As forzas na natureza

Vostede está aquí

As forzas na natureza

Unha proposta dixital construtivista

Desde un enfoque construtivista, preténdese con estas unidades dixitais facilitar o proceso de ensino-apendizaxe do alumnado. As unidades teñen multitude de simulacións e xogos interactivos co obxectivo de facilitar a aprendizaxe activa do alumnado.

Enric Ripoll Mira
IES Barral (Ponteareas - Pontevedra)

Contextualización e motivación

No século XXI existen novas formas de conseguir información e tamén de adquirir coñecemento. Neste sentido, as unidades dixitais planeadas están deseñadas para que se poidan traballar en calquera plataforma, sistema operativo ou dispositivo: smartphone, tableta, ordenador... tanto en liña como sen ela (se non se ten acceso á Rede).

Esta proposta, denominada As forzas na natureza, pretende ensinar dun xeito interactivo o concepto de forza e as súas aplicacións no mundo tecnolóxico e cotián, aproveitando os preconceptos que o alumnado ten dos fenómenos físicos (máis preto do esquema aristotélico ca do newtoniano).
Ausubel sostén que a aprendizaxe dos alumnos depende da estrutura cognitiva previa que se relaciona coa nova información. A estrutura cognitiva é o conxunto de conceptos (preconceptos) e ideas que un individuo posúe dun determinado campo do coñecemento, así como da súa organización.

En moitos casos, os adolescentes amosan pouco interese pola ciencia, xa que a ven moi afastada da súa experiencia vivencial. O que se pretende con este recurso educativo é conseguir que o alumno sexa o protagonista do seu propio ensino e que sinta que os conceptos físicos e a súa comprensión están intimamente relacionados cos fenómenos que se advirten a diario. Así, por exemplo, a simple observación das mareas oceánicas para un rapaz galego ten que servir para espertar nel a curiosidade e, a través das unidades didácticas, entender que a ciencia pode explicar este e moitos fenómenos máis.

https://www.edu.xunta.es/espazoAbalar/sites/espazoAbalar/files/datos/1513341035/contido/as_mareas_manifestacin_da_gravidade.html

Descrición dos contidos

Os contidos traballados nestas unidades didácticas son aptos para os niveis de terceiro e cuarto da ESO, primeiro de bacharelato, segundo de formación profesional básica e para calquera dos ciclos de FP con contidos de Física. O profesor pode adaptar os contidos segundo as necesidades.

A través do estudo destes temas, o alumnado debe descubrir como actúan na natureza as forzas. Coa resolución dos problemas e cuestións propostos e coa visualización das simulacións, atopará unha forma amena e seria de aprender.
Estas secuencias didácticas están elaboradas para fomentar no alumno a aprendizaxe activa e, por iso, deben terse en conta as seguintes consideracións:

Ler atentamente os textos e, cando non se entenda algo, o alumno debe ampliar a información mediante o uso da Rede. O alumno tamén pode preguntarlle ao profesor ou ao titor.
Resolver os cuestionarios planeados ata acadar un rendemento aceptable.
Observar atentamente as simulacións (non son un entretemento). Nelas débense descubrir os conceptos que se pretenden adquirir para alcanzar as capacidades pertinentes.
Participar no wiki, foro ou chat preparado polo profesor-titor. Para este efecto pódese usar a aula virtual do centro.

Comezamos cunha introdución ás forzas como causantes das deformacións e das variacións do estado de movemento dos corpos intentando destruír os conceptos aristotélicos, tamén chamados da «física do sentido común».

https://www.edu.xunta.es/espazoAbalar/sites/espazoAbalar/files/datos/1513341035/contido/anlise_de_preconceptos.html

Seguimos analizando situacións nas que os corpos sólidos están en equilibrio: ligazón

Posteriormente, introducímonos nos efectos que as forzas producen sobre os fluídos (líquidos e gases) e definimos o concepto de presión: ligazón

E, por último, analizamos como a forza da gravidade organiza o Universo, incluíndo a Terra e a Lúa: ligazón
Ao longo de todas as unidades temos revisións e repasos de conceptos que o alumnado debe coñecer (un pouco de trigonometría, vectores, os movementos máis habituais...).
Pasamos agora a detallar os principais obxectivos formulados e as competencias que se pretenden conseguir con estes materiais.

