientada a la didáctica de las
ciencias.
Describe un proceso para la enseñanza de
temas de óptica en nivel medio, adoptando la
historia como hilo conductor. A lo largo del
trabajo se comentan e ilustran los problemas
más graves de la enseñanza tradicional de la
óptica, algunos caminos para superarlos y la
forma en que puede utilizarse la historia de la
ciencia, logrando una metodología más activa
con actividades complementarias. se muestra
un desarrollo y proceso epistemológico del
concepto de la refracción. Este trabajo nos
aporta un sustento teórico científico para los
modelos explicativos de la refracción
luz.(categorías).
7"Representaciones mentales de la refracción
de la luz: implicaciones didácticas”
Gfyttas, V. y Komis R. (2013).
Universidad de Paetras, Grecia.
Investigación científica
orientada a la didáctica de las
ciencias.
Investigan 213 representaciones mentales de
los estudiantes de noveno grado. Acerca de la
refracción de la luz, después de ser enseñado
este fenómeno en la escuela, incluyendo
varias representaciones que causan dificultad
en su comprensión. Realizaron entrevistas
con situaciones hipotéticas y una propuesta
para la enseñanza de la refracción de la luz.
En las representaciones los estudiantes,
combinan modelos teóricos explicativos de la
ciencia con sus conocimientos cotidianos.(ya
que han sido percibidos de forma práctica y
son significativos en su proceso de
aprendizaje.)
“Investigación en visión del color y
aplicaciones en el laboratorio de óptica”
Suero,A.Pérez,L. y Pardo. (2007).
España.
Investigación en enseñanza de
la ciencias y la física.
Entrevista.(1024 participantes)
Uso de programas informáticos y simulador
en la enseñanza de temas de física,
investigaciones en visión del color y
aplicaciones en el laboratorio. Permiten la
construcción de explicaciones de diversos
fenómenos ópticos, fácilmente observables
en la naturaleza y a través de programas de
simulador(herramienta didáctica).
“Enseñanza problematizada de la luz”
Osuna,L. (2012).
Universidad de Alicante,España.
Investigación en enseñanza de
la Ciencias y la Física.
Investigación Dirigida.
En este estudio se identifican unos pasos
importantes para elaborar el modelo de visión
de Képler, con una suficiente coherencia,
capacidad explicativa y predictiva para ser el
objetivo de enseñanza en los niveles de
bachillerato. Simultáneamente se comprueba
que los conocimientos iniciales de los
estudiantes están presentes aún después de
haber recibido enseñanza sobre el tema.
“De la explicación a la Argumentación”
Ribas, J.(2002).
Universidad Autónoma.Barcelona.
Investigación científica. En esta investigación se muestran esquemas
básicos de una explicación,como germen de
la argumentación, con características y
razones que fundamentan el paso de las
premisas a la conclusión.
Afirmando que en las explicaciones las
razones tienen una función descriptiva, al
presentar el sistema de relaciones en las que
el fenómeno a explicar se produce, con
determinadas características.
“Argumentación en el aprendizaje del
conocimiento social”
Canals, A. (2007).
IES.Banus.Barcelona.
Investigación Educativa.
Investigación Acción.
Esta investigación trata de comprobar si la
argumentación en la enseñanza de las
ciencias sociales, permite a los estudiantes de
secundaria elaborar un conocimiento más
8racional y estructurado. Construyendo
instrumentos para especificar e identificar los
progresos obtenidos, así como para diseñar
alternativas para avanzar en el proyecto.
“Invisibilidad Optica”
Xiang, Z.(2014).
U.Berkeley. E.U.A.
Investigación científica. Se construyeron materiales con refracción
negativa, los cuales permiten curvar la luz
alrededor de los objetos y dar un efecto de
invisibilidad, a través del cubrimiento del
objeto por un metamaterial, los cuales se
construyen con capas alternas de plata y
fluoruro de magnesio(no conductor)en estas
capas se realizan cortes similares a una red de
pesca, que permiten la construcción del
material óptico, la configuración estructural
de este metamaterial, debe ser más pequeña
que la longitud de onda electromagnética
(luz), inicialmente se usó microondas. se
realizo una serie de explicaciones referentes a
la refracción de la luz, en medios materiales
de indice de refracción, tanto positivo como
negativo, analizando el comportamiento de la
luz en ciertas sustancias.los materiales en la
naturaleza tienen un índice de refracción
positivo,sin responder al cambio magnético
de la luz.(una forma de enseñanza de la
refracción a través de vídeos e imágenes,con
refracción artificial negativa).
“Investigación en didáctica de la Física:
tendencias actuales e incidencia en la
formación del profesorado”
García,A.(2009).
España.
Investigación en didáctica de las
ciencias.
Investigación-Acción.
Se destaca la enseñanza de la Física como
una actividad investigadora y la reflexión
sobre la práctica como instrumento eficaz
para el auto-desarrollo profesional del
profesorado.Una descripción de investigación
e intervención en el aula que aporta en la
importancia de realizar ciertos procesos de
reflexión, en el marco de la Investigación-
Acción).
“Manual Alop. aprendizaje activo en óptica y
fotónica de la Unesco”
Sokoloff, D.;Lakhdar, Z. & Mazzolini,A. (2007).
E.U.A.
Investigación educativa.
Unesco
http://www.duoc.cl/cfd/docs/apr
endizaje-activo-metodologias
educativas.
Se describe una metodología en aprendizaje
activo (AA.). para la enseñanza de la óptica.
propuesta metodológica de la Unesco.
(Lakhdar y Sokoloff, 2007).
“Dificultades de aprendizaje de los
estudiantes universitarios en la teoría del
campo magnético y elección de los objetivos
de enseñanza”
Investigación científica. En esta investigación realizan un análisis de
las ideas de los estudiantes sobre el campo
electromagnético, teniendo en cuenta que al
construir las explicaciones las personas
9
Almudi, J.; Zubimendi, J. & Guisasola, J. (2003)
España.
realizamos representaciones mentales que
incluyen diferentes categorías explicativas de
la realidad en un mismo individuo
dependiendo del contexto y el contenido que
se trata. Mediante un cuestionario de
preguntas abiertas, con énfasis en las
explicaciones los resultados muestran que los
estudiantes presentan serias dificultades en el
aprendizaje del campo electromagnético y
conceptos relacionados tales como la luz
considerada una onda electromagnética.
dando aportes significativos al desarrollo de
nuestra investigación.
De los estudios realizados en las investigaciones anteriores, podemos concluir que
en gran porcentaje el conocimiento de los estudiantes mejora a medida que avanza en su
proceso educativo, en donde los modelos explicativos sobre los fenómenos van
evolucionando; siendo cada vez mas coherentes a modelos científicos y de las ciencias,
sin embargo después de largos ciclos de aprendizaje los estudiantes no presentan niveles
destacados de comprensión y explicación. incluso mostrando dificultades al analizar
demasiados conceptos en un mismo momento. Luego se sugiere de acuerdo a estas
investigaciones, tener en cuenta las concepciones de los estudiantes al iniciar una
explicación o estudio determinado de su interés; es decir priorizar como aprenden,
progresa y adquiere su conocimiento(Hashweh,1986); (Matthews,1997).
Tabla1.2. Enseñanza de la refracción: textos nivel medio.
Libros
Escolares nivel
Medio
Hipertexto SantillanaFísica II
(Tippens,P.7.edición)
Física
(Giancoli, D. 6edición)
Física Conceptual
(Hewit,P.10 edición )
Modelo teórico corpuscular ondulatorio. ondulatorio. ondulatorio.
Forma de
presentación
de la refracción.
Presenta esquemas e
ilustraciones enfocadas
en rayos de luz, usando el
modelo geométrico,
muestra la curvatura de la
desviación de la luz.(al
cambiar de medio)
Presenta ilustraciones
basado en el principio de
Huygens, luz como ondas
transversales. Desviación
de los rayos de luz.
Diagramas basados en las
leyes de la refracción de
la luz, secuencia o tren de
ondas. Ley de Snell.
Presenta diagramas y
demostraciones
geométricas, a partir
de la ley de Snell.
Luz como radiación
electromagnética.
Ley de Snell.
10
Aplicación de la
refracción.
Desde el concepto del
lentes:
La descomposición de la
luz blanca.
La formación de
imágenes a través de
lentes.
Instrumentos ópticos,
cámaras, telescopios.
Descripción de la luz y
fenómenos naturales por
refracción.
Desde el manejo y
aplicación de lentes.
Instrumentos ópticos.
Lentes y aplicaciones en
instrumentos ópticos y
formación de imágenes.
Lentes.
La refracción de la
luz solar.
Aplicaciones en los
instrumentos ópticos
y formación de
imágenes.
Situación-
problema
Una situación cotidiana
en forma de problema
que se debe resolver
desde el análisis y la
explicación conceptual.
Situaciones-problema que
requieren reemplazar en
diferentes ecuaciones.
Problemas de análisis a
situaciones ideales.
Presenta ejemplos del uso
de la leyes de la
refracción. Ley de
Descartes y Snell con
situaciones para ver,
solucionar y construir
conocimientos.
Presenta ejemplos
resueltos, los cuales
requieren hacer uso
de las leyes de la
refracción .
Prácticas de
laboratorioNo incluye No incluye
Uso del láser para
observar la refracciónNo incluye
De acuerdo a la consulta realizada a varios textos recientes de física, respecto a la
enseñanza de la refracción; se nota que en la enseñanza de este fenómeno de la luz,
tanto de nivel medio como universitario, se limitan simplemente a hablar de sus
manifestaciones en instrumentos ópticos y lentes, junto con una descripción geométrica
de la luz al atravesar medios materiales, se nombran algunos índices de refracción, sin
ampliar el concepto a otras sustancias y estructura molecular de la materia con la cual
interacciona la luz como radiación electromagnética.
En algunos libros especialmente el libro de física conceptual de Hewitt (2007), se
muestran fenómenos como punto significativo para explorar y construir el conocimiento,
junto a problemas resueltos que facilitan al estudiante la interpretación, en referencia a
los conocimientos que ha adquirido en su proceso escolar, de esta forma permite una
afinidad a construcciones teóricas del conocimiento científico, mostradas por el autor de
forma experimental o práctica.
11
La revisión realizada a estos textos, nos permite tener una visión de la formas de
explicación y enseñanza del fenómeno de la refracción, descrita por sus autores; junto
con su influencia en las posibles explicaciones e interpretaciones del concepto por parte
de los estudiantes, lo cual como antecedente nos aporta en las diversas formas de
explicación que se pueden presentar y como estas se encuentran cimentadas en una teoría
demostrada de forma práctica.
Tabla1.3. Enseñanza de la refracción: textos nivel universitario.
Libros
Universitarios
Física conceptual
(Hewit,P.2009)Física (Tippens, P.2006)
FísicaII
(Infante,E.2005)
Física General
(Aranzeta,C.2007)
Modelo teórico
luz como partícula.
luz como ondas formadas
por interacción de campos
electromagnéticos.
luz como onda. luz como ondas.
Forma descrita en
la presentación de
la Refracción.
Presenta la refracción a
partir de la ley de Snell,
explicando el
comportamiento de los
rayos de luz. Al final
del capítulo se
describen algunas
aplicaciones y se
muestran problemas
resueltos.
Presenta ilustraciones de
la refracción usando rayos
de luz, basados en el
principio de Huygens.
Muestra las leyes de la
refracción tomando como
base el comportamiento
de los rayos de luz y los
relacionan con situaciones
cotidianas.
Mediante demostraciones
geométricas muestran que
la ley de descartes se
cumple y se resuelven
problemas de aplicación.
Análisis introductorio con
fenómenos cotidianos se
profundiza con ejemplos
y construcción geométrica
Realiza síntesis de la
naturaleza de la luz,
luego explican óptica
geométrica.
La refracción la
enmarcan en términos
geométrico-analíticos.
Expone la refracción a
través de problemas de
aplicación.
Al final se propone un
taller de competencias,
con ejercicios y
preguntas de selección
múltiple.
Se presenta a partir
de la ley de Snell.
Se explica la
refracción a partir
de la geometría
analítica.
Plantean situaciones
y laboratorios
sencillos.
12
Aplicación de la
Refracción.
Imágenes en lentes .
Pantallas de
computadores.
La luz solar que se
dispersa en colores.
En la ingeniería para
examinar patrones de
instrumentos ópticos.
lentes,instrumentos y
herramientas ópticas.
La refracción de la
luz solar.
Formación de
imágenes en lentes.
Situación
problema
Una situación
cotidiana en forma de
problema que se debe
resolver desde el
análisis y la explicación
conceptual.
Ejercicios que requieren
reemplazar en la ecuación.
problemas de análisis a
situaciones ideales.
Talleres de aplicación
competencias, pruebas
de selección múltiple.
Presenta ejemplos
resueltos que
requieren hacer uso
de la ley de Snell.
La revisión de textos, sobre la forma de enseñanza del fenómeno de la refracción,
permite afirmar que en general estas formas se limitan a describir el concepto a partir de
lentes y sus aplicaciones, en este proceso muestran gráficos geométricos de las diversas
formas como se propaga la luz, describiendo el fenómeno en relación a una teoría o ley
demostrada experimentalmente por la ciencia(Ley de Snell, Corpuscular, Ondulatoria y
cuántica.); sin extender la explicación a diferentes campos y fenómenos relacionados.
En los textos no se muestran estrategias de enseñanza, no se relacionan los
conocimientos de la ciencia con el contexto del estudiante y se presenta de acuerdo a una
ley científica. Es de notar que los textos son actualizados de acuerdo a los lineamientos
del M.E.N.(1998). En competencias y desempeños.
En ciertos textos se notan trazos de aplicación al contexto, como en el libro de
física de Hewitt(2009), donde se muestran algunas aplicaciones del fenómeno y solución
de situaciones-problema, lo cuál sirve de guía al estudiante para entender conceptos y
fenómenos relacionados en este caso la refracción de la luz.
13
1.3.2 Principios epistemológicos.
Según Iparraguirre (2006), en sus estudios sobre el uso de la historia de la ciencia
para la enseñanza de temas de Física, menciona lo siguiente en relación con el fenómeno
de la refracción:La refracción de la luz es un fenómeno conocido desde la antigüedad. Ya Arquímedes
(287-212 a.C.) lo estudió cualitativamente con elementos simples muy parecidos a los que se
utilizan actualmente. Claudio Ptolomeo de Alejandría (100-170 d.C.) realizó un estudio más
completo. Elaboró una tabla muy precisa con valores de los ángulos de incidencia y refracción
en diferentes medios, aplicando sus conocimientos al estudio astronómico y posición de los
astros, alterada por la refracción atmosférica. Ptolomeo concluyó que la ley que relaciona el
ángulo de incidencia θ1 con el ángulo de refracción θ2 cuando un rayo de luz cruza la
superficie de separación entre dos medios transparentes, es lineal, es decir:
La relación θ2/θ1 = constante. (1)
Ptolomeo estableció que el rayo incidente, la normal y el rayo refractado, están en un
mismo plano, siguió un método exclusivamente práctico, para la determinación y cálculo de
leyes y principios. Comprobó experimentalmente la refracción de la luz, construyendo
aparatos para determinar la relación entre el ángulo de incidencia y el ángulo de refracción,
observando que ciertos objetos parecían estar en otra ubicación por efecto de la refracción;
Ptolomeo afirma en su libro de Óptica “los rayos visuales pueden ser alterados por curvatura
(refracción) en el caso de medios que permiten el paso de la luz y son materias
transparentes”(Iparraguirre,2006).
Según Iparraguirre (2006), Luego de Ptolomeo la óptica no tuvo gran desarrollo
hasta cerca del año 1000, con Haytham (965-1038 d.C.), conocido en Europa como al Hazim
o Al Hazen, uno de los principales científicos de la civilización islámica. Al Hazen fue quien
rebatió definitivamente las ideas pitagóricas sobre la visión explicada en términos de rayos
luminosos que partían del ojo para explorar los objetos y también repitió las mediciones de
Ptolomeo sobre refracción, constatando que su ley era exacta para ángulos pequeños y se
14
mostraba una desviación sistemática respecto de los valores medidos cuando los ángulos
crecían; pero no pudo determinar cuál era la relación correcta.
Después de esta época se destaca Roger Bacón (1215-1294) con la fabricación de
anteojos, culminando en el siglo XVII, la refracción permaneció sin que hubiese algún cambio
conceptual hasta la aparición de la ley de Snell en 1621, la relación aceptada actualmente
entre los ángulos de incidencia y de refracción fue descubierta empíricamente, a partir de una
construcción geométrica la cual requiere de una relación entre las cosecantes de los ángulos
que se mantenga constante (Jenkins y White, 1964).
Es decir según White(1964) esencialmente esta ley de Snell, se puede expresar
matemáticamente como:
cosec θ2/cosec θ1 = constante = indice de refracción. (2)
Al parecer esta ley no se divulgó hasta mucho tiempo después, con la publicación en 1703 de
la obra Dióptrica del Físico también holandés Christian Huygens (1629-1695), deducida
posteriormente por René Descartes (1596-1650) a partir de un modelo en el cuál la luz se
visualizaba como una cierta presión transmitida en un medio elástico.
Descartes formuló por primera vez la ley en su forma actual en términos del seno de
los ángulos (ley de Descartes):
senθ2/senθ1=constante= v1/v2 (3)
(la constante se denomina índice de refracción del medio 2 con respecto al medio1 y se nota
como: n21). Luego esta ley fue afirmada independientemente por Pierre de Fermat (1657).
A partir de su propio principio del tiempo mínimo, que establece que la luz viaja de un
punto a otro a lo largo del camino que le tome el menor tiempo. Suponiendo que viaja con
distinta velocidad en cada medio (este principio reconoce un antecedente en Herón de
alejandría, siglo I a.C.) Luego las concepciones corpuscular y ondulatoria de la luz,
impulsadas por Isaac Newtón y Christian Huygens respectivamente, muestran cómo la
expresión (3) corresponde en cada modelo, a una diferente relación entre las velocidades de
la luz. La hipótesis ondulatoria de Huygens, llega a la misma relación que el principio de
Fermat, aunque a partir de un razonamiento físico totalmente distinto, de interés para la
comprensión del fenómeno(Jenkins y White, 1964).
15
En el modelo de partículas, el viaje de una partícula que cruza oblicuamente la
superficie que separa dos medios, en los cuales se tiene respectivamente las velocidades v1
y v2, corresponde a un viaje libre de fuerzas tanto en el medio 1 como en el 2, alterado en la
vecindad de la superficie por una fuerza responsable del cambio de velocidad. La
consideración de que la fuerza sea conservativa equivale a la condición de ser
perpendicular a la superficie. Luego se tiene que la trayectoria se acerca a la normal si la
fuerza actúa hacia el medio 2 y viceversa(Jenkins y White, 1964).
