ARTÍCULO DE REVISIÓN
DANTAS, Cícero Samuel Gonçalves [1]
DANTAS, Cícero Samuel Gonçalves. Metodologías de enseñanza de la física moderna y contemporánea dirigidas a la escuela secundaria: inconsistencias en cuanto a la aplicabilidad. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Año. 06, Ed. 12, Vol. 09, págs. 103-114. Diciembre 2021. ISSN: 2448-0959, Enlace de acceso: https://www.nucleodoconhecimento.com.br/educacion-es/metodologias-de-ensenanza
RESUMEN
La inserción de temas de Física Moderna y Contemporánea (FMC)[2][3] en las escuelas de Brasil hoy ya es una realidad en los libros de texto centrados en la escuela secundaria (EM). No basta con insertar dichos contenidos en los libros de texto trabajados por los docentes en las aulas, también es necesario analizar aspectos relevantes involucrados en el proceso de enseñanza-aprendizaje que permitan una enseñanza significativa. A través de una investigación de revisión bibliográfica, el objetivo de este artículo es analizar las metodologías de enseñanza dirigidas a la enseñanza de la FMC, observando las divergencias o inconsistencias respecto a la aplicación en la escuela secundaria, que, como se sabe, presenta numerosos problemas tanto de carácter curricular como estructural. Los análisis mostraron que algunas metodologías implementadas huyen de la realidad de las escuelas brasileñas, como el exceso de temas FMC, contrastando el número de clases dirigidas a la disciplina de física.
Palabras clave: Revisión bibliográfica, Metodologías de enseñanza, Física moderna y contemporánea.
1. INTRODUCCIÓN
Históricamente, el estudio de la física se divide en tres etapas principales: Física Clásica (FC)[4]; comprende las obras desarrolladas por Copérnico, Galileo y Newton; Física Moderna; conjunto de teorías que surgieron a principios del siglo 20; y Física Contemporánea a partir del final de la segunda guerra mundial cuyo principal interés son las partículas subatómicas (DOMINGUINI, 2012). Así, en general, la Física Moderna y Contemporánea (FMC) surge a principios del siglo 20 para modificar y complementar los conceptos de la Física Clásica, comenzando con la hipótesis de Max Planck (de cuantización de energía) para resolver el problema del cuerpo negro. En 1905, Albert Einstein publicó artículos sobre el efecto fotoeléctrico, el quantum de la luz, la relatividad restringida y el movimiento browniano. A finales de 1920 se completó la estructura teórica de la Física Moderna con los trabajos de Schrodinger, Broglie, Heisenberg y otros (SALES et al., 2008).
Hay varias razones para enseñar FMC en la escuela secundaria. Una de ellas es la gran cantidad de implicaciones tecnológicas (TORRE, 1998), pues el estudio de la FMC permite a los estudiantes leer e interpretar la sociedad tecnológica actual, haciendo que el conocimiento sea más significativo para ellos (GARCIA; LOCK, 2009). Ejemplos de tecnologías disponibles en nuestra sociedad basadas en los avances de FMC son los teléfonos móviles, tabletas y computadoras.
Enseñar FMC en la escuela secundaria no es una tarea fácil, tanto desde un punto de vista práctico como teórico. Por lo tanto, el enfoque de esta área de la física ha estado causando preocupación en investigadores y profesores durante mucho tiempo (CARUSO; FREITAS, 2009). A Gil et al. (1987), desde la década de 1980, existe un interés en insertar contenidos de Física Moderna en la escuela secundaria. Desde 2002, varios temas sobre Física Moderna se han implementado en la escuela secundaria, entre los que podemos mencionar: Líneas Espectrales, Teoría de la Relatividad, Partículas Elementales y Dualidad Onda-Partícula. Todos estos temas fueron desarrollados por académicos en el campo, tanto en la educación superior como en la escuela secundaria (PIETROCOLA y SABINO, 2016).
Para García y Costa (2014) la enseñanza de la física es bastante compleja y, por lo tanto, existe una gran dificultad de los estudiantes en esta disciplina. Costa (2004) afirma que la física es una de las disciplinas, si no la que más, fracasan en la escuela secundaria debido al requisito de conocimientos mínimos de álgebra, razonamiento lógico y un extenso conjunto de teorías científicas. Debido a esta complicación que implica el estudio de la física, muchos estudiantes terminan desmotivados y, además del disgusto, abandonamos los estudios.