Obxectivos

Recoñecer os efectos das forzas.
Identificar as forzas presentes en situacións cotiás.
Calcular a forza resultante dun sistema de forzas.
Comprender o significado de inercia.
Relacionar a forza aplicada a un corpo e a aceleración que este adquire.
Decatarse da forza de rozamento en situacións habituais.
Recoñecer a existencia da parella de forzas acción-reacción.
Relacionar os cambios nos movementos coas causas que os producen.
Recoñecer os efectos das forzas cando se aplican aos sólidos.
Identificar as forzas que producen rotacións presentes en situacións cotiás.
Situar o centro de gravidade dalgúns obxectos e trazar a vertical para analizar a situación de equilibrio.
Calcular o momento de forzas resultante respecto dun eixe dun sistema de forzas.
Comprender o significado de momento dunha forza.
Relacionar o momento da forza aplicada a un corpo e a aceleración angular que este adquire.
Recoñecer a existencia da parella de momentos de forzas e calcular o momento resultante.
Relacionar as variacións nos movementos de rotación coas causas que os producen.
Distinguir entre forza e presión.
Entender porque algunhas substancias poden flotar nun líquido.
Interpretar experiencias relacionadas co principio de Arquímedes.
Saber cales son as magnitudes que inflúen no pulo que experimenta un corpo cando se mergulla nun fluído.
Recoñecer os diferentes efectos dunha mesma forza sobre distintas superficies e en diferentes ángulos.
Reproducir a experiencia de Torricelli para recoñecer a presenza da presión atmosférica e saber como se pode medir.
Entender o principio de Pascal e coñecer as súas aplicacións.
Xustificar a perda aparente de peso debida ao pulo dos corpos ao introducilos nun líquido.
Analizar e comparar os modelos xeocéntrico e heliocéntrico do Universo.
Resolver problemas de movemento de corpos celestes.
Valorar as achegas da ciencia para mellorar a calidade de vida.
Recoñecer a relación entre sociedade, tecnoloxía e o avance que experimentou a ciencia.
Valorar e respectar as opinións dos demais aínda que sexan diferentes das propias.

Competencias traballadas

Competencia matemática: Nestas unidades ensínaselles aos alumnos a identificar os efectos das forzas sobre os corpos, así como a representar as distintas forzas a través de vectores, polo que se fai necesario realizar cálculos cos vectores, cos ángulos e comprender as gráficas correspondentes á análise dos movementos.
Mediante a correspondente simulación, os alumnos poden visualizar os efectos dunha forza sobre un sólido capaz de rotar e de trasladarse.
Os alumnos relacionarán a presión no interior dos fluídos coa densidade e a profundidade. Na resolución destes exercicios utilízanse ecuacións que implican proporcións e cálculos matemáticos básicos: sumar, restar, multiplicar e dividir.
Tamén será necesario facer cambios de unidades de presión cos correspondentes factores de conversión.
Na parte de “A Terra no Universo”, a través da resolución de exemplos e das actividades propostas, os alumnos desenvolverán esta competencia ao longo de toda a unidade dixital. Nas leis de Kepler, o alumno deberá visualizar as simulacións e comprobalas de forma empírica. Nestes exercicios repasa e utiliza os conceptos de proporcionalidade e potencias, a elipse... Nos exercicios de movemento de corpos celestes faise necesario o uso da calculadora e, nalgúns casos, da notación científica.

Competencia en comunicación lingüística: Neste contido dixital, foméntase a lectura en galego dalgún texto, deste modo incidimos na adquisición da competencia lectora.
Mediante as lecturas das distintas epígrafes e a través da realización dos distintos exercicios e problemas, os alumnos irán adquirindo un vocabulario científico que aos poucos aumentará e enriquecerá a súa linguaxe.

Competencia no coñecemento e a interacción co mundo físico: Esta unidade é fundamental para adquirir as destrezas necesarias para entender o mundo que nos rodea. A partir do coñecemento dos distintos tipos de forzas, os alumnos serán capaces de relacionar as variacións no estado de movemento coas causas que os producen (preténdese comprender a dinámica dos distintos obxectos que nos rodean, por exemplo, o movemento dun coche ou dunha bicicleta). A partir do coñecemento do principio de Pascal e do principio de Arquímedes pódense xustificar moitas situacións facilmente observables na vida cotiá, como a a flotabilidade dun anaco de madeira. Por outra parte, os alumnos chegarán a entender, mediante a experiencia de Torricelli, que a presión é a responsable do funcionamento das ventosas e outros obxectos cotiáns como as bombas de succión. Por último, na parte da gravitación universal, o alumnado pode chegar a entender os movementos dos astros e a súa influencia sobre a Terra.