El pasar de un medio ópticamente menos denso a uno ópticamente más denso
corresponde a una disminución de velocidad en el modelo ondulatorio y a un aumento en el
corpuscular. Durante muchos años se consideró que la medición de la velocidad de la luz en
distintos medios sería una experiencia crucial que permitiría destruir la controversia onda-
partícula y las dificultades experimentales demoraron la cuestión hasta que León Foucault
(1819-1868) midió la velocidad de la luz en el agua, encontrando en 1862, que la velocidad
de la luz en el agua es aproximadamente 0,75 de la velocidad de la luz en el aire, dando
apoyo total al modelo ondulatorio (ya que además el índice de refracción del agua vale 1,33
que es la inversa de 0,75). Para esa época la ciencia ya había concedido el triunfo al
modelo ondulatorio a partir del desarrollo de las teorías y experiencias de los fenómenos de
difracción e interferencia de la luz(Iparraguirre,2006).
Es interesante según Iparraguirre(2006),ilustrar este modelo ondulatorio como una
esfera que viaja en línea recta rodando por superficies bien planas y horizontales,
representativas de cada medio. El cruce a otro medio está representado por un desnivel (una
pequeña zona inclinada) entre los dos planos. El modelo se presta para analizar algunas
características tanto de la refracción como de la reflexión.
También es importante en el proceso de la refracción de la luz, que Ptolomeo no
haya llegado a la ley actual, lo cual no puede atribuirse a un desconocimiento de la
trigonometría, ya que en su célebre obra Almagesto, presentó completa y aplicada la
trigonometría plana y esférica. Lo cuál es una muestra más de la necesidad de contar con
un modelo teórico para poder llegar a la interpretación de un conjunto de datos
(Iparraguirre,2006).
16
La teoría de Newtón (corpúscular) y la teoría de Huygens (ondulatoria) explican
experimentalmente que el rayo de luz, cuando incide en dos medios diferentes se desvía,
pero al comparar resultados encontraron que la velocidad de la luz en el agua era
diferente; este resultado se aclaro cuando Foucault midió la velocidad de la luz. Sin
embargo Newtón considera el rayo de luz, en referencia a la trayectoria del fotón y de
acuerdo a la teoría ondulatoria, un rayo es una línea imaginaria en la dirección de
propagación de las ondas; en términos de la teoría electromagnética de Maxwell, un rayo
es considerado con la dirección y el sentido del vector de Poynting, donde se observa y
describe que el campo magnético oscila perpendicularmente al campo eléctrico. (recuperado
de http://fisicacalculo.blogqspot.com/2009/12/velocidad-de-la-luz.html,enero12de2012)
Según Iparraguirre(2007) consideramos entonces la refracción de la luz, desde el
punto de vista de los estudios realizados a través de la historia por sus descubrimientos y
principios, mostrando que la explicación de este fenómeno, ha tenido un proceso de
transformación conceptual desde épocas remotas, inicialmente con los griegos pasando
por un proceso de modelación, hacia las ondas de luz vistas desde una visión corpuscular,
ondulatoria y en años recientes como manifestaciones y radiaciones cuánticas. Por tanto
se considera que:
Los aspectos teóricos e históricos que se relacionan con la luz y el fenómeno de la
refracción, cuando se explican fenómenos ópticos por lo general se inician, en enfocar al
estudiante al reconocimiento de los conceptos básicos de la luz y la visión, en relación a
esto se presentan los primeros referentes teóricos expuestos en las escuelas griegas
aproximadamente 400 a.C., donde se consideraba que la luz partía de los ojos y llegaba
al objeto. Euclides el famoso geómetra griego perteneciente a la escuela de los
pitagóricos agregó también que la luz era un rayo que se movía en línea recta hasta el
objeto. En el siglo XII el árabe Ajasen Basora, afirmó que la luz provenía del sol en línea
recta, esta rebotaba en los ojos y finalmente iba hasta el objeto. Con relación a la
necesidad de estudiar las nociones básicas de la luz y la visión, nace también la
necesidad de comprender la naturaleza ondulatoria y corpuscular de la luz.
En esta comprensión de la historia de la refracción de la luz Iparraguirre (2007),
realiza una recopilación de los fundamentos teóricos, dentro de lo cual menciona que
17
fue hasta el siglo XVII, donde el matemático Fermat descubrió que la luz se mueve de
un punto a otro por el camino más corto, por su parte Newtón planteó que la luz estaba
compuesta por pequeños corpúsculos que se desplazan en línea recta a una velocidad
constante, Huygens propuso que la luz era una onda.
La secuencialidad en el surgimiento de las explicaciones de las nociones de la luz y
sus fenómenos nos conduce según Iparraguirre (2007) a sugerir, que al trabajar con
estudiantes, la óptica ondulatoria, se debe primero trabajar con la óptica geométrica como
puente de entendimiento y cercanía de la óptica con las situaciones propias del contexto del
estudiante. Con relación a la sugerencia anterior, al revisar la historia se encuentran
conceptos importantes como el de la refracción de la luz. El primero que se interesó en
estos fue Arquímedes, quien realizó un estudio cualitativo de dicho fenómeno, luego
Ptolomeo elaboró tablas donde relacionaba con mucha exactitud los ángulos de incidencia
y refracción de la luz cuando pasa a través de la superficie que separa dos medios, variando
su velocidad por efecto de la densidad de la materia.
La relación constante entre los ángulos incidente y refractado, sirvió a Ptolomeo en
la corrección sobre los movimientos de algunos astros que observaba, la óptica no progresó
desde los avances de Ptolomeo, pasaron alrededor de mil años, para que el islámico Iban al
Haytham adelantara sus estudios propios y refutara las ideas pitagóricas, además de
comprobar lo expuesto por Ptolomeo. Aunque no aportó ninguna ley que recopilara su
análisis. La idea de Ptolomeo se mantuvo hasta 1621 cuando el profesor Snell, a partir de
una construcción geométrica dedujo que la relación entre el ángulo de incidencia y el
ángulo de refracción es constante(Jenkins y White, 1964).
Finalmente y aunque fueron más los involucrados en la evolución de los conceptos de
la óptica geométrica y los fenómenos de la luz, con el descubrimiento de Newtón y Huygens, se
consolidó la idea de que la luz cambia de velocidad cuando pasa de un medio a otro. Maxwell
postuló que la luz es una onda de carácter electromagnético, la cual se describe por la
propagación de dos ondas perpendiculares entre sí, acopladas en el mismo espacio, la primera
es una onda que representa el campo magnético(B) y la segunda representa el campo
eléctrico(E).(Jenkins y White, 1964).
18
figura 1.1. trayectoria de la onda de luz.recuperado de http://www.fisicaattie.com.ar/óptica.
1.3.3 Principios físicos. ¿Qué es la refracción de la luz?
La refracción de la luz se presenta, cuando la luz pasa de un medio material a otro,
disminuyendo o aumentando su velocidad. Este fenómeno presenta una visión centrada
en la investigación científica experimental de fenómenos naturales de la luz, iniciado
básicamente en épocas en las cuales se logró medir el índice de refracción de diferentes
sustancias, mostrando la interacción de los campos eléctricos y magnéticos de la luz, al
propagarse en estas sustancias y diferentes medios.
Figura 1.2. trayectorias de la luz en dos medios materiales y ángulo limite.(rayos por refracción).recuperado
http://www.fisicaattie.com.ar/optica.
Según los estudios de Iparraguirre(2007), la óptica geométrica se muestra como
un espacio en el aporte, comprensión de principios y conceptos de la refracción, puesto
19
que permite visualizar de forma práctica el movimiento de las ondas de luz y su relación
con otros fenómenos propios, manifestándose con efectos electromagnéticos ¿ondas o
partículas?
Newtón descubrió la naturaleza dual de la luz y explicó sus efectos al relacionarse con
otros materiales que permiten su comprensión, no solo desde el punto de vista científico,
sino histórico, siendo significativo usar la historia de la física en la enseñanza y
aprendizaje de conceptos y fenómenos físicos.
De esta forma se considera la refracción de la luz, desde el punto de los estudios
realizados a través de la Epistemología de la Ciencia, en donde se muestra que la
explicación de este fenómeno ha tenido un proceso de construcción sustentado en la
experimentación y estudios teóricos que lograron consolidar con sus observaciones una
epistemología, teoría y posición propia de los fenómenos dados por la luz; entre ellos la
refracción y sus efectos en diferentes sustancias por donde la luz se puede propagar,
permitiendo una percepción visual de los objetos (Attie,2012).
Los objetos son observados en diferentes tonalidades y formas según la luz,
puede desplazarse o propagarse en el material que compone el objeto, considerando esto,
la luz se mueve en forma diferente de acuerdo a las sustancias y medios materiales,
mostrando sus efectos que son detectados fácilmente (color, velocidad de la radiación
electromagnética,índices de refracción y fenómenos naturales).
Los grandes descubrimientos de la refracción de la luz, se dan a través de la física
cuántica, logrados aproximadamente en los siglos XVIII y XIX, en los cuales se
considera la luz como radiaciones electromagnéticas que fácilmente se convierten en
paquetes de materia, cuando la luz disminuye su velocidad debido a radiaciones externas
y efectos de las sustancias por donde se desplazan estas formas de energía.(Attie, 2012).
Los estudios realizados por Schrödinger, Planck, Maxwell; muestran una visión
de las radiaciones lumínicas. A partir de destellos de partículas eléctricas consideradas
partículas luminosas; cuando se eliminan sus campos magnéticos por polarización. Estas
partículas producen el efecto de interacción entre las diferentes sustancias materiales;
20
cambiando de velocidad, color y hasta invisibilidad de ciertos materiales por efecto de la
refracción de la luz (Attie, 2012).
El estudio de fenómenos luminosos en la naturaleza tales como el arco iris, los
atardeceres, los cambios en el color de los objetos, permiten una visión concreta de los
efectos de la luz, enmarcados en una visión epistemológica de las propiedades de las
ondas de luz (Attie, 2012).
La Física, en especial la óptica se ha interesado por el estudio de los efectos y
propiedades de la luz; al iluminar objetos y estudiar el movimiento de ciertas radiaciones
a través de las estructuras moleculares de los materiales, generando efectos de
fluorescencia, incandescencia y opacidad.
El estudio de la luz, como forma de energía muestra la facilidad del movimiento
de sus radiaciones electromagnéticas a través de las moléculas que componen una
sustancia, muy similar a un gas dependiendo de la temperatura y hasta de la densidad
propia de los materiales (Attie, 2012).
La óptica como rama de la Física constituida por leyes y teorías. Permite describir,
explicar y predecir el comportamiento dual de la luz (onda, partícula) en determinadas
condiciones. La interacción de la luz, con la materia se describe a través de procesos
físicos, cuánticos y geométricos (Attie,2012).
Físicos: es la parte de la óptica que describe los fenómenos microscópicos de la
luz considerándola como una onda electromagnética, describe fenómenos tales como la
propagación de la luz a través de diferentes medios(Attie, 2012).
Cuánticos:es la parte de la óptica que estudia la interacción de la luz con la
materia a nivel atómico, desde fenómenos como el efecto fotoeléctrico; en donde se aprovecha
la energía de la luz para hacerla incidir sobre superficies metálicas produciendo corrientes
eléctricas o fenómenos como el efecto compton, el cual se encarga de estudiar como las ondas
electromagnéticas de baja longitud, se pueden dispersar en superficies ligeras como el grafito
(Attie, 2012).
21
Geométricos: Según Attie(2012)al interactuar la luz con la materia a una escala
macroscópica se puede representar su comportamiento y refracción (desviación) a través de
un modelo geométrico de rayos, conocido como óptica geométrica. Caracterizando la
trayectoria de la luz como rectilínea y un índice de refracción, que permite describir el medio
por el cual se propaga la luz, la óptica geométrica utiliza los siguientes postulados:
a) La luz se propaga en forma de rayos, que son emitidos por una fuente luminosa, los
cuales pueden ser detectados por un sensor óptico.
b) Un medio óptico se caracteriza por una cantidad denominada índice de refracción,
este mide la densidad óptica del material, entendiéndose que la densidad óptica es el
conjunto de características que tiene como consecuencia la desviación y la variación de la
velocidad de la luz que viaja en, o a través de ellos. Operacionalmente el índice de
refracción (n) de un material se puede definir como la relación existente entre la
velocidad de la luz en el material (v) y la velocidad de la luz en el vacío(c = 300000 km ⁄
s) donde n = c/v.
c) Se denomina longitud de camino óptico l, a la trayectoria que sigue la luz atravesando
diferentes materiales, para ir de un punto a otro, éste depende del índice de refracción del
material y de la distancia recorrida por la luz en dicho material y matemáticamente se
expresa como: l = ns.
A finales del siglo XIX y comienzos del XX, el estudio de la luz y de la materia,
parecía encontrarse completo. Desde Isaac Newtón, los aproximadamente doscientos
años de trabajo teórico y experimental en el campo de las ciencias naturales hacían que la
mayoría de los fenómenos conocidos en diferentes campos, fueran explicados de forma
racional, determinista, coherente con las observaciones. A partir de la publicación de
las ecuaciones de Maxwell se unificó las interacciones electromagnéticas y la luz, la
teoría ondulatoria iniciada por Thomas Young e impulsada por Fresnel, proporcionaban
un marco teórico y una explicación racional a los fenómenos observados y se mostraba
superior a la teoría corpuscular de Newtón. Sin embargo en los estudios de Maxwell se
creía en la existencia de una sustancia, que proporcionaba el soporte necesario a la
transmisión de las ondas luminosas, afirmándose la naturaleza dual de la luz (Attie,
2012).
22
Dentro del marco de la Física, una contribución importante al conocimiento de la
luz; fue realizada por Rayleigh al explicar ¿porque el color del cielo es azúl? (dispersión
de rayleigh) lo cual realizó describiendo el espectro de emisión del cuerpo negro a bajas
frecuencias y alejándose de los datos observados para frecuencias altas, este trabajo le
permitió observar ciertas frecuencias para los colores, estudio que fue retomado por
Planck, suponiendo que la materia sólo puede tener estados de energía discretos y no
cualquier valor como suponía la hipótesis clásica. Planck formula su hipótesis en lo que
se conoce como ley de planck y constituye el primer paso hacia la teoría cuántica.
(Attie,2012).
Otro fenómeno que condujo a la teoría cuántica de la luz, es el efecto fotoeléctrico
que consiste en la emisión de electrones al incidir la luz sobre ciertos materiales, quien lo
explicó considerando que la luz estaba compuesta por partículas discretas (fotones) fue
Albert Einstein; postulando que existía una determinada frecuencia para cada metal, por
debajo de la cual el efecto fotoeléctrico no se produce.
Estas teorías de la luz nos brindan herramientas para un trabajo interactivo en
procesos de construcción de conocimiento y manejo de la historia de la ciencia,
permitiendo la reflexión y explicación de los fenómenos físicos cotidianos (Attie,2012).
Teoríassobre laNaturalezadelaLuz.
Acontinuación sedescriben algunas teoríassobre larefraccióndela luz, según la físicauniversitariaZemansky(2005).
Los estudios de óptica en el siglo XVII, se encontraban en los cimientos expuestos
por Isaac Newtón con su teoría corpuscular de la luz, opacando la teoría ondulatoria de
Huygens la cual explicaba fenómenos de interferencia y difracción de la luz. Newtón
consideraba la luz como una corriente de fotones (corpúsculos sin carga, ni masa) los
cuales transportaban radiación electromagnética que interactúa de forma discreta al
desplazarse en la materia y manifestándose con el desprendimiento de electrones en
23
fenómenos tales como el efecto fotoeléctrico, radiación del cuerpo negro y el efecto
compton (Zemansky, 2005).
La luz como una corriente de pequeñas partículas, se mueve en línea recta con gran
rapidez a través de sustancias y cuerpos transparentes que permiten ver a través de ellos;
en los cuerpos opacos los corpúsculos rebotan por lo cual no se puede observar lo que se
encuentra detrás de ellos. Esta teoría corpuscular explica el movimiento rectilíneo de la
luz, la refracción y la reflexión, pero no muestra la naturaleza total de la luz. El modelo
ondulatorio de la luz en cabeza de Christian Huygens, contemporáneo de Newtón explicó
la difracción, la interferencia y los colores en láminas delgadas, considerando la luz como
onda Electromagnética, teoría aceptada en el siglo XVIII en donde se consideraba la luz
formada por un campo eléctrico y un campo magnético variantes en el tiempo y
correspondiendo al movimiento que sigue la luz a través del vacío (Sears y Zemansky,
2005).
La teoría ondulatoria fue sometida a prueba a través de los trabajos de Thomas
Young sobre interferencias luminosas y los trabajos de Auguste Fresnel sobre la
difracción quedando de manifiesto la forma explicativa sobre la teoría corpuscular.
En el siglo XIX se presentan las ideas de James Maxwell quien explica la relación de los
fenómenos eléctricos y magnéticos, considerando la luz como una onda electromagnética
transversal; que se propaga perpendicularmente entre sí. Sin embargo esta teoría no
explica fenómenos relacionados con el comportamiento de la luz en cuanto a absorción y
emisión (efecto fotoeléctrico) y la emisión de luz por cuerpos incandescentes (Sears y
Zemansky, 2005).
La teoría propuesta por Max Planck establece que los intercambios de energía
entre materia y luz son posibles con fotones, Albert Einstein basado en las afirmaciones
de Planck, demostró el efecto fotoeléctrico por medio de corpúsculos de luz. En la
mecánica ondulatoria expuesta por Louis Broglie en 1924 se reune la teoría
electromagnética y la teoría de los cuantos, con lo cual se evidencia la doble naturaleza
de la luz, considerando los fotones con movimiento ondulatorio, luego la luz en su
propagación se comporta como onda, pero su energía es transportada por los pequeños
24
corpúsculos de la onda luminosa, variando su velocidad al propagarse en la materia
(Zemansky, 2005).
Estas teorías establecen la naturaleza corpuscular de la luz, en su interacción con
la materia(emisión y absorción) y la naturaleza electromagnética de su propagación.
figura 1.3. : Onda electromagnética (tomado de Alop.)
1.3.3.1 Las lentes
Un objeto es la fuente de la que proceden los rayos luminosos, ya sea por luz
propia o reflejada. cada punto de la superficie del objeto es una fuente puntual de rayos
divergentes. Si se tiene un punto emisor o (punto objeto), puede ocurrir que los rayos
emitidos por dicho punto, después de reflejarse o refractarse en las distintas superficies
del sistema óptico convergen en un punto o´, se dice que este punto es la imagen real del
punto objeto o. Es el caso de las imágenes que se pueden obtener con una lente
convergente y un espejo cóncavo. (Attie, c. 2012).
25
figura 1.4. lentes. recuperado http://www.fisicaattie.com.ar/óptica.