Aunque es fundamental estudiar la FMC, se sabe que existen varios factores que “hacen imposible” enseñar eficazmente FMC en la escuela secundaria, como la baja carga de trabajo de la disciplina, en promedio dos clases por semana de física, la falta de ambientes en las escuelas que permitan la implementación de clases exploratorias o experimentales, además del exceso de contenido del propio FC Entonces, ¿es posible aplicar una metodología dirigida a la enseñanza de FMC en situaciones tan adversas?
El objetivo de esta investigación es analizar algunas metodologías de enseñanza publicadas en revistas en Brasil en los últimos 20 años, que se remontan a principios de 2020, observando las inconsistencias encontradas con respecto a la aplicabilidad en la escuela secundaria con respecto al estudio de temas de Física Moderna y Contemporánea (FMC).
Seleccionamos 17 artículos en revistas y analizamos entre mayo y julio de 2020 para esta investigación, que fueron: Caderno Brasileiro de Ensino de Física, de la UFSC; Experiências em Ensino de Ciências, UFMT; Física en la Escuela; Investigación en Docencia en Ciencias, además de los datos disponibles y seleccionados en Google Scholar. La selección de los trabajos se realizó utilizando la palabra clave “metodología en Física Moderna y Contemporánea (FMC)” en las bases de datos de las fuentes mencionadas.
Finalmente, vale la pena señalar que el número de estudios encontrados fue muy grande. Así, la elección de los artículos se desagregó según las metodologías cuya aplicabilidad era más cercana a la realidad de las escuelas y, principalmente, a los estudiantes.
El siguiente tema describe las metodologías de enseñanza de FMC dirigidas a la educación secundaria.
2. METODOLOGÍAS DE ENSEÑANZA DE LA FÍSICA MODERNA Y CONTEMPORÁNEA (FMC) PARA LA ESCUELA SECUNDARIA
Este tema se dividió en dos partes: en la primera discutimos metodologías que abordan la Teoría Especial de la Relatividad (TER) y la teoría cuántica, específicamente. La segunda parte trata de las metodologías de enseñanza para temas de Física Moderna y Contemporánea en general.
2.1 TEORÍA CUÁNTICA Y TEORÍA ESPECIAL DE LA RELATIVIDAD (TER)
La propuesta del trabajo de Pietrocola y Sabino (2016) es investigar qué conocimientos deben tener los docentes para que puedan insertar una secuencia de enseñanza centrada en temas de física moderna. Para ello, utilizaron el análisis cualitativo de los datos a través de grabaciones de las clases sobre el Efecto Fotoeléctrico, impartidas por docentes del sistema de escuelas públicas estatales. Las actividades se distribuyeron en seis clases cuyos objetivos fueron: simular el carácter investigativo, de tal manera que los estudiantes relacionen la ocurrencia del fenómeno; exposición, análisis y discusión de un vídeo sobre el concepto de resolución quantum y, cuestionario, además de leer e interpretar texto sobre el efecto fotoeléctrico.
Los dos autores mencionados anteriormente proponen una metodología innovadora, haciendo que los estudiantes sean más participativos y autónomos durante las clases. Una de las dificultades señaladas por los autores fue la necesidad de una mejor “preparación” de los conocimientos curriculares por parte de los docentes. Por lo tanto, en base a esta información, podemos concluir que la aplicación de esta metodología de enseñanza requiere una preparación continua de los profesores sobre temas de FMC.
Utilizando un entorno física virtual, Sales et al. (2008) discutir la aplicación de un Objeto de Aprendizaje (OA), llamado “Pato Quântico”, aplicando actividades exploratorias en el cálculo de la constante de Planck, utilizando, como referencia teórica, la teoría del aprendizaje significativo de David Ausubel[3]. El objetivo de OA es facilitar la comprensión del efecto fotoeléctrico.
Utilizando el dispositivo experimental, los profesores permiten a los estudiantes interactuar más con el mundo físico y con nuevas situaciones problemáticas de los fenómenos discutidos, a través de la modificación de variables durante la simulación, de forma inmediata, lo que no se pudo realizar en la práctica concreta. La enseñanza a través de OA demostró ser accesible a la enseñanza de algunos conceptos físicos, demostrando ser una herramienta aliada al profesor durante situaciones didácticas en el aula.
Caruso y Freitas (2009) discuten la relatividad de Einstein en el cómic (temas como la unificación del espacio-tiempo, la relación masa-energía y la dilatación del tiempo), es decir, a través de historietas basadas en el trabajo de un alumno del Taller de Educación a través del Cómic y el Cómic (ODUHQ [6]). Esta propuesta muestra que este lenguaje ayuda a los temas escolares (como TER). Es decir, la idea básica de esta metodología es el vínculo entre arte y física.