Tratamento da información e competencia dixital: Pola natureza deste contido (dixital), xa se promove a adquisición desta capacidade e, alén diso, na sección «Saber máis» facilítanse enderezos URL externos que dirixen a outros contidos relacionados coas forzas e os principios da dinámica. Para poder ver estes últimos contidos é necesaria a conexión a Internet.

Competencia social e cidadá: Realizando as actividades desta unidade foméntase no alumnado a observación e a análise de distintos sucesos relacionados coas forzas (por exemplo, o principio de inercia e a necesidade de usar o cinto de seguranza), de forma que eles adquiren estas capacidades e as aplican ás situacións que aparecen na súa vida cotiá.
Neste contido dixital ensínanse os alumnos a valorar as achegas da ciencia para mellorar a calidade de vida; por exemplo, a posta en órbita dos diferentes satélites. Para iso móstraselles a relación que existe entre sociedade, tecnoloxía e avance da ciencia.

Competencia de aprender a aprender: No desenvolvemento das actividades trabállanse as habilidades adecuadas para que o alumno sexa capaz de continuar aprendendo de forma autónoma de acordo cos obxectivos da unidade. De feito, a unidade está pensada para que poida servir nun tipo de ensino non presencial ou tamén semipresencial.

Autonomía e iniciativa persoal: As actividades están deseñadas para exercitar habilidades como: analizar, adquirir, procesar, avaliar, sintetizar e organizar os coñecementos novos con autonomía. Os diversos exercicios realizados ao longo da unidade serven para traballar esta competencia, xa que se pretende que o alumno, de forma autónoma, comprenda o contido dixital cunha mínima intervención do profesor-titor.

Avaliación do alumnado

A avaliación do estudantado neste proxecto faise de tres xeitos: autoavaliacións (cada estudante avalía o propio traballo), coavaliacións (entre pares, é necesario que o profesor-titor prepare a aula virtual para facilitar este tipo de avaliación) e heteroavaliacións (feitas polo profesorado). Para avaliar a aprendizaxe adquirida polo alumnado, utilízanse os seguintes instrumentos:

Rúbricas de avaliación, aplicadas a cada unha das entregas das tarefas propostas e ao proxecto final de cada misión. As rúbricas de autoavaliación están á disposición do alumnado antes de iniciar cada tarefa.
Observación directa do traballo.

Experimentación na aula

Fíxose a posta en práctica de As forzas na natureza cun grupo de primeiro de bacharelato do IES da Cañiza durante o curso 2017/18 e na actualidade está a ser usado nos cursos de cuarto e primeiro de bacharelato do IES Barral, en Ponteareas. O grupo de primeiro de bacharelato do IES da Cañiza estaba composto por 19 alumnas e alumnos. Traballouse na aula de referencia do grupo, dotada con proxector e ordenadores de reforzo. A medida que se avanzaba nos temas dedicados ás forzas e á gravitación universal, fomos visualizando os diferentes recursos contidos nestas unidades. Contidos como os das mareas, a posta en órbita de satélites, aceleración tanxencial, aceleración centrípeta... quedaron claros desde o primeiro momento coas simulacións debido a que os alumnos vían evidente o que tanto custa de entender nunha clase tradicional.

Accesibilidade

Na elaboración das simulacións engadimos un botón de audio para que as persoas cegas poidan acceder aos diversos contidos. Para a lectura do texto, pódese usar un lector de pantalla.

Metodoloxía

Ao longo de todas as unidades didácticas a metodoloxía que se pretende é construtivista. Sempre se parte dos preconceptos dos alumnos para reformulalos segundo o paradigma newtoniano. Por iso, antes de comezar calquera actividade, se lles pregunta aos alumnos sobre o concepto que se vai traballar e despois é cando se incide nas experiencias (simulacións) adecuadas para que se estableza a mudanza de paradigma: ligazón

O factor máis importante que inflúe na aprendizaxe é o que o alumno xa sabe. Determinade isto e ensinade en consecuencia.
Donald Joseph Novak, 1983

Conclusións

Coas unidades didácticas As forzas na natureza conseguimos unha maior motivación do alumnado, xa que este se sente partícipe do seu proceso de ensino ao manipular as numerosas simulacións que posúe. Por outra parte, existe unha economía de tempo xa que a aprendizaxe é acelerada a causa desta interactividade entre o alumno e as simulacións.