Puede ocurrir que los rayos luminosos procedentes de un punto del objeto o,
salgan divergentes del sistema óptico, pero que sus prolongaciones en sentido contrario al
sentido de propagación de la luz si se corten en un punto o´; ese punto o´ es la imagen
virtual del punto objeto o. Por ejemplo, la imagen obtenida delante de una lente
divergente o detrás de un espejo plano o convexo. (Attie, c. 2012).
figura 1.5. lentes. recuperado http://www.fisicaattie.com.ar/optica.
Nociones básicas de la Refracción:
Nuestra capacidad de observar los objetos, depende en gran medida de la luz que
viaja desde el objeto y se opone a nuestros ojos. Newtón consideraba que la luz estaba
formada por un haz de partículas y permitía ser descrita por líneas rectas de rayos,
dibujados en la dirección del movimiento, se negaba a concebir la luz en forma de ondas.
En el siglo XIX, una serie de observaciones de interferencia de la luz con firmeza
confirmaba que la luz se propaga a través del espacio en forma de ondas. Extrañamente la
teoría del efecto fotoeléctrico de Einstein, a principios del siglo XX, establecida la luz
como partículas llamadas fotones (Alop, 2006).
26
Ahora sabemos que la luz puede ser considerada desde dos puntos de vista, como
partícula u onda. Si la luz interactúa con objetos mucho mayor que su longitud de onda,
esto puede describirse usando las ondas o rayos en línea recta. Cuando la interacción es
con objetos pequeños casi del tamaño de su longitud de onda, se necesita un modelo de
onda para describir con precisión (Alop, 2006).
Dado que los elementos ópticos como lentes, espejos y prismas son generalmente
mucho más grandes que las longitudes de onda de la luz (las cuales son del orden de la
mitad de una millonésima parte de un metro) el modelo de rayos generalmente llamado
rayos de luz, en la óptica geométrica es bastante adecuado. Muchos elementos ópticos
como espejos y prismas son de material transparente como el cristal, con superficies lisas.
cuando la luz viaja en el aire y cae sobre la superficie de un material transparente,
algunos rayos de la luz se refleja y parte de ella se transmite (Alop, 2006).
1.3.4 Principios pedagógicos.
Hace ya varios años la Unesco (2006), viene desarrollando el programa Alop,
aprendizaje activo de fenómenos ópticos. Programa dirigido a docentes, como un nuevo
proyecto pedagógico de enseñanza de la óptica.
Esta metodología de aprendizaje activo, consiste en permitir al estudiante la construcción
de su propio conocimiento, a partir de la realización de experimentos sencillos y la
confrontación de los resultados obtenidos, con las ideas preconcebidas que el estudiante
tiene del fenómeno observado. En este proceso el docente desempeña el papel de guía,
facilitador del aprendizaje y la actividad dirigida reemplaza la exposición tradicional.
En esta metodología de aprendizaje activo los estudiantes realizan actividades
(lectura, resolución de situaciones, debate, discusión, prácticas de laboratorio) que
promueven el análisis, síntesis y evaluación. Algunas metodologías de A.A. propuestas
en el campo de la didáctica de la Física son las descritas por Sokoloff y Thorton (2005).
A través de sus clases interactivas demostrativas, lo cual nos aporta en el entendimiento
conceptual de temas de Física.
27
Por tanto para el desarrollo de esta propuesta didáctica, se han considerado las
bases de A.A. ya que permite fácilmente el desarrollo del problema de investigación,
facilitando procesos de aprendizaje con la utilización de material didáctico y
conocimientos cotidianos de los estudiantes dentro y fuera del aula de clase.
1.3.4.1 Aprendizaje activo.
Podemos considerar el aprendizaje activo, como un aprendizaje en donde se
aprende haciendo, caracterizado por cuatro elementos básicos:
Experimentación.
Interacción.
Reflexión.
Comunicación.
Es una metodología que busca potenciar algo que ya tiene el aprendizaje en sí, se
aprende reflexionando sobre experiencias puestas en común, explicadas de diferentes
formas, con un objetivo que les resulta motivante, a las personas que interactúan en el
proceso de Enseñanza - Aprendizaje(Pollishuke y Schwartz,1987).
Los estudiantes participan escuchando, hablando de forma reflexiva, atendiendo a
un objetivo y escribiendo con un fin determinado y pueden con la guía del docente
construir puentes entre ellos y el objetivo del aprendizaje, utilizando su propio esfuerzo y
materiales disponibles para el trabajo, en un contexto en el que el estudiante, desarrolla
un papel muy participativo (Pollishuke y schwartz,1987).
Para llevar a cabo estos procesos, es indispensable que se asocie el trabajo activo
a la motivación, al motor de la actividad que se busca en los estudiantes, con implicación,
atención y trabajo constante, promoviendo un tipo de aprendizaje que alimenta sus bases
en un aprendizaje significativo, ya que espera que los estudiantes sean capaces de
relacionar lo que ya saben con los elementos nuevos, todo esto con la ayuda del profesor
que solo actúa como guía y en muchos casos apoyándose también en los compañeros ya
que el aprendizaje tiene un carácter eminentemente social; aprendemos con y de los
demás(Pollishuke y Schwartz, 1987).
28
El estudiante, en el aprendizaje activo, se mueve en un contexto en el que dispone
de mayor libertad e interacción con sus procesos de aprendizaje. Fomentando un
aprendizaje activo en el aula menos dependiente del docente, quien actúa como guía y
facilitador de los procesos educativos; por tanto, más autónomo, capacitador y antesala
del aprendizaje para la vida.
El estudiante debe ser responsable de sus actividades a desarrollar, para esto el profesor
potenciará la reflexión a través de preguntas sobre el proceso que generen una toma de
conciencia: ¿qué dificultades has tenido?, ¿cómo se lograrían mejores resultados? Estas
preguntas se pueden evidenciar en un registro de actividades (Pollishuke y
Schwartz,1987).
El estudiante desarrolla su capacidad de aprender a aprender, siendo consciente de
sus estrategias de aprendizaje, sus preferencias, sus limitaciones e intereses. Es clave
tener una visión clara del proceso a realizar para llegar al objetivo, al cual el docente y
estudiante recurren siempre con el fin de orientarse, conociendo el punto de partida y el
punto de llegada e ir descubriendo posibles caminos, que aporten al proceso de manera
individual o grupal (Pollishuke y Schwartz,1987).
Las intervenciones orales por parte de los estudiantes, permiten un tiempo para
pensar y reflexionar, sobre todo el proceso y el objetivo que se pretende lograr.
El trabajo en grupo, fomenta el razonamiento a través de la interdependencia positiva de
los participantes, al buscar un objetivo común.
Las actividades deben tener un tiempo de realización, que debe ser comunicado a los
estudiantes dentro de las instrucciones.
Finalmente, para que el trabajo sea motivador, es esencial la forma en que se presenta por
parte del profesor, mostrando claramente los objetivos que se plantean, lo que se espera
del trabajo y con qué fin ( Pollishuke y Schwartz,1987).
Secuenciar adecuadamente las actividades en un contexto de aprendizaje activo,
muestra al estudiante unas herramientas con las cuales puede ir construyendo su propio
29
conocimiento, descubriendo por su cuenta los contenidos, creando puentes entre lo
conocido y lo desconocido, aprendiendo de manera contextualizada y no aislada.
La metodología se ha implementado por medio de talleres de aprendizaje activo
en refracción de la luz, estos talleres tienen la intención de brindar a los estudiantes
herramientas para construir sus explicaciones, desde el planteamiento de predicciones y
su comparación con los fenómenos observados de su entorno (Sokoloff, 2007).
Estos procesos prácticos, permiten al estudiante construir su conocimiento a
través de la observación directa de los fenómenos de la refracción de la luz, mediante dos
tipos de actividades:
1. Procesos teóricos experimentales, el docente lidera el experimento.
2. Procesos interactivos experimentales, el docente orienta y los estudiantes realizan el
experimento.
En el primer caso el docente describe sin mostrar resultados y se solicita a los estudiantes
llenar las hojas de predicción. Luego el docente realiza la práctica, describiendo
claramente los resultados y los estudiantes concluyen en las hojas de predicción
(Pollishuke,1987).
¿Por qué el Aprendizaje Activo, como Metodología para la propuesta?
En el proceso de indagación de antecedentes y marco referencial, se encontró que
la metodología de aprendizaje activo A.A., facilita la motivación e interés de los
estudiantes, en la realización de actividades prácticas y temas relacionados con la vida
cotidiana y entorno del estudiante (Serra, 2010).
Según Benegas(2007) en sus estudios sobre experiencias exitosas con A.A. afirma
que en la evaluación del aprendizaje son esenciales las preguntas de razonamiento
cualitativo y explicaciones verbales, como estrategias para el aprendizaje, considerando
las ideas previas del estudiante como generadoras, fuente de conocimiento y una forma
de razonamiento.
30
La estrategia del A.A. presenta la enseñanza como un proceso de investigación
dirigida, desde problemas interesantes para los estudiantes, concibiendo al estudiante
como constructor de explicaciones, involucrado en un proceso epistemológico, que parte
de una pregunta o situación problema, lo cual busca nuevos modelos explicativos,
procedimientos, actitudes que permiten estructurar nuevos conocimientos conceptuales,
metodológicos y actitudinales(Pollishuke,1987).
El aprendizaje activo propone ciertos lineamientos, prueba diagnóstica inicial y
final recomendada como indagación de ideas previas y aprendizaje de conceptos
respectivamente, situando al estudiante como fundamental en el proceso de construcción
de su propio conocimiento; equilibrando las experiencias dirigidas, las actividades de
grupo y el trabajo individual, todo esto con el objetivo de renovar el aprendizaje, desde
una situación real (Benegas, 2007).
Según Benegas (2007) el A.A. se fundamenta en cinco principios básicos:
Principio Constructivista: el estudiante usa sus experiencias para construir sus estructuras
mentales; bajo la dirección de un experto.
Principio Contextual: la construcción del conocimiento depende del contexto y las
estructuras mentales de la persona que aprende.
Principio de Cambio: cada aprendiz tiene una forma diferente de apropiarse de la realidad,
lo cual debe facilitar el docente con metodologías de actividades prácticas, exposición
corta, predicciones y debates.
Principio de Distribución: los estudiantes tienen diferentes estilos de aprendizaje.
Principio de Aprendizaje social: el trabajo en grupo, permite la interacción, los consensos,
estimulando el pensamiento crítico y reflexivo.
En A.A. el rol del docente, es ser guía y facilitador del proceso de aprendizaje,
hacia el objetivo propuesto. Selecciona los grupos de trabajo de forma heterogénea,
motivando el camino de contrastación experimental o práctico, propio del aprendizaje
activo (Pollishuke y Schwartz,1987).
31
1.3.4.2 La explicación.
Es una característica de la ciencia que brinda la oportunidad de ejercitar el
pensamiento divergente, generando una ciencia útil para quien aprende (Segura,D.1993).
Explicar es una parte esencial de la ciencia, es un argumento en el cual las premisas
ofrecen bases para la descripción de un fenómeno; mostrando dos formas generales:
inclusión o ausencia de leyes entre premisas y carácter deductivo, inductivo o
probabilistico de los componentes de la explicación (Concari, 2000).
Para Hempel(1965) existen dos formas de explicación: nomológicas deductivas y
las inductivas; dentro de las explicaciones deductivas se tienen la argumentación de
hechos, en donde se explica un fenómeno a través de condiciones iniciales que incluyen
leyes y las inductivas o sustentación de leyes a partir de leyes.
En nuestro caso las explicaciones nomológico deductivas, tienen en cuenta que la
ocurrencia de la refracción de la luz, se afirma a partir del conocimiento de leyes
universales y condiciones relevantes; luego se deduce el fenómeno de la refracción del
conjunto de estas condiciones iniciales y leyes científicas, buscando demostrar que el
hecho obedece a ciertas leyes.
Hempel (1965) en sus estudios sobre Filosofía de la Ciencia Natural, afirma que las
explicaciones científicas deben cumplir dos condiciones relevancia explicativa y
contrastabilidad; relevancia porque la explicación junto con la información de las leyes
proporcionan la base para que el fenómeno ocurra en determinada circunstancia,
demostrando que es real y con alto grado de contrastación, ya que se puede verificar
empíricamente.
Estas leyes y teorías científicas se deducen de los hechos, a través de la
observación y la experimentación; en un proceso inductivo del conjunto de datos, donde
la fuente del resultado es la experiencia. Por tanto podemos resumir de la siguiente forma
general a las explicaciones:
-Leyes teóricas.
-Condiciones iniciales.
32
-Predicciones y explicaciones.
Describiendo los siguientes pasos: observación y registro, análisis y clasificación,derivación inductiva y finalmente la contrastación.
Para nuestro caso, tenemos:
Refracción de la luz -------------------fenómeno explanandum
Descripción de la refracción --------------------------enunciado explanandum
Premisas, leyes, teorías que especifican el fenómeno--------------enunciado explanans
Según Hempel(1965) La explicación tiene dos componentes el explanandum ocontenido que describe el fenómeno y el explanans o teorías que se refieren al fenómeno.
El explanans puede referirse a las premisas, antecedentes específicos o leyes generales,que explican el fenómeno. Una explicación cumple dos formas de adecuación a larealidad ( Lógica y Empírica).
Condiciones lógicas:
- El explanandum debe ser un resultado deducido del explanans.
- El explanans debe contener leyes generales para concluir el explanandum.
- El explanans debe tener contenido experimental y verificable.
Condiciones empíricas:
Las premisas y leyes que constituyen el explanans se pueden verificar experimentalmentecon correspondencia a la realidad, es decir el explanans necesita ser comprobado comocaracterística de la explicación.
Por tanto pueden definirse las siguientes formas de explicación, según
Hempel,C.(1965):
Nomológica deductiva: el fenómeno se produce en determinadas circunstancias;
se obtiene por deducción de los enunciados explicativos, de dos tipos:
-Leyes generales demostradas empíricamente.
- Descripciones de situaciones concretas.
33
La explicación da cuenta del fenómeno explanandum, el enunciado que lo describe es el
enunciado explanandum. Las premisas que especifican la información explicativa
se llaman enunciados explanantes y forman el explanans. Estas son argumentaciones
deductivas cuyo resultado es el explanandum y el conjunto de premisas el explanans,
formado por leyes generales que explican hechos concretos.
El fenómeno explanandum en una explicación nomológico-deductiva puede ser un
evento que tiene lugar en un determinado tiempo y lugar, una regularidad que se
encuentra en la naturaleza, una uniformidad expresada por una ley empírica. Estas
explicaciones nomologicas-deductivas satisfacen el requisito de relevancia explicativa
puesto que proporcionan deductivamente el enunciado explanandum y muestran
conclusiones de la realidad del fenómeno explanandum, en ciertas condiciones
específicas(Hempel,C.1965).
Es frecuente que las explicaciones nomológico-deductivas se expresen en forma
elíptica: es decir omiten mencionar ciertos supuestos que están asumidos por la
explicación, pero admitidos en un determinado contexto y actuando como premisas de la
explicación. Una vez que se hacen explicitas estas premisas, se determina que la
explicación supone una referencia a leyes generales presupuestas por el enunciado
explicativo, verificando que un evento concreto puede tener como causa un evento de
otro tipo (Hempel,1965).
En referencia a la refracción de la luz podemos considerar, que la luz se desvía
porque cambia su medio de propagación, considerando tácitamente las propiedades de la
materia. Una vez que se hace la premisa tácita se ve que la explicación supone una
referencia a leyes generales, presupuestas por un enunciado explicativo. Luego podemos
considerar las leyes como base para una explicación (Hempel,1965).
En ocasiones la explicación se apoya en el descubrimiento de un hecho particular,
a partir de leyes generales aceptadas con anterioridad, que sustentan el fenómeno
explanandum. Buscando descubrir una ley más general, dando cuenta del fenómeno
explanandum en referencia a leyes y datos concretos de los cuales disponemos.
34
Según Hempel(1965) las Leyes universales y generalización se sustentan en un
enunciado universal, demostrado experimentalmente. En las explicaciones Nomológico-
deductivas, las leyes son la base para explicar que se produzca un evento. Cuando el
explanandum no es un evento particular, sino una uniformidad, las leyes muestran este
sistema de uniformidades.
La mayoría de las leyes de las ciencias naturales son cuantitativas y no todos los
enunciados universales; pueden considerarse leyes de la naturaleza o generalizaciones
accidentales. Las leyes justifican condicionales y son la base para una explicación, las
generalizaciones accidentales son consideradas coincidencias de la teoría aceptada
(Hempel,C.1965).
Probabilidades estadísticas deductivas e inductivas: En este tipo de explicación
un evento se explica con referencia a otro.
Considerando los estudios de Hempel(1965), no todas las explicaciones científicas se
basan en leyes de forma estrictamente universal. Existen enunciados generales que son
leyes de forma probabilística o leyes probabilísticas. Las conclusiones deductivas que
parten de premisas verdaderas, en donde es posible que los enunciados explanantes sean
verdaderos y el enunciado explanandum sea falso. Entonces, el explanans (premisas)
implica el explanandum (conclusión) no con certeza deductiva, sino con cuasi-certeza o
con un grado de probabilidad.
Estas argumentaciones son explicaciones probabilísticas y muestran ciertas
características de la explicación nomológico-deductiva; en ambos casos el evento se
explica en referencia a otro, con el cual el explanandum está conectado por medio de
leyes. En un caso las leyes son de forma universal y en el otro de forma probabilística
(Hempel,c.1965).
En una explicación deductiva de estas características; se muestra que el explanans,
el explanandum eran de esperar con certeza deductiva y en una explicación inductiva se
limita a presentar que se espera con un grado de probabilidad y tal vez con un grado de
35
certeza práctica. Por esto el argumento cumple el requisito de relevancia explicatoria
(Hempel, 1965).
Para Hempel(1965), cuando se explica un evento con referencia a leyes
probabilísticas, el explanans confiere al explanandum un apoyo inductivo. Luego
podemos distinguir las explicaciones probabilísticas afirmando que las primeras llevan
una incorporación deductiva en leyes universales, mientras que las últimas llevan
cimientos inductivos en leyes probabilísticas. Por su carácter inductivo, una explicación
probabilística no explica el que se produzca un evento, porque el explanans no excluye
desde el punto de vista lógico el que se produzca. Por tanto estas explicaciones
probabilisticas son de tipo menos riguroso que las nomológico-deductivas.
En estas explicaciones probabilisticas inductivas, el explanandum nos describe un
hecho probabilístico y la explicación se infiere inductivamente del explanans. Cuando la
explicación es deductiva; el explanandum explica fenómenos con enunciados
probabilísticos y el explanans incluye al menos una ley estadística (Hempel,1965).
Otros estudios sobre explicación científica son dados por Hanson (1977) en donde
se afirma que una explicación, debe dar comprensión o inteligibilidad de los fenómenos
estudiados a través de analogías y modelos. Estas analogías deben estar centradas en lo
cotidiano, tratando que lo observado se explique mediante enunciados científicos.
