El concepto de fuerza electromotriz en cursos introductorios de física en la universidad: dificultades de aprendizaje y la presentación del concepto en los libros de texto

Abstract

La persistencia de concepciones alternativas en los estudiantes, incluso de niveles universitarios y entre profesores son dificultades de la práctica docente sin resolver que ponen en evidencia la necesidad de investigar en las dificultades de comprensión de unos y otros, para orientar la búsqueda de estrategias que disminuyan la incidencia de tales concepciones. Esta investigación contribuye a poner en evidencia que algunas concepciones alternativas (interpretaciones de los estudiantes que están en conflicto con el concepto formal como es entendido por un físico experto) acerca del concepto de fuerza electromotriz, enmarcado en la teoría electromagnética son comunes entre estudiantes quienes han recibido enseñanza formal en dicha teoría. Resultados de estudios interculturales indican que ideas incorrectas similares florecen en países con sistemas de educación similares. También es notable que el éxito en solucionar problemas cuantitativos no es una medida segura de comprensión conceptual. Profesores tanto a nivel de secundaria como de universidad corroboran que los estudiantes que pueden solucionar problemas cuantitativos estándar frecuentemente no pueden responder preguntas cualitativas simples basadas en los mismos conceptos físicos. Este hecho sugiere la presencia de dificultades que subyacen y que al parecer no suelen ser adecuadamente atendidas en la enseñanza tradicional de la física. El conocimiento de las dificultades de los estudiantes de conceptos básicos como el de fuerza electromotriz (fem), en cursos introductorios de física a nivel universitario, puede ayudar a alcanzar más fácilmente algunos objetivos de enseñanza. En particular, hay algunos objetivos básicos que probablemente muchos profesores están de acuerdo en su importancia. Al completar tal curso, los estudiantes deberían haber adquirido una buena comprensión de ciertos conceptos básicos que ellos puedan definir operacionalmente y vincular de manera significativa a principios importantes. Los estudiantes deberían haberse familiarizado con representaciones formales (diagramas, gráficas, ecuaciones, etc.) y ser capaces de descubrir en detalle las relaciones entre un concepto y el formalismo que es usado para representarlo. Ellos deberían ser competentes en razonamientos propios del trabajo científico tales como el razonamiento proporcional, analógico y basado en modelos, para aplicar los conceptos y representaciones de física en el análisis e interpretación de fenómenos simples. Los estudiantes deberían ser capaces de hacer explícita la correspondencia entre un concepto o una representación y un objeto real o evento en el mundo real. Por supuesto, también es necesario que los estudiantes en un curso introductorio aprendan cómo solucionar problemas de física evitando la tendencia a concentrarse en algoritmos más que en el tema mismo. La facilidad en usar vocabulario no indica comprensión conceptual. La habilidad para seguir ciertos procedimientos prescritos para solucionar problemas estándar no indica desarrollo de habilidades de razonamiento científico. La indagación acerca de la comprensión de los estudiantes contribuye en la construcción de una investigación base que puede ser usada para guiar el desarrollo de currículos que relacionen las necesidades y las habilidades de los estudiantes con los objetivos de enseñanza; teniendo en cuenta que un currículo apropiadamente debe incluir no sólo el contenido a ser enseñado sino también la manera en la cual éste se enseña. Asimismo, debe proporcionar un puente entre el estudio de la física y el uso de la física.

Por otro lado, la investigación en dificultades conceptuales suele frecuentemente partir de la premisa de que las ideas científicas son ampliamente comprendidas, no discutidas entre ‘los expertos’, y que los tratamientos de los libros de texto y de los ‘sitios web’ son básicamente correctos. Las concepciones alternativas se suelen considerar como generadas por los estudiantes y que pueden ser abordadas desde el planteamiento constructivista del aprendizaje. Las dificultades de los estudiantes se suelen atribuir a pedagogías desfasadas y se aconsejan estrategias de enseñanza alternativas para abordar las ideas complejas. Sin embargo, las relaciones entre los libros de texto disponibles y el aprendizaje que parece tener lugar no suele ser tenido en cuenta. Los estándares educativos de las últimas décadas reconocen la importancia de la evaluación de los libros de texto. En este sentido, esta investigación aborda la presentación del concepto de fuerza electromotriz en un conjunto de libros de texto que suele ser de un amplio uso por parte de los estudiantes de ciencias e ingeniería de nivel universitario. Existe una variedad de marcos conceptuales para conducir el análisis de libros de texto, cada uno designado para evaluar material escrito desde una perspectiva concreta. Algunas perspectivas se centran en los problemas del contenido, otras sobre la dificultad del contenido y su fiabilidad, y otras en la orientación epistemológica del contenido. En nuestro caso nos hemos centrado en dos aspectos de la Investigación en enseñanza de la física: (i) las dificultades conceptuales de los estudiantes y el aprendizaje comprensivo de los conocimientos científicos (la ciencia como cuerpo teórico de conocimientos); (ii) la perspectiva de considerar la ciencia como una forma de investigar y pensar (Epistemología de la Ciencia). Este estudio se basa en la premisa de que la mejora del marco conceptual presentado en los libros de física puede facilitar la comprensión conceptual de los estudiantes. Para reformar la educación es necesario evaluar el papel de los libros de texto y cómo influyen en el aprendizaje de las ciencias.