De acuerdo a esto en el caso de la refracción de la luz, los modelos a considerar
serían el modelo ondulatorio, el modelo corpuscular, la ley de Snell y la óptica
geométrica, puesto que una teoría nos ofrece una forma de observar específicamente un
fenómeno; cuando se trata de explicar un rayo luminoso (óptica geométrica) la ley de
Snell se toma como punto de partida para la explicación y el índice de refracción como
una propiedad de la materia y cuando se avanza en la explicación es necesario contestar
el ¿por qué ?. Al hacerlo la ley de Snell resulta explicada y el indice de refracción se
convierte en la descripción de una interacción (Hanson,1977).
36
En las teorías no se debe perder de vista el papel que realizan los modelos, las
analogías y ecuaciones propias de la teoría con el fin de priorizar la inteligibilidad de la
ciencia (Segura,1993).
Una explicación con leyes restringidas a una región fenomenológica, solo nos dice que
sucederá cuando alteramos alguna de las variables, mientras que las leyes articuladas en
una teoría y las teorías modelo nos permiten aproximarnos a un ¿por qué? haciendo
inteligible el resultado obtenido por aplicación de teorías, permitiendo la extrapolación de
conocimientos logrados y aplicación a situaciones reales (Segura,D.1993).
Aprender el conocimiento propuesto por las ciencia en relación con la refracción
de la luz, implica considerar como la visión de objetos, de imágenes y su formación, son
complejos, esto lo evidencian distintas investigaciones, en donde se afirma que a pesar de
la enseñanza formal, los estudiantes tienden a usar explicaciones intuitivas (Bravo, Pesa y
Pozo, 2010).
Considerando que esto se presenta por las diferencias existentes entre la forma en
que cotidianamente se entienden, explican los fenómenos y las teorías científicas. Es de
notar que en las explicaciones de la formación de imágenes a través de lentes, se
considera desde la ciencia; originadas por la luz proveniente de diferentes puntos del
objeto y desviada por refracción Zemanski (2005), lo cual en muchas ocasiones no se
puede verificar experimentalmente en el contexto del aprendizaje de los conceptos de la
ciencia.
En ocasiones según Pesa (1997) se afirma en las concepciones holísticas de la luz,
que se pueden observar objetos al dirigir nuestros ojos directamente a ellos, puesto que la
luz que llega al proceso óptico, proviene del objeto. Según Sandoval (2000) las imágenes
son concebidas como formas completas emitidas por los objetos luminosos, que tienen
las mismas propiedades del objeto, al desplazarse en diferentes medios materiales.
37
La diferencia entre estas formas de explicar los fenómenos (intuitiva y científica)
exceden lo conceptual ya que tienen raíces más profundas relacionadas con la forma en
que se “interpreta, concibe, explica el mundo y los fenómenos que suceden en él” (Pozo,
2001).
La perspectiva teórica para la caracterización de explicaciones, sugiere concebir al
conocimiento científico y al conocimiento intuitivo como dos modos de conocer, dos
maneras diferentes de interpretar, estas diferencias estarían relacionadas no sólo con el
modelo explicativo, la idea, la concepción usada, sino también con los principios
conceptuales, ontológicos y epistemológicos que caracterizan a cada manera de conocer
(Gómez y Crespo,1998).
Estos principios descritos anteriormente guían de forma implícita la manera en
que se interpretan y explican en cada contexto los fenómenos cotidianos de la refracción,
como formas de razonar que se activan al momento de elaborar la explicación (Pozo,
2001).
En este proceso se consideran las siguientes preguntas auxiliares u orientadoras para la
Caracterización de Explicaciones(las cuales se describen en el análisis de datos):
¿Qué explican los estudiantes del fenómeno de la refracción de la luz?
¿Cuál es la forma más generalizada de explicar, el concepto de refracción de la luz?
¿Cómo se explica la refracción de la luz, en diferentes medios materiales?
La descripción de estas preguntas orientadoras, se realiza en la reflexión y análisis de
datos obtenidos en el proceso de intervención.
38
Capítulo 2
2.1 Desarrollo metodológico
2.1.1 Investigación-Acción:
En cuánto a la forma de Investigación – Acción que se trabaja en el proyecto, se
asume como un tipo de investigación aplicada que se realiza en ambientes cotidianos,
previamente, durante o luego de la ejecución de un programa de intervención, para lo
cual se recoge información de una realidad dada a través de técnicas específicas en forma
sistemática, participativa y reflexiva. (Elliot, J.1993).
Metodología de Investigación Investigación- Acción. (Práctica)
Estudio Descriptivo.
Orientación pedagógica: Aprendizaje activo.
Fases: Diagnóstico, Implementación, Evaluación.Figura.2.1.Diseño metodológico.
La Investigación-Acción se considera como un conjunto de estrategias, para mejorar
la calidad de la acción educativa, en un proceso cíclico de reflexión enfocado a
comprender y solucionar problemas propios del quehacer del profesor.
Elliott(1993) considera la Investigación - Acción desde un enfoque interpretativo,
la explica como una reflexión sobre las acciones humanas, sobre los medios y los fines
educativos, con el objetivo de ampliar la comprensión (Diagnóstico) de los docentes en
sus problemas prácticos y acciones que van encaminadas a modificar la situación,
permitiéndole innovar en sus prácticas educativas.
En el modelo de Elliot(1993) se establecen las siguientes fases: identificación del
problema a investigar, hipótesis de acción o solución, plan de acción, ejecución,
evaluación, reflexión. La práctica reflexiva como auto-evaluación integra la práctica con
la teoría o sistemas de valores y creencias.
39
En esta investigación social interpretativa se asumen los resultados, como
soluciones basadas en la interpretación de las personas involucradas. La validez de la
investigación se logra a través de estrategias cualitativas de los datos obtenidos en un
proceso cíclico, ya que se repiten en secuencia pasos similares y constantemente se
realiza una reflexión del proceso y los resultados (Elliot, J.1993).
En estas formas de Investigación-Acción práctica el profesor es quien selecciona
el problema de investigación, coordina el proyecto y busca la transformación de la
conciencia de los participantes y un cambio en sus prácticas educativas (Elliot,J. 1993).
Elliott(1993) Afirma que en este modelo el foco de investigación es el plan de
acción y su objetivo es mejorar en valores educativos. Lo cual comprende tres momentos:
Elaborar un plan, ponerlo en marcha y evaluarlo; rectificar el plan, ponerlo en marcha y
evaluarlo y así sucesivamente.
El primer paso de la acción o intervención es la construcción del plan, el cual
comprende: la revisión del problema inicial y las acciones concretas requeridas; la visión
de los medios para empezar la acción siguiente y la planificación de los instrumentos para
tener acceso a la información (Elliot,J.1993).
Ciclo de la Investigación-Acción (Elliott, 1993)
Construcción del plan de acción,evaluación,reflexión del plan de acción.Todo esto
dentro de un proceso cíclico, reflexivo y flexible; orientado a la posible solución del
problema planteado.
Ciclo 1(bucle 1)
Modificación de la idea inicial.
Reconocimiento (Descubrimiento y Análisis de datos)
Plan General
Revisión de la Implementación y sus efectos
Reconocimiento (Explicación de los fallos en la implementación y sus efectos)
40
Ciclo 2 (bucle 2)
Revisión de la Implementación y sus efectos
Reconocimiento (Explicación de los fallos en la Implementación y sus efectos)
Ciclo 3 (bucle 3)
Revisión de la implementación y sus efectos.
Reconocimiento (Explicación de los fallos en la implementación y sus efectos)
Validación (reflexión del proceso).
Ciclos. Investigación -Acción. según Elliot,j.(1993)
Figura 2.2.Ciclo I-A. según Elliot. tomado de https:Imges.slidessharecdn.com%invacciontrabajo.
La metodología de investigación se enmarca en la Investigación - Acción. Esta
investigación se inicia con la priorización del problema, realización de un diagnóstico, el
41
cuál permite la construcción de la hipótesis a solucionar, a través de un proceso flexible
de ciclos participativos, dando como resultado las conclusiones de la implementación.
El trabajo se desarrolla en el marco de la investigación-acción, lo cuál permite
retroalimentar el proceso en determinadas fases, si se presentan situaciones que afectan el
problema inicial, dando origen a una reflexión y solución.
Según Urbano (2006) Estas situaciones que se presentan en el proceso de
Investigación permiten, un proceso investigativo con diferentes ciclos o bucles, que van
siendo retroalimentados en el proceso y enfocado al logro de los objetivos, se realiza con
la intervención y participación del grupo de investigación(Director), el Docente, quince
estudiantes de undécimo grado(Institución Educativa Distrital,en Bogotá).
La metodología que se aplica en el desarrollo del trabajo es la investigación
acción, definida como una forma de explorar, situaciones educativas con la participación
de los integrantes del proceso escolar.
El estudio interpretativo descriptivo, es una herramienta de exploración útil, que permite
examinar, situaciones académicas cotidianas, permitiendo realizar una caracterización de
las explicaciones de los estudiantes, respecto a la refracción de la luz.
El estudio se realizó en cinco sesiones (Aplicación prueba Diagnóstica(1),clases
interactivas(3), Aplicación prueba Diagnóstica(1)) con la implementación de la propuesta
didáctica en metodología de aprendizaje activo, en el desarrollo de las clases interactivas
prácticas se realizaron los talleres referentes a la refracción de la luz, de los cuales se
recogen algunas explicaciones de los estudiantes, en los instrumentos(Cuestionarios) de
las hojas de predicciones(individual, grupal y síntesis).En este proceso se utiliza la misma
prueba diagnóstica inicial y final.
42
2.1.2.Fases del proceso de investigación
fase 1: Diagnóstico
En esta fase, inicialmente se realiza la identificación de la pregunta problema y su
posible solución, se cimentan las bases para diagnosticar y diseñar una propuesta
didáctica en relación con la enseñanza de la refracción de la luz y la construcción de
explicaciones por parte de los estudiantes en cuanto a la problemática observada, se
procedió a diseñar los instrumentos iniciales, para ello se diseñaron los cuestionarios de
la propuesta basada en Aprendizaje Activo, prueba Diagnóstica y tres talleres sobre la
Refracción de la luz, también se planeó la forma de implementación, con la aplicación de
los cuestionarios en las cinco sesiones usando metodología en aprendizaje activo.
fase 2: Implementación
En esta fase, se aplica la propuesta didáctica o herramienta educativa que busca
promover la construcción de explicaciones sobre la refracción de la luz, en diferentes
procesos de enseñanza y aprovechamiento de actividades experimentales, esta
implementación se dirigió a quince estudiantes de grado undécimo de una Institución
Educativa Distrital, se planteo el diseño, puesta en marcha y evaluación de la propuesta
didáctica, en el contexto determinado.
El diseño de la propuesta didáctica se desarrolla bajo la metodología de aprendizaje
activo, con unas metas y objetivos específicos, incluyendo en las clases una práctica
experimental de fenómenos de la refracción,con el desarrollo de una serie de actividades
interactivas, desarrolladas con los participantes en el proceso.
Con relación a la implementación de la propuesta, primero se realizó la contextualización
del tema, con actividades que permiten el tratamiento y desarrollo de la temática. Los
estudiantes tienen la facilidad de participar e interactuar en la actividad, con talleres en
Aprendizaje Activo que motivan el aprendizaje a través de sus prácticas experimentales,
potenciando habilidades del estudiante y recursos que posee. La unidad didáctica y su
estructura pueden visualizarse en el anexo 1A.
43
fase 3: Evaluación de la propuesta
Esta fase se enfoca a evaluar y reflexionar sobre el efecto que causó en los
estudiantes la implementación de la propuesta. Se aplicó la prueba diagnóstica(usada
inicialmente) para caracterizar las explicaciones de los estudiantes, como instrumento
final y analizar los aspectos de comunicación, implementación, procedimiento y actitud,
dado por los estudiantes en la fase de implementación. El objetivo del instrumento fue
recolectar información sobre diferentes formas de explicación que tienen los estudiantes
acerca de la refracción de la luz, en situaciones propuestas.Tabla 2.1.Bucles de la investigación:
Primer Bucle:
Fases Actividades Instrumentos
recolección
información
Planeación Revisión de antecedentes en el desarrollo de
propuestas de enseñanza y aprendizaje,sobre
la refracción de la luz.
Prueba piloto a un grupo de jóvenes.
(microestudio para elaboración de la prueba
diagnóstica)
Diseño de la prueba diagnóstica y talleres con
el fin de obtener las explicaciones de los
estudiantes referentes a la refracción de la luz.
Prueba de validación de expertos(grupo de
investigación).
Categorías para caracterización de las
explicaciones de los estudiantes. según
Hempel (1965). (nomológica deductiva,
Probabilidades estadísticas ).
Grabación y
transcripción
de clase.
Cuestionarios
diligenciados
por
estudiantes.
Observación
del profesor.
44
Acción Aplicación de la prueba diagnóstica a los
estudiantes.
Consolidado de antecedentes. (bases teóricas
de la enseñanza de la refracción de la luz, leyes
de la Física,Categorías de explicación).
Observación Retroalimentación del proceso realizado.
Reflexión Retroalimentacion en antecedentes y prueba
diagnóstica a partir de los resultados obtenidos.
Segundo Bucle
Planeación Diseño de la propuesta didáctica. se diseñan tres
talleres-actividades, sobre la refracción de la luz, desde
los presupuestos del aprendizaje activo, en donde se
desarrollan las fases de: experimentación, interacción,
comunicación, reflexión.
Acción Clase interactiva experimental, clase teórica
experimental (Aplicación de talleres).
Elaboración de hojas de predicciones Individuales,
grupales y síntesis.
Observación Caracterización de Explicaciones.
Revisión de cuestionarios elaborados por estudiantes
en el proceso.
Reflexión
Retroalimentación de talleres y diseño de la propuesta
Didáctica.
45
Tercer Bucle
Planeación Rediseño y consolidado de las actividades de
intervención en el aula, desde los referentes de la
metodología del Aprendizaje Activo.
Acción Aplicación de la prueba diagnóstica a los
estudiantes.
Consolidado de resultados.
Observación Análisis de resultados
Caracterización de explicaciones(Nomológica-
Deductiva, Probabilística).
Categorías(Corpuscular, Ondulatoria, ley de
Snell, O.Geométrica,Conocimientos Cotidianos)
Reflexión Validación y Retroalimentación de la Propuesta.
Análisis y Resultados.
2.1.3 Desarrollo de la propuesta metodológica:
Dentro de los objetivos trazados para establecer la relación entre la investigación
acción y el desarrollo de la propuesta de implementación se tiene en cuenta los pasos del
plan y la construcción de la propuesta didáctica basada en AA. Lo cual se desarrolla con
un diagnóstico inicial, la construcción del plan de acción y su ejecución para finalmente
interpretar y caracterizar los resultados. En cada fase se realizaron actividades específicas
relacionando las categorías de explicación, con los resultados obtenidos de cada fase, a
través de los cuestionarios de la propuesta que se implemento basada en AA. La cual
permite al estudiante teniendo como guía al profesor elegir situaciones e iniciar un
proceso de búsqueda de explicaciones; como una alternativa didáctica de aprendizaje y
46
construcción de su propio conocimiento, junto con la interacción del conocimiento
intuitivo propio y el de sus compañeros (García,2009).
En la fase de interpretación se determinan los alcances de la implementación
basados en el cimiento teórico y antecedentes que se realizó en la fase de diagnóstico y
plan de acción. En donde se consideraron las teorías y leyes del conocimiento científico
de la Física con respecto a la refracción de la luz y las formas de explicación científica
que se pueden presentar según Hempel (1965), lo cuál cimenta las bases para realizar la
caracterización de las explicaciones dadas por los estudiantes.
2.1.3.1 Inducción
Para el desarrollo del proceso de intervención se tiene en cuenta los lineamientos
de la investigación-acción práctica de Elliot (1993) trazando un plan de acción que es
guiado en los siguientes pasos: identificación e interpretación del problema a investigar
(construir explicaciones), planteamiento de la hipótesis a realizar como posible solución
(propuesta didáctica), la visión de los medios a utilizar (cuestionarios) que permiten el
acceso a la información, la reflexión y revisión del plan general retroalimentando el
proceso y avance al siguiente ciclo o bucle de la investigación.
Dentro de las características que destacan este proceso de investigación, se tiene en
cuenta que al explicar lo que sucede se hace de forma narrativa e interrelacionando los
hechos los cuales se vuelven inteligibles al relacionarlos con lo significativo a los
participantes (Elliot, J. 1993).
Todos los participantes son activos en la investigación, en la reflexión del problema
y en el flujo de la información, evaluando las cualidades que se manifiestan en sus
acciones, dando una reflexión sobre los fines o valores educativos (Elliot,J. 1993).
47
Para el proceso de intervención o implementación los datos se obtuvieron con la
propuesta didáctica que se describe a continuación:
Una propuesta basada en el programa Alop-aprendizaje activo de óptica,
promovido por la Unesco (2006), la cual facilita el proceso de aprendizaje activo a través
de la realización de experiencias sencillas, análisis y síntesis, permitiendo al estudiante la
construcción de su propio conocimiento (Sokoloff, D. 2006).
Según García (2009) el objetivo de estos procesos de Aprendizaje es lograr en
cierto grado que los conocimientos intuitivos del estudiante coexistan con el
conocimiento científico, como producto del proceso de construcción social de los
participantes.
De esta forma el Aprendizaje Activo se presenta como una metodología significativa,
para los procesos de enseñanza aprendizaje en el aula, permitiendo potenciar algo que ya
tiene el aprendizaje en sí, aprender de experiencias puestas en común y explicadas de
diferentes formas, caracterizado por cuatro elementos básicos: Experimentación,
Interacción, Reflexión y Comunicación. (Desarrollados en los bucles de la Investigación)
mediante la propuesta o intervención, que consta de las siguientes partes:
Prueba inicial de selección múltiple usada para diagnosticar las explicaciones que
tienen los estudiantes acerca de la refracción de la luz.(consta de ocho preguntas,
relacionadas con fenómenos y conceptos de la refracción de la luz.(Anexo 1A)
Tres talleres experimentales enmarcados en la metodología de aprendizaje activo,
hojas de predicción individual y grupal. Los talleres tienen como objetivo promover en el
estudiante la construcción de explicaciones acerca de la refracción. Mediante situaciones
prácticas, fenómenos y conocimientos de su vida diaria.(Anexo 1B)
Prueba final de selección múltiple (la misma prueba inicial) con el fin de contrastar y
caracterizar las explicaciones obtenidas en la actividad diagnóstico.
48
Los talleres mencionados anteriormente se aplican en los siguientes pasos:
i. Descripción sin mostrar sus resultados.
ii. Registro de predicciones individuales.
iii. Predicciones en grupos.
iv. Registro de predicciones grupales
v. Socialización de predicciones
vi. Realización del experimento por parte del docente.
vii. Descripción y registro de los resultados.
viii. Síntesis.
2.1.3.2 Descripción de la población
La Implementación se aplica a un grupo de 15 estudiantes del grado undécimo de
una Institución Educativa Distrital en Bogotá, encaminada a la construcción de
explicaciones sobre conceptos fundamentales de la refracción de la luz, con la utilización
de diversos materiales, trabajos experimentales y descripción de fenómenos cotidianos.
Para evaluar la eficiencia y eficacia de la propuesta que se aplica, se realizo un análisis de
los resultados obtenidos en cada una de las prácticas experimentales y finalmente una
caracterización de los datos.
La población objeto de estudio son quince estudiantes de undécimo grado, con
edades que oscilan entre los dieciséis y los diecisiete años. El colegio ofrece un énfasis
académico; además ha dispuesto que la enseñanza de las ciencias físicas, se realice en los
grados décimo y undécimo con una intensidad horaria de tres horas semanales, cada hora
tiene una duración de cuarenta y cinco minutos. La institución dispone de un laboratorio,
con los elementos mínimos para una práctica de laboratorio en Física.
2.1.3.3 Propuesta de intervención:
El plan de trabajo, parte de la Identificación del problema, descripción de la
población en donde se aplica la propuesta, antecedentes, proceso y recolección de datos,
posteriormente se realiza la caracterización de los datos obtenidos (explicaciones)
49
cualificando una parte el proceso, se recoge y registra la información, se analizan los
resultados con la caracterización de explicaciones Según (Hempel,C.1965).
Las preguntas que se aplican a los estudiantes como prueba diagnóstico se muestran en
el anexo 1A.
2.1.3.3.1 Prácticas experimentales. refracción de la luz.
A continuación se presenta la estructura básica de los talleres experimentales
desarrollados en AA. Se inicia su construcción a partir de los resultados y sugerencias
obtenidos en la evaluación de antecedentes y marco referencial teórico. Partiendo de un
objetivo para cada uno de estos tres talleres, que integran la propuesta. Su diseño y
descripción se muestran en: (Anexo 1B).
Objetivo: construir explicaciones referentes a la refracción de la luz, a través de la
explicación de fenómenos cotidianos de la luz y situaciones propuestas.
Tabla 2.2: Modelo de pregunta de la actividad diagnóstico.
Situación problema predicciones pregunta
Se ubica detrás de un recipiente con agua,
un rayo de luz.
¿El rayo de luz atravesará los diferentes
medios materiales?
¿El rayo de luz se desplazará en línea
recta?
Muestra con un dibujo tu explicación y
respuesta.
¿Si trazamos una
perpendicular, donde
el rayo de luz
cambia su medio de
propagación, que
pasará al comparar
estos rayos?
¿Serán iguales?
¿Serán diferentes?
¿Por qué?
50
Capítulo 3
Resultados y Análisis de datos.
3.1 Resultados
En la implementación de la propuesta didáctica, como forma de intervención en
este proceso de investigación se obtuvo los siguientes resultados:
-El diseño de la propuesta didáctica, desde los presupuestos del Aprendizaje Activo.
-Se implemento y evalúo esta propuesta que promueve la construcción de explicaciones
referentes a la refracción de la luz, todo esto en un proceso flexible y desarrollo de los
bucles descritos para el trabajo, según las fases propuestas por Elliot (1993).
-Finalmente con los datos obtenidos en los cuestionarios e instrumentos de la
implementación se procedió a caracterizar las explicaciones de los estudiantes, de
acuerdo al cimiento teórico descrito para el trabajo, en los antecedentes y marco teórico
referencial.
3.1.1 Proceso de implementación
En el desarrollo del bucle uno y partiendo de los objetivos propuestos para el
trabajo, se diseñaron los Instrumentos (Cuestionarios) que permiten la recolección de la
información y datos para la validación de la pregunta problema, estos cuestionarios se
realizaron en la modalidad de encuesta, que incluye el uso de pregunta abierta con el
objetivo de obtener las explicaciones de los estudiantes y siguiendo los lineamientos de
Bernal (2016) para el diseño de instrumentos con validez y fiabilidad. Los cuestionarios
forman parte de la propuesta didáctica que se implementa, la cual tiene una orientación
pedagógica de Aprendizaje Activo y básicamente son:
-Prueba Diagnóstica.
-Tres Talleres.
-Hojas de Predicción individual y grupal.(se trabajan al final de cada taller).
51
La prueba diagnóstica es básicamente un cuestionario(8 preguntas de selección
múltiple,representaciones gráficas y preguntas abiertas).En los tres Cuestionarios de
actividades prácticas(Talleres) y hojas de predicciones individual y grupal, se presentan
preguntas abiertas. Con el fin de obtener explicaciones referentes a la refracción de la
luz.(Anexo 1A).
Los estudiantes participantes en las cinco sesiones del proceso, diligencian los
cuestionarios estando presente el docente investigador, el cual recoge la información,
realiza la operacionalización del problema para su posterior reflexión y análisis. La
implementación se realiza en cinco clases o sesiones en aprendizaje activo, las cuales se
describen a continuación:
Primera sesión o clase: Se aplica a los quince estudiante la prueba diagnóstica, con el fin
de caracterizar algunas explicaciones iniciales de los estudiantes sobre la refracción de la
luz, sin realizar ninguna explicación del tema por parte del docente, los estudiantes
solucionan la prueba con los conocimientos propios que ellos tienen en ese momento, la
prueba se aplica en el aula de clase, con una duración de 90 minutos, en los cuales los
estudiantes tienen la oportunidad de leer y entender las preguntas sin ninguna
complicación, la prueba consta de ocho preguntas (Anexo1A).Al final del desarrollo de la
prueba se solicita a los estudiantes, escribir si el cuestionario les pareció interesante,
además de las sugerencias para el trabajo realizado, esto con el fin de evaluar y
reflexionar el proceso en la primera sesión (tabla 3.1). Los estudiantes se mostraron
interesados en el proceso, sin embargo algunos afirmaban que en algunos casos les
faltaba conocimiento del fenómeno descrito y lo explicaban según sus propias
experiencias y entorno de su diario vivir. Esta prueba diagnóstica también se aplica en la
quinta sesión. Los resultados se presentan codificados en la siguiente tabla, de acuerdo a
lo descrito a continuación:
52
Prueba Diagnóstica :
Para la organización y síntesis de la prueba diagnóstica, se analizan los datos y
explicaciones dadas en los cuestionarios; los estudiantes en sus descripciones muestran
trazos y afinidades hacia ciertas teorías sustentadas de la física referente a la refracción.
En un gran porcentaje los estudiantes tienden a realizar dibujos y líneas para mostrar los
efectos de la luz; según lo evidencian los formatos mostrados en la tabla 3.1. que
permiten tabular la información de acuerdo a las respuestas observadas y formas de
estructurar los conocimientos manejados por los estudiantes, para su caracterización se
usan las siguientes convenciones y formas explicativas de Hempel(1965):
Explicación Probabilística (basada en óptica geométrica)= POGExplica la situación o fenómeno con un enunciado probabilistico básico; de forma
deductiva, basado en óptica geométrica; de acuerdo a sus observaciones y conocimientos
previos del fenómeno.
Explicación Nomológica(basada en Modelo Ondulatorio)= NMOSe presenta una explicación nomologica básica, a partir de una ley(modelo ondulatorio)
en donde describe e interpreta el fenómeno de la refracción de la luz a partir del modelo
ondulatorio .Coincidiendo con las investigaciones realizadas por Iparraguirre(2007) y la
metodología de explicación - enseñanza encontrada en los textos revisados en los
antecedentes.
Explicación Probabilística(basada en Modelo Corpuscular)= PMCExplica el fenómeno con un enunciado probabilistico básico;de forma deductiva, basado
en la luz como corpúsculo. De acuerdo a sus conocimientos y observaciones previas
respecto al fenómeno.
Explicación Nomológica(basada en ley Snell) = NLSSe explica usando una forma nomologica básica, a partir de la ley de Snell; en donde
describe e interpreta las situaciones propuestas de la refracción, usando las ecuaciones y
lineamientos teóricos descritos por Snell. Coincidiendo con las investigaciones
realizadas por Iparraguirre(2007) y la metodología de explicación-enseñanza encontrada
en los textos revisados de los antecedentes; en los cuales se afirma que las personas
tienden a realizar sus explicaciones a partir de una ley sustentada y comprobada
experimentalmente.
53
Explicación Conocimientos cotidianos=CCRealiza las explicaciones de acuerdo a sus conocimientos propios e interpretación del
fenómeno que ha observado en su contexto y ha sido de su interés.
Cada estudiante se asigna el código= E
Según Hempel(1965) la ciencia explica los hechos en términos de leyes y las leyes
en términos de principios, luego partiendo del fenómeno de la refracción y de las teorías
de la ciencia, se analiza los lineamientos de las explicaciones dadas por los estudiantes:
En estas explicaciones las premisas, descripciones y enunciados nos llevan a una
conclusión o modelo básico de explicación a partir de una ley científica (ND). Los datos
son los supuestos, luego se observa que :
El hecho ocurrió de determinada manera y se deduce una construcción sencilla del
conocimiento propio; junto con el aceptado y demostrado experimentalmente por la
ciencia(según lo evidencia los cuestionarios de la tabla 3.1).
Tabla 3.1.Síntesis Prueba Diagnóstica:
ESTUDIANTE Preguntas(8) Forma de Explicación Información
E1 POG Explicación a partir del Modelo
Geométrico,Rayos de luz.
E2 POG Explicación, basada en óptica
Geométrica.
E3 POG Explicación usando diagramas y
rayos de luz,
54
E4 POG Explicación a partir del Modelo
Geométrico y diagramas de
rayos luminosos.
E5 POG Explicación con descripción de
rayos de luz.
E6 POG Explicación usando medios
geométricos, rayos luminosos.
E7 POG Explicación a partir del modelo
de óptica geométrica.
E8 POG Explicación con dibujos, usando
rayos de luz.
E9 POG Explicación con referencia al
modelo geométrico de rayos de
luz.
E10 CC Explicación con conocimientos
Cotidianos.
E11 CC Explicación usando sus ideas y
situaciones prácticas de su vida
diaria.
E12 CC Explicación con el uso de sus
conocimientos propios.
55
E13 CC Explicación usando sus
conocimientos cotidianos.
E14 CC Explicación usando sus
conocimientos propios y de su
vida diaria.
E15 CC Explicación en referencia a
situaciones de su contexto.
En esta tabla 3.1 se describe la forma más generalizada de cada estudiante, al
solucionar las ocho preguntas y situaciones propuestas de la prueba diagnostica; Esta
prueba la realiza sin haber recibido ninguna explicación por parte del profesor, estos
resultados por lo general se sustentan en los conocimientos cotidianos que tiene el
estudiante inicialmente.El análisis se realiza de acuerdo a la confrontación de los datos
obtenidos y la explicación científica dada por la ciencia para este fenómeno, realizando la
caracterización de las explicaciones dadas por los estudiantes; como lo evidencian los
formatos de la tabla.
Como Conclusión de esta primera Sesión se realizó un análisis de la aplicación de
la prueba diagnóstica, plenaria y comentarios en donde se trabajan los elementos del
Aprendizaje Activo.
(interacción, comunicación, reflexión, experiencia).
Interacción: entre docente y estudiantes.
Comunicación: escrita en prueba diagnóstica.
Reflexión: personal de acuerdo al trabajo realizado.
Experiencia: conocimientos previos y cotidianos de los estudiantes.
56
También se realizó un análisis de los datos obtenidos, las acciones, actitudes de
los estudiantes a tener en cuenta para el proceso de retroalimentación que da origen al
segundo bucle. De acuerdo a la opinión y sugerencia de los estudiantes sobre la prueba
diagnóstica, se obtuvo los siguientes comentarios registrados al reverso de la prueba. Para
su registro se codifica como: (E)estudiante.
Tabla 3.2.Opinión sobre la prueba Diagnóstica.
Prueba Diagnóstica Estudiantes(E) Información
El tema de la propuesta es Interesante, lúdico,
evalúa nuestros desempeños. E1, E2, E5, E12, E13,
E15
Los dibujos permiten explicar el problema, es
una actividad diferente
E10,E8
Más entendible, Interesante, guía adecuada
para el trabajo.
E6, E7, E14
No escriben comentarios. Se muestran
interesados en la solución de la P.Diagnóstica.
E3, E4, E9, E11
En los formatos de esta tabla 3.2 se evidencia la percepción que tienen los
estudiantes de la prueba diagnostica aplicada. Los estudiantes manifiestan que la prueba
es entendible, interesante,diferente y permite dar explicación al tema tratado. También se
muestra motivación e interés por contestar las preguntas de la prueba.
Segunda Sesión o clase: se realizó un taller experimental sobre índices de refracción y
lentes, los cuales hacen parte de la propuesta didáctica, este trabajo se realiza en el
laboratorio de física, de la Institución educativa, por ser un lugar que presenta las
características para el desarrollo del trabajo, materiales a utilizar y trabajo de grupo.
Inicialmente la práctica la realizan los estudiantes con las indicaciones del taller y guía
del docente(Anexo 1B), el docente observa el trabajo realizado por los estudiantes con el
57
fin de orientar el siguiente paso, al objetivo propuesto(construir explicaciones) luego los
estudiantes diligencian las hojas de predicciones individuales con sus comentarios y
síntesis. Paso seguido el docente realiza la práctica mostrando resultados con la
información pertinente al proceso, explicando resultados y cimentando en modelos
teóricos de la Física, luego se solicita a los estudiantes contestar las preguntas de las hojas
de predicciones individual, grupal y síntesis.
Esta práctica experimental se realizó usando materiales descritos en el taller de la
propuesta didáctica, tales como recipientes cilíndricos transparentes con agua y otros
líquidos, para observar a través de ellos, diferentes objetos, los resultados se registran en
las hojas de predicciones individuales, grupales y síntesis.(de estudiantes.tabla 3.6).
La población seleccionada es de 15 estudiantes, puesto que el trabajo realizado
con grupos pequeños permite una mayor eficacia en el trabajo práctico y se puede realizar
un mayor proceso reflexivo por parte del docente y los estudiantes en el proceso
investigativo, la forma de selección fue aleatoria dando oportunidad al interés del
estudiante en el trabajo a realizar, los grupos se forman con 5 estudiantes en donde
realizan predicción grupal y síntesis, estos grupos son organizados por los estudiantes de
acuerdo a sus afinidades e intereses en el trabajo. En el grupo de 15 estudiantes se
realizan las predicciones individuales.
Los elementos de aprendizaje activo trabajados son:
Experiencia: actividad práctica con el taller experimental.
Interacción: entre estudiantes realizando sus comentarios y explicaciones, entre el
docente y el estudiante en la realización - explicación de la práctica, todo esto se consigna
en las hojas individuales, grupales y síntesis del taller.
Comunicación: durante todo el trabajo realizado individual, grupal, síntesis con su
interacción(comunicación escrita y oral). Plenaria de síntesis.
58
Transcripción Clase interactiva (Lentes) Audio.
Se realizó un taller sobre lentes, utilizando un vaso circular transparente lleno de agua, a
través del cuál se observan varias figuras entre ellas una lámina con líneas de colores,
láminas con diferentes figuras, una flecha, etc. Esto con el fin de obtener explicaciones
sobre la refracción de la luz; inicialmente se presenta la guía del taller, se dan las
indicaciones básicas y los materiales, los estudiantes comentan con sus compañeros lo
que observan a través de la experiencia práctica, dentro de estos comentarios y registros
en las hojas de predicciones, se solicita no escribir nombre con el fin de obtener
explicaciones, más espontáneas por parte de los estudiantes, de estas explicaciones
obtenidas en el trabajo de clase se tiene: (E: estudiante).
E2: “estamos haciendo una práctica con un vaso llenándolo de agua por el cual
pasaremos diferentes objetos a través de este.”
E4: “al ver los objetos a través del vaso de agua ehh, los objetos se invierten y al
verlo vacío,ehh los objetos se ven, no tienen ningún cambio”
E5: “en este experimento vamos a ver que efecto produce el agua”
E5: “los vamos a...a qué a graficar en una hoja para saber, como por qué, como
pasa el rayo de luz por el agua.”
E6: “la flecha se verá igual a través del vaso con agua, ya que es como mirar a
través de un vidrio”.
E4: “la flecha se vera en la misma dirección.”
Prof.:“los estudiantes coinciden en que la flecha se vera igual a través del
recipiente circular, luego al realizar la experiencia con el recipiente con agua se
sorprenden”.
E5: “cambio de dirección la flecha” (observan a través de varios recipientes)”en
los recipientes circulares se observa mas nítido, en los planos no se invierte...”
E6: “el agua cambia la dirección de la flecha ...” (no explican por qué.)
Prof.: “realiza la practica con el recipiente circular, lleno de agua, acercando y
alejando el recipiente y se solicita a los estudiantes llenar sus hojas de
predicciones”.
59
E5: “cambia la trayectoria, ya que el reflejo de la luz, hace que se vea
diferente...” “cambia el ángulo.”
Prof.: “los estudiantes realizan dibujos, no argumentan mucho en sus escritos.
luego se coloca una hoja con líneas de colores y se observa a través del recipiente
cilíndrico lleno de agua”.
E5: realizan dibujos en las hojas de predicciones, comentando que “el recipiente
actúa como lente, desviando la luz y por esto se ve invertido..”
E6:preguntan constantemente al docente como explican estas lentes,”solo pasa
con lentes de lados curvos, las planas no invierten los objetos..”
En estas actividades interactivas, los estudiantes se enfocan en observar el fenómeno y
dedican poco tiempo a llenar las hojas de predicciones, es necesario estar centrando
hacia el objetivo.
En los resultados se describen los datos para el análisis que se obtienen
básicamente de las hojas de predicciones de los estudiantes y la observación directa del
proceso, dentro de estos datos iniciales se puede identificar que:
- Aproximadamente un 40 % de los estudiantes consideran que los rayos de luz pueden ir
a través de diferentes medios materiales, siempre y cuando los rayos de luz lleven mucha
energía para no debilitarse con la materia,el 60% restante de los estudiantes afirman que
los rayos de luz no llegaran, debido a que parte de la luz es debilitada por el agua.
-Los estudiantes coinciden en mencionar, que los rayos de luz, pasan a través de la
materia en línea recta.(Basados en sus observaciones cotidianas de la luz).
Tercera Sesión o Clase: Se trabaja un segundo taller sobre propiedades de la materia; su
influencia en la refracción de la luz y formación de imágenes. El taller experimental esta
enfocado en describir algunos índices de refracción en materiales transparentes,
utilizando esferas de silicona, agua, aceite y colorantes. Descritos en el taller de la
propuesta. (se realiza en el laboratorio de física, de la Institución educativa en un tiempo
aproximado de 70 minutos).
60
Inicialmente la práctica es realizada por los estudiantes, quienes se sorprenden al darse
cuenta que las esferas, no se podían observar al estar dentro del agua. Pero no interpretan
porque sucede esto, luego con las indicaciones del taller y guía del docente(Anexo 1B),
los estudiantes colocan las esferas en otros líquidos,verificando que sucede algo diferente,
pero no explican el proceso y optan por buscar la explicación del docente, sin realizar
comentarios propios, esperando que sucede con las afirmaciones de sus compañeros. El
docente observa el trabajo realizado por los estudiantes con el fin de orientar el siguiente
paso, al objetivo propuesto(construir explicaciones) luego los estudiantes diligencian las
hojas de predicciones individuales con sus comentarios y síntesis. Paso seguido el
docente realiza la práctica mostrando resultados con la información pertinente al proceso,
explicando resultados y cimentando en modelos teóricos de la Física, índices de
refracción, densidad de la materia, etc. Luego se solicita a los estudiantes contestar las
preguntas de las hojas de predicciones individual, grupal y síntesis.
Transcripción Clase interactiva (Lentes) Audio.
E.14: “La profesora nos ha mostrado unas...son cuatro líneas de colores y en un
recipiente colocamos agua y la imagen muestra como los colores,se pasaron del
que estaba... el color que estaba a la derecha..esta en la izquierda..”
Prof: “¿Por qué crees que pasa esto?”
E.14: “ ¿Por... que se invirtio...?”
Prof: “ ¿ y por qué se invirtio?”
E.14: “Por el agua...el agua..pues la línea amarilla que estaba al lado
correcto..derecho, se invirtio al lado opuesto...”
E2: “La imagen del muñeco que se muestra invertido a través de la lente con
agua”..se invierte ya que esta ubicado en el centro de curvatura y se ve mas
pequeño y derecho”
E4: “al observar en el...a través del recipiente que la profesora nos mostro se
observa que el muñeco se ve... Invertido...”
Prof.: “¿Por qué se ve invertido?”
E4: “por la forma cilíndrica del recipiente...”
61
E5: “por el contenido que tiene el recipiente ...qué es agua...”
Prof.: “¿Qué pasaría si no fuera cilíndrico el recipiente?”
E4: “pues... el objeto no se vería invertido, por que se supone que para ver un
objeto invertido tiene que ser.... cilíndrico el recipiente como... Como....
cilíndrico”
Prof.: “¿Qué pasaría si fuera plano?”
E6: “pues se vería normal el objeto, no pasaría nada.”
Prof.: “¿Por qué crees que se necesita un liquido, para observar la imagen?”
E4: “si no tiene liquido...no tendría como...no se vería invertida la imagen”
E6: “el vaso funcionaria como una lente... y dibuje como ... la imagen que nos
puso..(muestra sus dibujos) para ver a través del vaso... dibuje cuando los
colores se invertían y el rayo de luz cuando cambia de dirección... eso quiere
decir que cualquier objeto que se vea a través de una lente se verá
invertido...porque el rayo de luz siempre va a cambiar la dirección.”
Prof.: “Qué efecto tiene el liquido en la formación de imágenes?”
E2: “que desvía el rayo de luz. digamos el rayo va en el aire,al tocar el agua lo
desvía.
Prof.: “¿El agua por qué desvía el rayo de luz?
E2.: “ por que es un cambio de materia. son materias diferentes...básicamente
si fuera en la misma linea, daría lo mismo...pero el agua da como un aumento o
disminuye la imagen... dependiendo de la ubicación del objeto.
Inicialmente la práctica la realizan los estudiantes con las indicaciones del taller y
guía del docente(Anexo 1C), el docente observa el trabajo realizado por los estudiantes
con el fin de orientar el siguiente paso, se diligencian las hojas de predicciones
individuales con sus comentarios y síntesis. Paso seguido el docente realizo la práctica
mostrando resultados con la información pertinente al proceso, explicando y cimentando
los comentarios en modelos teóricos de la Física, posteriormente se solicita a los
estudiantes contestar las preguntas de las hojas de predicciones individual, grupal y
síntesis.
62
Esta práctica experimental se realizó usando materiales descritos en el taller de la
propuesta didáctica.
Los elementos de aprendizaje activo trabajados son:
Experiencia: actividad práctica con el taller experimental.
Interacción: entre estudiantes realizando sus comentarios y explicaciones, entre el
docente y el estudiante en la realización - explicación de la práctica, todo esto se consigna
en las hojas individuales, grupales y síntesis (cuestionarios).
Comunicación: durante todo el trabajo realizado individual, grupal, plenaria de síntesis
(comunicación escrita y oral).
Cuarta sesión o clase: se realizó un taller experimental sobre desviación de los rayos de
luz a través de objetos transparentes, diferentes sustancias y fenómenos ópticos
cotidianos, los cuales hacen parte de los talleres de la propuesta didáctica(anexo 1D), este
trabajo se realiza en el laboratorio de Física, con una duración aproximada de 90 minutos
y materiales descritos en el taller .
Inicialmente la práctica la realizan los estudiantes con las indicaciones del docente,luego
los estudiantes diligencian las hojas de predicciones individuales con sus comentarios y
síntesis. Paso seguido el docente realiza la práctica mostrando el fenómeno de acuerdo a
diferentes modelos explicativos de la Ciencia, con información pertinente al proceso y
explicando resultados, luego se solicita a los estudiantes contestar las preguntas de las
hojas de predicciones individual, grupal y síntesis.
Esta práctica experimental se realizó usando materiales descritos en el taller, tales
como recipientes transparentes con agua y otros líquidos, para observar a través de ellos,
la desviación de los rayos de luz al atravesar diferentes sustancias, los resultados se
registran en las hojas de predicciones individuales, grupales y síntesis.(por parte de los
estudiantes).
Los elementos de aprendizaje activo trabajados son:
Experiencia: actividad práctica con el taller experimental.
63
Interacción: entre estudiantes realizando sus comentarios y síntesis, entre el docente y el
estudiante en la realización - explicación de la práctica.
Comunicación: durante todo el trabajo realizado individual, grupal y síntesis
(comunicación escrita y oral) . Plenaria de síntesis.
A través del análisis reflexivo en esta fase y de acuerdo a la observación realizada
se puede afirmar que:
Los estudiantes en sus hojas de predicciones, muestran un avance en el manejo
de ciertos conceptos físicos relacionados con el fenómeno de refracción de la luz.
Tienden a realizar explicaciones basadas en modelos teóricos sustentados de la Física, sus
respuestas son también coherentes con el trabajo realizado; sin embargo en algunos casos
se explica de acuerdo a experiencias personales o combinando diferentes leyes de
explicación de la luz, aunque no lo justifican adecuadamente. Considero que la propuesta
es una estrategia y ayuda didáctica en el proceso de enseñanza. Los resultados obtenidos
en este proceso de investigación, se presentan en la siguiente tabla. (E=Estudiante).
Tabla 3.3.Caracterización de Explicaciones y Categorías.
Categorías de
Explicación
Nomológica basada en la
ley de Snell
Probabilística basada en
óptica Geométrica
Nomológica
Basada en Modelo
corpuscular
Nomológica
Basada en el Modelo
Ondulatorio
E1
E2
E3
E4
E5
E6
E7
E8
E9
E10
E11
E12
E13
E14
E15.
64
De acuerdo a los resultados obtenidos en los cuestionarios y evidenciados en la
tabla 3.5 y 3.6 ; se puede afirmar, según las explicaciones de los estudiantes que la
refracción obedece a ciertas leyes y se sustenta a partir del conocimiento de leyes
universales; con condiciones propias del fenómeno.
Los estudiantes tienen afinidad hacia una ley que explica la refracción de la luz,
en nuestro caso y de acuerdo a la tabla 3.3. se explica según la ley de Snell, el modelo
ondulatorio y el corpuscular; afirmando que en la descripción de la teoría se muestran
fenómenos que se pueden observar en la realidad (desviación de la luz, ángulos, colores
de la luz, propagación rectilínea de la luz, densidad de la materia) y de acuerdo a estos
conceptos realizan sus explicaciones.
Los estudiantes muestran agrado por las actividades prácticas y generalmente se
apoyan en la explicación del docente para realizar las síntesis, se nota interés en el trabajo
de grupo y la construcción de explicaciones con el apoyo de sus compañeros, de acuerdo
a observaciones e interacción en el aula de clase.
Antes de iniciar el proceso y en la fase de antecedentes, se realizó una prueba
diagnóstica piloto con estudiantes que no participan en el proceso, con el fin de validar
algunas preguntas para el diseño de la propuesta didáctica e indagar conocimientos
previos de los estudiantes del grado undécimo, con respecto a temas de óptica geométrica,
índices de refracción y formación de imágenes en lentes. Lo cual aporto algunas bases en
la elaboración de la propuesta que se implemento; la cual consta de preguntas en
selección múltiple y preguntas abiertas de fácil comprensión, con el fin de obtener
argumentos en los siguientes enunciados, respecto a la refracción de la luz:
¿Qué es? ¿cómo será? ¿dónde?
¿Cómo explicaría usted? ¿cómo describiría?
¿Qué pasará? ¿por qué?
De acuerdo a los resultados mostrados en la tabla 3.3. Podemos afirmar que:
El 33.3% de los estudiantes realizan sus explicaciones, usando el modelo teórico de
óptica geométrica,ley de Snell a través de dibujos.
El 26.6% de los estudiantes realizan sus explicaciones de acuerdo al modelo Corpuscular
de la luz.
65
El 40 % de los estudiantes realizan sus explicaciones usando un modelo ondulatorio de la
luz, con dibujos de su campo electromagnético.
En cuánto a la forma más generalizada, de realizar las explicaciones y de acuerdo
a los resultados (tabla 3.5 y 3.6) es el modelo de óptica geométrica ( usan dibujos y
gráficas lineales geométricas) según los estudiantes porque es la forma como se observa,
realmente la luz y el movimiento de la luz, en situaciones de interacción con la
materia( sustentan con el uso del láser y linternas).
Estas afirmaciones de los estudiantes se obtienen a través de un proceso
participativo e implementación de la propuesta didáctica con orientación en aprendizaje
activo lo cuál nos brinda herramientas para el trabajo interactivo en el aula, permitiendo
la reflexión e innovación de estrategias pedagógicas de enseñanza y aprendizaje tanto
para el docente como para el estudiante, a través del manejo de cuatro elementos básicos :
Experimentación, Reflexión, Interacción y comunicación, lo cual exige ciertas
características del estudiante y participación activa en el trabajo que se realiza.
Tabla 3.4. Evaluación en Explicaciones . síntesis de grupo
Categorías de
Explicación
(Grupos de 5
Estudiantes)
Nomológica
(basada en Ley
de Snell)
Probabilística
(basada en
óptica
Geométrica)
Nomológica
(basada en
Modelo
Corpuscular)
Nomológica
(basada en
Modelo
ondulatorio)
Conocimientos
Cotidianos
grupo 1
grupo 2
grupo 3
En la explicación probabilistica, basada en óptica geométrica. Los estudiantes
parten de describir un hecho probabilistico “En gran porcentaje de casos la luz, se desvía
linealmente de acuerdo a la densidad” y se infiere el fenómeno de forma inductiva a
partir de las premisas y condiciones iniciales; para que el hecho se muestre real.
66
Quinta sesión o clase: Se aplica nuevamente la prueba diagnostica inicial, trabajada en la
primera sesión, con el fin de contrastar resultados en cuanto a la forma de explicación
del fenómeno de la refracción de la luz, esto se realiza en una sesión de 90 minutos en el
aula de clase de forma individual, finalmente se realiza una reflexión por parte del
docente respecto a los resultados obtenidos y se procede a realizar la caracterización de
explicaciones de los estudiantes con los resultados finales obtenidos en el proceso. Se
caracterizan las explicaciones de los estudiantes de acuerdo a los antecedentes y marco
referencial descrito para el trabajo.
Los elementos del aprendizaje activo trabajados son:
Comunicación: escrito en la prueba.
Interacción: docente estudiante,indicaciones.
Reflexión: personal
Experiencia: de acuerdo al trabajo realizado en las sesiones anteriores.
los registros, sustentos de donde se obtienen los datos que se encuentran en los
cuestionarios y hojas de predicciones (individuales, grupales y síntesis).
En la prueba final se muestra avance en el manejo de conceptos físicos; puesto
que los estudiantes realizan unas explicaciones mas amplias, relacionadas con el
fenómeno de refracción de la luz. Acercándose a modelos teóricos sustentados
especialmente el modelo ondulatorio y el modelo corpuscular de la luz. Las respuestas
son más descriptivas; sin embargo se explica también de acuerdo a las experiencias
personales de los estudiantes, algunos explican combinando diferentes modelos de
explicación de la luz, basada en sus observaciones. Los datos de este análisis se describen
a continuación.(E=Estudiante).Tabla 3.5. Caracterización de Explicaciones:
Datos por Estudiante Datos de Sesiones. Preguntas Información(P.Diagnostica final)
E1
E2
E3
E4
E5
NMO
NMO
NMO
NLS
NLS
Prueba Diagnostica y talleres de
la refracción de la luz(3).
67
E6
E7
E8
E9
E10
NLS
NLS
NMC
NMC
NMC
Prueba Diagnóstica y talleres de
la refracción de la luz(3).
E11
E12
E13
E14
E15
NMC
NMO
NMO
NMO
NLS
Prueba Diagnóstica y talleres de
la refracción de la luz(3).
Tabla 3.6.Evidencia de la Caracterización de Explicaciones:
Estudiante Modelo Explicativo Información
E1
NMO:
Realiza sus explicaciones a
partir del modelo ondulatorio
68
de la luz, de forma deductiva
usando nociones básicas de la
teoría.
E2 NMO:
Para sus explicaciones se basa
en el modelo ondulatorio de la
luz,mostrando a través de estas
nociones básicas y diagramas
del movimiento ondulatorio.
E3 NMO:
Utiliza en sus explicaciones,
conceptos del movimiento
ondulatorio de la luz, tales
como frentes de onda.
E4 NLS:
Realiza sus explicaciones
partiendo del modelo teórico de
la ley de Snell, realizando sus
dibujos a través de los ángulos
de incidencia y refracción.
69
E5 NLS:
Realiza sus explicaciones
partiendo de la ley de Snell.
E6 NLS:
En sus explicaciones parte del
modelo teórico de Snell,
describiendo las actividades
experimentales con la noción de
densidad.
E7 NLS.
Parte de la ley de Snell al
describir las situaciones
propuestas en la guía, usando
nociones básicas.
E8 NMC:
Para sus explicaciones
considera nociones del modelo
corpuscular, describiendo los
rayos de luz como haz de
partículas, en las experiencias
de la guía.
70
E9 NMC:
Explica a partir del modelo
corpuscular de la luz,
considerando como puntos en
movimiento.
E10 NMC:
Explica a partir del modelo
corpuscular de la luz,
describiendo la luz como
partículas en movimiento.
E11 NMC:
A partir del modelo
corpuscular realiza sus
explicaciones, usando nociones
básicas.
E12 NMO:
Parte del modelo ondulatorio
de la luz para realizar y
describir las situaciones
propuestas.
E13 NMO:
En sus explicaciones utiliza el
modelo teórico ondulatorio
describiendo las experiencias,
con sus nociones y conceptos
básicos.
71
E14 NMO:
Realiza sus explicaciones a
partir del modelo ondulatorio
de la luz, usando nociones
básicas.
E15 NLS:
En sus explicaciones se muestra
el manejo de las nociones
básicas del modelo teórico de la
ley de Snell, para describir las
situaciones experimentales
propuestas en la guía.
3.2 Análisis de datos
El análisis se realiza de acuerdo a los datos obtenidos en el proceso investigativo,
los antecedentes y las fases descritas para el trabajo según Elliot (1993). Lo cual permitió
indagar sobre la situación problema en un trabajo cíclico de aula, dirigido por el docente.
Teniendo en cuenta el objetivo propuesto y el plan metodológico desarrollado, los
resultados se describen a continuación:
La mayor parte de las explicaciones finales de los estudiantes son de tipo Nomológico-
Deductivo, basadas en una ley Física para describir el fenómeno de la refracción, con las
características generales que se describen en la siguiente tabla:
72
Tabla 3.7.Formato de la Explicación.
Explicación Nomológica-Deductiva
Hempel,(1965).
Descripción
Deducción Lógica. Los estudiantes explican el fenómeno de la
refracción, mostrando que se produce de acuerdo a
ciertas leyes y condiciones propias del fenómeno.
Leyes.
EXPLANANS
Ley de la refracción (Ley de Snell, Modelo
corpuscular,Modelo ondulatorio, Optica geométrica,
conocimientos cotidianos.)
Ley de la densidad (diferencia medios ópticamente
más densos,indices de refacción,características de la
materia).
Antecedentes-Enunciados
EXPLANANS
Los rayos de luz, cambian de medio de propagación.
El objeto se encuentra en dos medios materiales
diferentes.
Fenómeno a explicar(descripción Empírica)
EXPLANANDUM
Desde cierto lugar la luz es desviada, al pasar de un
medio de propagación a otro.
Refracción de la luz.
Los estudiantes muestran en gran porcentaje unas explicaciones Nomológicas
Deductivas (ND) basadas en el modelo ondulatorio, en la ley de Snell y el modelo
corpuscular de la luz, coherentes con los planteamientos de la teoría utilizada en cada
caso, en donde también se muestran trazos explicativos, diagramas, dibujos y esquemas
propios de los conocimientos cotidianos de cada estudiante. Algunos planteamientos
similares se obtuvieron en las investigaciones de Thagard(1992) y Salmon(1989) en sus
estudios sobre la explicación de fenómenos con demostraciones empíricas de la ciencia,
considerando los mecanismos que actúan en el mundo físico y la naturaleza de la
explicación científica, lo cual no se deduce solamente en inferencias a partir de leyes, ni
en características causales, ni en formulaciones formales, sino en toda una teoría con
cimiento científico y experimental.
73
Otro cimiento teórico de las explicaciones de los estudiantes son los estudios
realizados en las investigaciones de Osuna (2012), acerca de la enseñanza problematizada
de la luz; junto con los estudios de Canals (2007) referentes a la argumentación en el
aprendizaje del conocimiento social, estudios similares se realizaron por Ribas (2002) en
donde se analizan procesos de los estudiantes al pasar de la explicación a la
argumentación en un estudio del estado inicial de las explicaciones.
Las líneas generales de las explicaciones de los estudiantes en nuestra
implementación muestran la secuencia de una explicación Nomológica, puesto que parten
de la teoría para realizar sus explicaciones esto se presenta en el caso de los estudiantes,
descritos a continuación: (E:estudiante).
E1,E2,E3,E12,E13,E14(muestran explicaciones Nomológicas basadas en modelo
Ondulatorio). E4,E5,E6,E7,E15(muestran explicaciones Nomológicas basadas en ley de
Snell) E8,E9,E10,E11(explicaciones basadas en modelo Corpuscular), en la mayoría de
los estudiantes también se observa el manejo de líneas y gráficos geométricos para sus
descripciones y explicaciones.
Para determinar estas formas generales de explicación, se consideraron las
siguientes preguntas orientadoras descritas para el trabajo:(tablas 3.5 y 3.6).
¿Qué explican los estudiantes del fenómeno de la refracción de la luz?
De acuerdo a los datos obtenidos, los estudiantes explican la forma como se mueve la luz,
las diferentes densidades de la materia, explican nociones referentes a los colores de la
luz sin comprender claramente, el por qué de cada color, buscando siempre bases en una
teoría o modelo de la ciencia.
¿Cuál es la forma más generalizada de explicar, el concepto de refracción de la luz?
Los gráficos, los diagramas y dibujos a través de líneas o rayos de luz, objetos que
desaparecen, cambian de posición o dirección.
¿Cómo se explica la refracción de la luz, en diferentes medios materiales?
74
Según los datos se explica la refracción por la diferencia de densidad de los medios
materiales por donde se propaga la luz, también se utiliza el principio físico descrito en
las teorías de Snell, Huygens, corpuscular y otros conocimientos propios de cada
estudiante.
Estas preguntas permiten identificar y caracterizar la teoría de la Física óptica a la
cual acuden las estudiantes para explicar las situaciones propuestas sobre la luz y los
fenómenos de la refracción, que también son observados por ellos en su vida diaria, la
representación gráfica que asocian y la manera como modelan y sustentan la situación
presentada en la propuesta. Se observa que las teorías más usadas por los estudiantes se
asocian a percibir la luz como rayos o líneas rectas, sin establecer una relación entre la
luz y las ondas electromagnéticas, haciendo uso de sus propios conocimientos para dar
las explicaciones,en las situaciones mostradas. Lo cual es coherente con los estudios
realizados por Gil(1993), en donde se afirma que los estudiantes participan en la
construcción de su propio conocimiento y el de su entorno, mediante su propia
comprensión del mundo que le rodea.
También es característico de este proceso, la importancia que los estudiantes dan a
las soluciones y explicaciones descritas en una teoría o investigación que les permite
tener conocimiento del tema, antes de realizar una descripción a través de modelos o
gráficos. Afirmando que es necesario tener conocimientos teóricos de los procesos a
desarrollar y fenómenos a estudiar que han sido desarrollados por la ciencia, aceptando el
desconocimiento de muchos de los factores físicos que rodean la refracción de la luz y su
comprensión. En algunos casos buscan obtener siempre la explicación y aceptación del
profesor y surgen algunas propuestas para realizar sus explicaciones, en su mayor parte
se basan en una teoría sustentada experimentalmente por la ciencia, con sustentos
experimentales de sus propios conocimientos. Los resultados y explicaciones de los
estudiantes se pueden visualizar a través de las informaciones y evidencias descritas en
las tablas anteriores de resultados, junto con la transcripción de algunos audios realizados
en el proceso.
75
3.2.1 Caracterización de explicaciones:
Partiendo de la pregunta que originó el presente trabajo de investigación:
“Una propuesta didáctica promueve la construcción de explicaciones referentes a la
refracción de la luz”.
Nos permitió caracterizar algunas explicaciones de los estudiantes participantes en el
proceso de implementación de acuerdo al cimiento teórico y antecedentes, dando
respuesta a la pregunta problema.
En este proceso se observa, que en un gran porcentaje (80%) los estudiantes
realizan sus explicaciones, basados en el Modelo de óptica geométrica y una teoría de la
física relacionada con la refracción de la luz, afirmando que así se percibe el movimiento
de la luz en su vida diaria (trayectorias rectilíneas), por tanto la construcción de la
estrategia didáctica, permitió presentar este tema de física de forma diferente
relacionando las experiencias previas de los estudiantes con las teorías de la Física
formuladas a través de la historia.
La metodología de aprendizaje activo nos brinda herramientas para el trabajo
interactivo en el aula de clase, permitiendo la reflexión e innovación de estrategias de
enseñanza y aprendizaje tanto para el docente como para el estudiante a través del manejo
de sus cuatro elementos básicos en el aula de clase: experimentación, reflexión,
interacción y comunicación, lo cual exige ciertas características de los estudiantes,
compromiso y participación en el proceso.
En cuanto a la caracterización de explicaciones dadas por los estudiantes y
basadas en los lineamientos explicativos de Hempel (1965) podemos afirmar de acuerdo
a los datos que:
El Explanandum predominante en el resultado de los estudiantes es el fenómeno
de la refracción de la luz y sus diferentes manifestaciones determinadas por sus variables
y conceptos relacionados, tales como densidad, propiedades de las sustancias, índices de
refracción y velocidades de la luz en cada uno de los medios materiales.
76
En cuanto a los explanans se nota que en los estudiantes participantes, se orientan
hacia unas líneas e hipótesis teóricas de acuerdo a su experiencia con respecto al
fenómeno de la refracción por tanto se obtienen las siguientes clasificaciones generales
de los grupos (tabla 3.8):
Los estudiantes E4,E5,E6,E7,E15, orientan un explanans en referencia a la teoría de Snell
y la óptica geométrica (realizan diagramas y dibujos)para sus explicaciones.
Los estudiantes E1,E2,E3,E12,E13,E14,enfocan un explanans en referencia a la óptica
ondulatoria y la radiación electromagnética de la luz, realizando sus explicaciones
basadas en esta ley y sus manifestaciones. Mostrando como evidencia de sus
explicaciones algunos fenómenos de la naturaleza, observados por ellos en su vida diaria.
Se nota en las explicaciones la formulación de hipótesis sencillas y construcción
básica del conocimiento respecto a la refracción de la luz, basados en la densidad de los
medios de propagación.
Los estudiantes E8,E9,E10,E11, orientan su explanans en referencia a la teoría
corpuscular de la luz, sustentada por los estudios de Isaac Newtón y sus manifestaciones
en cuanto a la luz como movimiento de partículas y radiación en dirección rectilínea.
Tabla 3.8. Caracterización general de explicaciones.
Caracterización-Explicaciones. Explicación inicial. Explicación final.
Grupo 1: explicaciones ND. basadas
en el modelo ondulatorio de la
refracción de la luz, con trazos de
óptica geométrica y conocimientos
cotidianos (Hempel,1965).
Conocimientos cotidianos.
Diagramas y esquemas geométricos.
Explanandum: la refracción de la luz.
Explanans:densidad,propagación
rectilínea de la luz, oscilación, onda
electromagnética,conocimientos
cotidianos.
E1
77
E2
E3
E12
E13
E14
78
Grupo 2: explicaciones ND. basadas
en la ley de Snell para la refracción
de la luz, con trazos de conocimiento
cotidiano y líneas de óptica
geométrica (Hempel,1965).
Explicación inicial.
Conocimientos cotidianos.
Líneas y esquemas geométricos.
Explicación final.
Explanandum: la refracción de la luz.
Explanans: densidad, propagación
rectilínea de la luz, ángulo de
incidencia, ángulo refractado,onda,
velocidad, conocimientos cotidianos.
E4
E5
E6
E7
E15
79
Grupo 3: explicaciones ND. basadas
en el modelo corpúscular de la
refracción de la luz, con trazos de
óptica geométrica y conocimientos
cotidianos (Hempel,1965).
Explicación inicial.
Conocimientos cotidianos.
Diagramas y esquemas geométricos.
Explicación final.
Explanandum: la refracción de la luz.
Explanans: densidad, propagación
rectilínea de la onda de luz, energía,
oscilación electromagnética, colores,
conocimientos cotidianos.
E8
E9
E10
E11
80
En general se nota que los estudiantes tienden a cimentar sus explicaciones en
hipótesis y teorías ya comprobadas, pocos se arriesgan a realizar sus propias afirmaciones,
solo sustentan lo que ellos han observado y experimentado de forma práctica.
Algunas de las afirmaciones que se presentan hacen referencia al desplazamiento
de la luz en línea recta, manifestándose en diferentes colores que han sido observados en
fenómenos naturales (aurora boreal, atardecer, arco iris.) y otros instrumentos ópticos
usados por ellos en diferentes situaciones.
Por tanto las explicaciones se notan enmarcadas en situaciones experimentales
propias e individuales, sustentadas en procesos demostrados de la ciencia.
Este fenómeno es interesante para los estudiantes y les permitió construir su hipótesis
tanto individual como grupal, observando que sus afirmaciones se pueden ver
comprobadas o descritas en una teoría que ha tenido un proceso de construcción de
conocimiento, realizando caminos para cimentar ciertos principios que se pueden
verificar en un proceso científico.
Los estudiantes se motivan al verificar que sus afirmaciones muchas veces de forma
intuitiva y práctica se encuentran explicados científicamente en una teoría y ellos pueden
encontrar relaciones entre estas para comprender los fenómenos que se presentan en la
naturaleza y en diferentes campos de la ciencia, en este caso la refracción de la luz.
Los estudiantes describen y muestran ciertas explicaciones sin darse cuenta que se
encuentran en una forma de explicación científica básica, dada por su experiencia,
práctica y conocimiento de ciertos conceptos científicos al ser relacionados.
81
Al analizar los datos de los estudiantes se nota que ellos relacionan de cierta forma los
conceptos referentes a una teoría, lo cual les permite relacionar los conceptos propios con
la teoría a aprender o conocimiento de su interés.
En las explicaciones se cumple la condición de relevancia explicativa, ya que el
fenómeno de la refracción es real y tiene contrastabilidad, fácilmente detectable con la
observación directa del fenómeno y verificación experimental. Los explanans están
formados por fenómenos descriptores (desviación de la luz, color, invisibilidad, densidad,
leyes, descripción del fenómeno natural).
Mediante las anteriores expanans los estudiantes presentan sus explicaciones
argumentativas(descritas en las tablas de caracterización 3.5 ; 3.6 y 3.8) del fenómeno de
la refracción de la luz o explanandum, de acuerdo a estos explanans utilizados por los
estudiantes se clasifican en tres grupos:
Grupo 1: Explicaciones Nomológico deductivas(ND) basadas en el modelo ondulatorio
de la luz, con explanans y descriptores basados en la teoría ondulatoria, lo cual permite la
explicación del fenómeno de la refracción de la luz.
Grupo 2: Explicaciones ND, basadas en la ley de Snell. Los explanans muestran
características y descriptores de la ley de Snell (ángulos de incidencia y refracción,
diferentes sustancias, desviación de la luz).
Grupo 3: Son explicaciones ND, con sus explanans en la ley y modelo corpuscular de la
luz, en algunos casos muestran trazos de conocimientos cotidianos.
Las explicaciones muestran en todos los casos como explanandum el fenómeno de la
refracción de la luz y los explanans estan cimentados en teorías experimentalmente
demostradas por la Ciencia.
Según lo observado en el proceso de Intervención la diferencia en la forma de
explicaciones de los estudiantes, se basa en la experiencia y observación que ha tenido
del fenómeno, cimentando sus bases e hipótesis hacia una ley o teoría de la Física, que es
mas coherente con los conocimientos que ha experimentado en su vida real.
82
4. Conclusiones
De acuerdo a los objetivos planeados y los resultados obtenidos en el trabajo de
investigación podemos considerar que se cumplieron, ya que se realizó el diseño de la
propuesta didáctica (Anexo 1A) se implementó en un proceso de Investigación-Acción
según los lineamientos de Elliot(1993) logrando caracterizar las explicaciones de los
estudiantes referentes a la refracción de la luz, en el grupo seleccionado(15 estudiantes de
grado undécimo de una Institución Educativa Distrital).
En cuanto a las explicaciones de los estudiantes obtenidas en el proceso de
investigación se resalta la forma como los estudiantes tienden a cimentar o basar sus
explicaciones en teorías aceptadas por la ciencia y demostradas de forma experimental.
Los estudiantes también buscan una explicación teórica de lo que ellos observan y
han experimentado en los fenómenos naturales, conocimiento que han adquirido de forma
interactiva en su entorno y diario vivir. Mostrando interés y afinidad por determinada
teoría a partir de la cuál realizan su explicación y argumento del fenómeno propuesto.
Dentro de este marco de referencia, concluimos que las explicaciones dadas por
los estudiantes son de forma nomológica deductiva, basadas en una ley física sustentada
experimentalmente; lo cual muestra una relación y afinidad con los estudios sobre
explicación científica realizados por Hempel(1965). En donde también se afirma que las
personas tienden a realizar sus explicaciones a partir de una ley ya sustentada y explicada
por la ciencia, sin embargo en las explicaciones de los estudiantes se encuentra el uso de
conocimientos cotidianos significativos para ellos; lo cual les permite comprender y
describir algunas situaciones del fenómeno propuesto.
Considerando que explicar significa incrementar la comprensión de las causas del
fenómeno; se requiere una sustentación empírica de las proposiciones y la teoría en
donde se apoya la explicación, la cual se presenta con características descriptivas y
explicativas según Laudan (1989, p11) el cual también considera que una teoría permite
la solución de situaciones de la ciencia, representando el mundo físico con modelos para
entenderlo y establece que la explicación de un fenómeno físico, se muestre como la
83
demostración de sus causas y consecuencia de leyes ya aceptadas con sustento científico
según Laudan (1989) y García (1979). En nuestro caso esto coincide con los resultados
encontrados en las explicaciones de los estudiantes, las cuales están basadas en una ley
física; que explica y describe el fenómeno, coincidiendo también con las investigaciones
realizadas por (García, R.1979).
De acuerdo al trabajo realizado también podemos concluir, que el uso de las leyes
de la ciencia en la descripción y presentación de los fenómenos a los estudiantes; permite
generalizar y resolver problemas de interés, de esta forma se establecen modelos y leyes
utilizadas; lo cual coincide con los estudios e investigaciones realizadas por Gilbert
(1998) y Concari (2000) en donde se usan modelos o relaciones semánticas entre la
teoría y el fenómeno como resultado de la construcción de conocimiento mediante la
interpretación de observaciones, entidades y atributos integrados en una teoría, lo cual
permite la explicación de fenómenos físicos (Gitterman & Harpen,1981). Estas
apreciaciones coinciden con los resultados dados por los estudiantes, puesto que ellos al
realizar sus explicaciones; buscan un cimiento o apoyo en una teoría científica y de esta
forma describen las causas y efecto del fenómeno propuesto, con trazos de modelización
en óptica geométrica, según ellos porque así se observa la luz en el mundo real.
Es de notar que algunos estudiantes necesitan más tiempo para construir sus
explicaciones, luego fue importante el trabajo de grupos y síntesis ya que permite reunir
el trabajo realizado por los estudiantes y la descripción del problema de investigación,
dejándonos la incógnita ¿Qué pasará con grupos de estudiantes más numerosos y en
diferentes contextos? En cuánto a las formas de explicación.
La metodología de aprendizaje activo, como orientación pedagógica nos brinda
herramientas para un trabajo interactivo en el aula de clase, permitiendo la motivación,
reflexión e innovación de algunas estrategias pedagógicas de enseñanza y aprendizaje en
el aula de clase y fuera de ella, tanto para el docente como para el estudiante a través del
manejo de sus cuatro elementos básicos: experimentación, reflexión, interacción y
comunicación. Lo cuál exige ciertas características de los estudiantes, con el objeto de
84
construir conocimiento y a través de este lograr la comprensión crítica del mundo que le
rodea y fenómenos relacionados con la Física.
En cuanto al proceso de investigación e implementación en el aula, permite al
docente la constante reflexión en el quehacer educativo de enseñanza-aprendizaje e
interacción con el entorno tanto del docente como del estudiante, brindando herramientas
en la reflexión de procesos educativos, que motivan estrategias de innovación con la
comprensión integral del contexto.
De acuerdo al trabajo realizado, una propuesta de innovación en enseñanza debe
ser fruto de una forma diferente de organización de actividades por parte del docente,
originadas por la constante reflexión de la práctica educativa, que tiene en cuenta sus
intereses, el contexto y los estudiantes; con la participación activa de todos los implicados
en el proceso, lo cual motiva el desarrollo de habilidades científicas tales como:
descripciones, argumentaciones, validación de hipótesis, socialización de resultados
mediante experiencias cotidianas, presentadas en diferentes contextos significativos para
el estudiante.
En nuestro caso específico la implementación de la propuesta didáctica permite el
trabajo y explicación de temas de Física de una forma diferente, más interactiva e
interesante en el proceso de aprendizaje de los estudiantes, ubicando a los participantes
en una posición más activa y desarrollo de habilidades en el campo de la explicación de
fenómenos de la ciencia; es de notar también que estos procesos deben ser de continuo
seguimiento y alternados con explicaciones teóricas por parte del docente.
La realización de este trabajo permite una forma diferente de comprender un
fenómeno natural, explicado por la ciencia y confrontado con las explicaciones de los
estudiantes, los cuales en su objetivo de comprender las causas del fenómeno, resultan
inmersos en la comprensión de teorías científicas, en las cuales encuentran relaciones de
los diferentes conceptos o explanans que explican el fenómeno, logrando en este proceso
deducir el efecto producido o explanandum (Refracción de la luz) según (Hempel,1965).
85
El desarrollo de la propuesta didáctica permite una alternativa en la estrategia de
enseñanza y reflexión en la práctica educativa, reconociendo el proceso de enseñanza
como un proceso de interacción social en la construcción del conocimiento. Por tanto la
implementación permitió generar comunicación y consenso entre las personas
participantes, teniendo en cuenta los intereses tanto del profesor como de los estudiantes;
con el fin de dar solución a la situación problema.
Al cuestionar los procesos de enseñanza, se busco una forma que permitiera mayor
comprensión del tema tratado y un elemento motivador que se oriento con la metodología
del aprendizaje activo, lo cual permite a los estudiantes asumir ciertas actitudes de
participación en el trabajo de aula y en la construcción de su propio conocimiento;
generando habilidades comunicativas, científicas y de interacción. A través de fenómenos
cotidianos relacionados con la Física y presentados en un contexto significativo e
interesante para los estudiantes en procesos de A.A.
Respecto al aporte de esta propuesta se destacan las interacciones sociales y
reflexión que se promueve en los estudiantes, la explicación de la temática y fenómenos
presentados de la refracción; junto con un desarrollo de habilidades para la explicación de
situaciones, pasando de ideas intuitivas a formas de explicación más elaboradas con
respecto a la explicación científica, mostrando un mayor dominio de fenómenos y
conceptos físicos que se evidencian en las explicaciones dadas por los estudiantes en el
proceso de intervención.
Luego podemos concluir que esta implementación permitió generar un proceso de
innovación en la practica educativa, tanto del docente como de los estudiantes
participantes en el proceso y su posible aplicación a otras temáticas y contextos que se
trabajan en el área de Física.Siendo un proceso de investigación flexible en el aula por
parte del docente, en su práctica social educativa según los lineamientos de Elliot. En
donde se cumplieron los objetivos propuestos y su análisis a la luz de los antecedentes y
el marco referencial teórico; incentivando el conocimiento profesional del profesor.
86
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89
Anexo 1. Propuesta Didáctica
La Refracción de la Luz
Ciencia con Luz. “fenómenos ópticos”
90
Anexo 1A: Prueba Diagnóstica.
Conceptos fundamentales de óptica. “la refracción de la luz”
Proceso reflexivo-comunicativo
Objetivo: reflexionar y explicar las nociones básicas de la luz,su fenómeno de refracción
y la influencia de las sustancias que generan cambios en el movimiento de la luz.
Nombre__________________________________________fecha________curso_____
1. Explorando conceptos:
Describe y explica cada uno de los siguientes Conceptos:
Onda_________________________________________________________
Energía_______________________________________________________
Luz___________________________________________________________
Velocidad de la luz______________________________________________
2. Representación de conceptos:
Dibuja una onda.
91
A través de un dibujo, representa la energía.
Representa la propagación de la luz.
Dibuja un fenómeno luminoso.
Representa que pasa, cuando la luz del sol entra al agua del mar.
Dibuja fenómenos cotidianos que has observado de la luz.
92
Responde los siguientes enunciados.
3 .Un arco iris se forma después de un momento lluvioso. ¿Qué diferencia perciben dos
observadores del fenómeno, si uno de ellos usa anteojos?
a) Observará el arco iris más lejos.
b) Observará el arco iris más cerca.
c) Lo observa en el mismo sitio.
d) Lo observa distorsionado.
¿Por qué el arco iris se manifiesta con diferentes colores?
4. Ciertos objetos se vuelven invisibles al ser cubiertos con capas de meta materiales, que
permiten curvar la luz alrededor de ellos. observa las figuras y responde. ¿Qué efecto
percibe el observador en la imagen del Pez?
a) Se ve de mayor tamaño
b) Se ve de menor tamaño.
c) El objeto cambia de lugar
d) El objeto no se observa.
¿Qué diferencia hay en la percepción del pez?
93
5. Un niño observa objetos a través de una lente y se sorprende al no poder observar un
objeto, colocado a determinada distancia ¿Qué explicación le darías al niño?
a) Las lentes a determinada distancia no dan imagen
b) Las lentes no permiten ver ciertos objetos
c) Depende de la luz
d) Depende del color del objeto.
¿Por qué se puede observar objetos a través de las lentes?
6. Se tienen dos gases diferentes A y B, como muestra la figura. desde el recipiente A se
envía un rayo de luz hacia B, si A es más denso que B, se puede afirmar que
a) La velocidad de la luz es mayor en A
b) La velocidad de la luz es mayor en B
c) La velocidad no cambia
d) La luz cambia de color
7. La figura muestra un objeto metálico dentro de un recipiente transparente.
¿qué observará una persona si el recipiente
se llena de agua?
a)El objeto se observara más arriba.
b)El objeto se observara en el mismo lugar
c)El objeto se observara más abajo
d)El objeto no se podrá observar.
B
¿La densidad del gas influye en el rayo deluz?
A
94
¿Por qué se observa un cambio de lugar del objeto?
8. Una fuente de luz amarilla, emite una frecuencia fija. podemos afirmar que un
observador percibe que:
a) La fuente de luz se acerca con mayor frecuencia, tornándose color roja.
b) La fuente de luz se aleja, tomando color azul.
c) La fuente de luz se aleja y se observa menor frecuencia, la luz se vuelve roja..
d) La fuente de luz se acerca, la longitud de onda es mayor, la luz se torna azul.
¿Por qué la luz adquiere diferentes colores?
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Anexo 1B. La refracción de la luz
Proceso teórico: Experimental-interactivo ¿Fenómenos ópticos?
“líquidos, sólidos, densidades”
Taller Experimental 1.
Objetivo: observar la existencia de una propiedad en las sustancias, que genera cambios
en el movimiento de la luz.
Planteamiento del problema
En un recipiente transparente con agua, se colocan esferas de un material que tenga el
mismo índice de refracción, de tal manera que las esferas no se puedan observar y
desaparezcan en el agua.
Materiales: recipiente de vidrio transparente, líquido de igual índice de refracción que el
agua, 15 esferas de agua (seven color crystal ball) sumergirlas en agua, 2 días antes de la
práctica.
El profesor muestra el montaje que usará para la demostración que va a realizar.
A los estudiantes solo se les presenta el recipiente, con el líquido, en donde están
sumergidas las esferas.
96
Luego se retiran las esferas del líquido y se colocan algunas en aceite, alcohol y agua. los
estudiantes ven como en los dos primeros líquidos las esferas se pueden ver a pesar de la
transparencia de estas sustancias, mientras que en determinado líquido y en el agua no se
pueden observar.
Preguntas
I. ¿Cómo aparecen las esferas en el líquido, si inicialmente no se podían observar?
II. ¿Por qué se pueden ver las esferas en el aire, en el aceite y no en determinados
líquidos?
III. ¿Qué ocurre con la luz que es transmitida a través del vaso y las esferas?
IV.¿Qué ocurre con la luz cuando las esferas están invisibles en el líquido y cuando están
en el aire?
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Hoja de resultados-Individual.
Proceso interactivo -comunicativo– “fenómenos ópticos”
Entregue esta hoja cuando sea requerida por el profesor.
Nombre: __________________________________________________ curso: ________
Instrucciones: esta hoja será recogida en cualquier momento de la clase.
Escriba su nombre para registrar asistencia y participación en el taller.
Siga instrucciones, puede escribir sus comentarios y llevarla para estudios posteriores.
I. ¿Cómo crees que aparecen las esferas en el líquido?
II. ¿Por qué se pueden ver las esferas en el aire, en el aceite y no en ciertos líquidos?
III. ¿Qué ocurre con la luz que es transmitida a través del vaso y las esferas? ¿Qué ocurre
con la luz cuando las esferas están en el líquido y cuando están en el aire?
IV. Dibuje la trayectoria que siguen los rayos de luz cuando la esfera está en el aire y
cuando está en el líquido.
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Hoja de resultados – grupo
Proceso interactivo comunicativo. “fenómenos ópticos”
Entregue esta hoja cuando sea requerida por el profesor de la clase.
Nombres:(integrantes del grupo).
Instrucciones: esta hoja será recogida en cualquier momento por el profesor.
Escriba su nombre y el de sus compañeros de grupo, para registrar asistencia y
participación en estas demostraciones. Puede escribir sus comentarios y llevarla para
estudios posteriores.
I. ¿Cómo aparecen las esferas en el líquido?
II. ¿Por qué se pueden ver las esferas en el aire, en el aceite y no en ciertos líquidos?
III. ¿Qué ocurre con la luz que es transmitida a través del vaso y las esferas? ¿Qué ocurre
con la luz cuando las esferas están en ciertos líquidos y cuando están en el aire?
IV. Dibuje la trayectoria que siguen los rayos de luz cuando las esferas está en el aire y
cuando está en el líquido.
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Hoja de Resultados-Síntesis.
Proceso interactivo comunicativo. – “fenómenos ópticos”
Instrucciones: esta hoja será recogida en cualquier momento por el profesor .
Escriba su nombre para registrar asistencia y participación en estas demostraciones. Siga
las instrucciones del profesor,escriba sus comentarios para estudios posteriores.
I. ¿Cómo crees que aparecen las esferas en el líquido?
II. ¿Por qué se pueden ver las esferas en el aire, en el aceite y no en el líquido?
III. ¿Qué ocurre con la luz que es transmitida a través del vaso y las esferas? ¿Qué ocurre
con la luz cuando las esferas están en el líquido y cuando están en el aire?
IV. Dibuje la trayectoria que siguen los rayos de luz cuando las esferas está en el aire y
cuando está en el líquido.
100
Anexo 1C. La refracción de la luz
Proceso teórico: experimental-interactivo “Donde están los peces”
Taller experimental 2.
Objetivo:
Desarrollar en los estudiantes la capacidad de entender la forma en que se propaga la luz
a través diferentes medios materiales.
Planteamiento del problema
Los pescadores, saben que los peces no se encuentran en el lugar donde los ven. Por
tanto se usan determinadas técnicas en cada situación y procesos de pesca. El profesor
mostrará un proceso que permita dar una explicación a este fenómeno:
Materiales: recipiente de vidrio transparente, agua, aceite, lápiz, luz láser.
Para ello se realizará el siguiente montaje:
En el recipiente de vidrio transparente,que contiene hasta la mitad de su altura agua y en
la otra mitad aire, se hace incidir un rayo de luz, como muestra la figura.
http://www.fisicaattie.com.ar/optica.
101
después de observar la experiencia responda las siguientes preguntas en su hoja de
predicciones:
a. ¿Cuáles son los medios por los cuáles atraviesa el rayo de luz?
b. ¿Qué tipo de trayectoria describe el rayo de luz al atravesar el agua?
c. ¿Qué sucede con la velocidad de la luz cuando atraviesa el agua?
d. ¿Cómo crees que sea verá el rayo de luz, si este incide perpendicular a la superficie del
agua?
e. ¿Cambiaría la dirección del rayo de luz, si en lugar de agua fuera aceite?
f. Explica el fenómeno mostrado en la figura.¿ Se desvía el rayo de luz?
Al terminar las respuestas, realice una síntesis con sus compañeros de grupo y consigne
los resultados en la hoja de predicciones.
102
Paso seguido, el profesor realizará otra práctica introduciendo un pitillo, en un vaso
transparente con agua.
1. ¿De acuerdo a las conclusiones de la primera práctica, cómo explica lo que está
observando ahora?
2. ¿Qué aspectos es necesario tener en cuenta para explicar lo que está observando?
3. ¿Qué pasará con el pitillo, si el vaso se llena con aceite?
4. ¿Qué pasará con el pitillo, si el vaso se llena con agua y aceite?
103
5. Observa las siguientes imágenes y realiza una explicación en cada situación:
Escribe las conclusiones en la hoja de síntesis y responde:
-¿Cómo explicarías, los procesos de pesca?.¿Dónde están los peces?.Escribe tus
conclusiones en la hoja de síntesis y entréguela al profesor.
104
Hoja de predicciones - individual
Proceso: interactivo-comunicativo. “Donde están los peces”
Entregue esta hoja cuando sea requerida por el profesor.
Nombre: ________________________________________________ curso: ________
Instrucciones: esta hoja será recogida en cualquier momento por el profesor.
Escriba su nombre para registrar asistencia y participación en estas demostraciones.Puede
escribir sus comentarios y explicaciones.
a. ¿Cuáles son los medios por los cuales atraviesa el rayo de luz?
b. ¿Qué tipo de trayectoria describe el rayo de luz al atravesar el agua?
c. ¿Qué sucede con la velocidad de la luz cuando atraviesa el agua?
d. Explica dos fenómenos relacionados con la desviación de la luz.(refracción.)
e. ¿Cómo crees que se verá el rayo de luz, si este incide perpendicular a la superficie del
agua?
f. ¿Cambiaría la dirección del rayo de luz si en lugar de agua fuera aceite?
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Hoja de predicciones - Grupal
Proceso: interactivo-comunicativo. “Donde están los peces”
Entregue esta hoja cuando sea requerida por el profesor.
Nombre: ________________________________________________ curso: ________
Instrucciones: esta hoja será recogida en cualquier momento por el profesor.
Escriba su nombre para registrar asistencia y participación. Siga las instrucciones en la
hoja de resultados que se adjunta, puede escribir sus comentarios y síntesis.
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Anexo 1D. La refracción de la luz
Proceso teórico: experimental-interactivo “lentes básicas”
Taller experimental 3.
Objetivo: Comprobar cualitativamente las propiedades de las lentes convergentes y
divergentes, así como los cambios que producen en la imagen de un objeto.
Planteamiento del problema
Se tienen dos recipientes cilíndricos como muestra la figura.
Detrás de cada recipiente se coloca una hoja con lineas de diferentes colores.
107
Materiales:hoja con líneas de diferentes colores,recipiente transparente, agua, aceite.
Preguntas:
¿Cómo espera ver la imagen de la hoja cuando se coloque detrás de cada recipiente?
realice un dibujo
¿Qué espera qué pase con la imagen de la hoja al estar detrás de los recipientes, si a estos
se les agrega agua? dibuje y compárelo con el anterior.
¿Qué pasará con la imagen de la hoja, si se acerca hasta cada recipiente, que contiene
agua?
¿Cómo será la imagen de las líneas de la hoja, vistas a través de cada recipiente si en
lugar de agua se agrega aceite?
Realización de la práctica:se realiza la práctica y se solicita a los estudiantes que
diligencien la hoja de predicciones y resultados.
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Hoja de predicciones - Individual
Proceso: interactivo- comunicativo “lentes básicas”
Entregue esta hoja cuando sea requerida por el profesor.
Nombre: ________________________________________________ curso: ________
Instrucciones: esta hoja será recogida en cualquier momento por el profesor.
Escriba su nombre para registrar asistencia y participación.
Siga las instrucciones en la hoja de resultados que se adjunta, puede escribir sus
comentarios y síntesis.
1. ¿Cómo espera ver la imagen de la hoja cuando se coloque detrás de cada recipiente?
realice un dibujo
2.¿Qué espera qué pase con la imagen de la hoja al estar detrás de los recipientes, si a
estos se les agrega agua? dibuje y compárelo con el anterior.
3.¿Qué pasará con la imagen de la hoja, si se acercan hasta cada recipiente, que contiene
agua?
4.¿Cómo será la imagen de las líneas de la hoja, vistas a través de cada recipiente si en
lugar de agua se agrega aceite?
109
Hoja de predicciones - Grupal
Proceso: interactivo-comunicativo “lentes básicas”
Entregue esta hoja cuando sea requerida por el profesor.
Nombre: ________________________________________________ curso: ________
Instrucciones: esta hoja será recogida en cualquier momento por el profesor.
Escriba su nombre para registrar asistencia y participación.
Puede escribir sus comentarios y síntesis.
1.¿Cómo es la imagen de la hoja cuando se coloca detrás de cada recipiente? realice un
dibujo
2.¿Qué pasa con la imagen de la hoja al estar detrás de los recipientes, si a estos se les
agrega agua? dibuje y compárelo con el anterior.
3. ¿Qué sucede con la imagen de la hoja, si se acercan a cada recipiente, que contiene
agua?
4.¿Cómo es la imagen de las líneas de la hoja, vistas a través de cada recipiente si en
lugar de agua se agrega aceite?
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Anexo 1E.
Proceso teórico: experimental-interactivo “lentes. figura de color”
Taller Experimental 3 (parte II)
Objetivo:
Desarrollar en los estudiantes la capacidad de entender la forma en que se propaga la luz
a través las lentes convergentes
Planteamiento del problema
Se tienen dos recipientes de vidrio, uno de forma cilíndrica y otro de caras paralelas
(acuario).
Detrás de cada recipiente se coloca una hoja rectangular coloreada, en donde puedes
dibujar diferentes formas geométricas.
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Materiales: recipiente de vidrió cilíndrico, recipiente de vidrio de caras paralelas
(acuario), dos hojas de colores, agua, colorantes, lápiz.
Observe las hojas de colores que tiene el profesor y dibújelas.
¿Qué pasará con la imagen de las hojas si se colocan detrás de los recipientes? dibújelas.
¿Qué pasará con la dirección de la flecha?
¿Qué pasará con la imagen de las hojas vistas a través de los recipientes si a estos se les
agrega agua? ¿Qué pasará con la dirección de la flecha?
Ahora el profesor indica a los estudiantes que comenten sus resultados, con los
compañeros de grupo. Terminado el trabajo deben resumir las predicciones y
socializarlas, debidamente justificadas. Registrando la síntesis en las hojas de
predicciones del grupo.
Realización de la práctica
El profesor realiza la práctica, permitiendo a los estudiantes que observen los resultados
que se presentan en las hojas al verlas a través de cada recipiente.
Finalmente se entrega a los estudiantes la hoja de resultados individual para que sea
diligenciada.
Describa lo que sucede al hacer la práctica y explique el resultado.
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Realice un dibujo donde muestre como viajan los rayos de luz dentro de cada recipiente
Realice el diagrama que muestra la marcha de los rayos de luz que van desde la hoja de
colores, hasta el ojo a través del recipiente cilíndrico, sin agua y con agua.
Realice el diagrama que muestra la marcha de los rayos de luz que van desde la hoja,
hasta el ojo a través del recipiente de caras paralelas, sin agua y con agua.
El profesor solicita a los estudiantes que discutan en grupo las mismas preguntas. Cuando
el grupo llegue a un consenso, sus integrantes deben elegir un relator que exponga sus
conclusiones.
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Hoja de predicciones - Individual
Proceso: interactivo- comunicativo. “Hoja de color”
Entregue esta hoja cuando sea requerida por el profesor.
Nombre: ________________________________________________ Curso: ________
Instrucciones: esta hoja será recogida en cualquier momento por el profesor.
Escriba su nombre para registrar asistencia y participación.
Siga las instrucciones en la hoja de resultados que se adjunta, puede escribir sus
comentarios y síntesis.
1.¿Qué pasará con la imagen de las hojas si se colocan detrás de los recipientes? dibújelas.
¿Qué pasará con la dirección de la flecha?
2.Realice un dibujo donde muestre como viajan los rayos de luz dentro de cada recipiente.
3.Realice el diagrama que muestra la marcha de los rayos de luz que van desde la hoja de
colores, hasta el ojo a través del recipiente cilíndrico, sin agua y con agua.
4. Realice el diagrama que muestra la marcha de los rayos de luz que van desde la hoja,
hasta el ojo a través del recipiente de caras paralelas, sin agua y con agua.
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Hoja de predicciones -Grupal
Proceso: interactivo-comunicativo “Hoja de color”
Entregue esta hoja cuando sea requerida por el profesor.
Nombre: ________________________________________________ Curso: ________
Instrucciones: esta hoja será recogida en cualquier momento por el profesor.
Escriba su nombre para registrar asistencia y participación.
Siga las instrucciones en la hoja de resultados que se adjunta, puede escribir sus comentarios y
síntesis.
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Hoja de predicciones - Síntesis
Proceso: interactivo-comunicativo. “Hoja de color”
Entregue esta hoja cuando sea requerida por el profesor.
Nombre: ________________________________________________ Curso: ________
Instrucciones: esta hoja será recogida en cualquier momento por el profesor.
Siga las instrucciones en la hoja de resultados que se adjunta, puede escribir sus comentarios
y síntesis.
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Anexo 2. Fotos Proceso de implementación.
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