Lo interesante de este proyecto es que el alumno no engendra conocimientos, solo traduce conocimientos al lenguaje de los cómics; siempre que, por supuesto, el alumno entienda el contenido estudiado. Otro punto positivo en este enfoque es el hecho de que las tiras cómicas se desarrollan fácilmente en el aula y, por supuesto, mantienen la originalidad. Los autores afirman que el uso de tiras cómicas puede ayudar al profesor a estimular a los estudiantes a reflexionar ante un contenido determinado (CARUSO; FREITAS, 2009).
La metodología basada en el cómic, además de la interdisciplinariedad, posibilita el desarrollo de la creatividad y la imaginación de los alumnos. Sin embargo, muchos profesores los utilizan sólo como medio ilustrativo en sus clases (CARUSO; FREITAS, 2009).
A través de un enfoque histórico, Wolf y Mors (2006) tratan conceptos de la Teoría Especial de la Relatividad (TER) en la escuela secundaria, tanto en escuelas privadas como públicas. El material didáctico producido por los autores tiene dos textos: el primero está dirigido al profesor y el otro para los estudiantes. En el material de los estudiantes los autores se centran en dos aspectos; uno histórico y otro conceptual. El material del profesor busca apoyarlo en la enseñanza del acercamiento a los conceptos de TER, destacando desde el pensamiento de Aristóteles (visión empírica), a través de la obra de Galileo hasta llegar al TER de Einstein.
Cabe mencionar que la aceptación del tema por parte de los estudiantes fue uno de los principales resultados encontrados por los autores en el enfoque histórico, pues aquellos no estaban acostumbrados a esta metodología en el aula.
Cavalcante; Tavolaro y Haag (2005) presentan varias propuestas experimentales para el estudio de espectros de emisión y absorción, además de una propuesta con materiales de bajo costo para la observación del espectro de absorción. A través de un espectroscopio manual, los autores obtuvieron los espectros de una lámpara comercial de mercurio (Hg) y un LED rojo (semiconductor) para compararlos con los otros métodos abordados por ellos.
Utilizando un enfoque constructivista, Silva y Rodrigues (2013) analizan cuatro enfoques metodológicos diferentes sobre el efecto fotoeléctrico y cómo estos influyen en los estudiantes de secundaria. Las estrategias utilizadas fueron: Historia de la Cencia (HC); Ciencia, Tecnología y Sociedad (CTS); experimentos concretos y explicación del fenómeno a través de clases de exhibición.
2.2 FÍSICA MODERNA Y CONTEMPORÁNEA (FMC)
El trabajo de Moreira y Osterman (2000) es una revisión bibliográfica en el área de la Física Moderna y Contemporánea (FMC). Las cuestiones metodológicas (nuestro grifo), epistemológicas, históricas, las estrategias de enseñanza en el campo de la FMC son el foco del trabajo de estos autores. En sus conclusiones, se identifican dos dificultades para implementar los temas de CMF en la escuela secundaria: la primera es qué tema (s) debe insertarse en el currículo escolar; y el segundo cómo poner tales temas.
El trabajo de Garcia y Lock (2009) analiza trabajos desarrollados para la inserción de la Física Moderna y Contemporánea en la escuela secundaria, como La Teoría de la Relatividad (TR), Mecánica Cuántica, Física de Partículas y Superconductividad. Analizando los resultados, los autores concluyeron que existen pocas propuestas docentes dirigidas a algunas áreas de FMC, como la física de partículas (nuestro grifo).
Utilizando la teoría del aprendizaje significativo, Garcia y Costa (2014) proponen un enfoque metodológico para la inserción de la FMC en la escuela secundaria, a través de prácticas experimentales y aplicaciones en astronomía. El material didáctico con 6 unidades didácticas consta de 16 actividades divididas en 39 clases en las que se trabajaron lecturas, discusiones de artículos científicos, experimentos, vídeos y simuladores de Internet. Cada unidad didáctica presenta actividades propuestas. En la unidad dos, por ejemplo, los alumnos realizaron un experimento cuyo objetivo era medir el grosor de un cabello utilizando un haz de luz (láser).
Los autores (GARCIA E COSTA, 2014) aplicaron una prueba previa para diagnosticar los conocimientos previos de los estudiantes sobre los temas propuestos. Se comprobó, tras la aplicación de la prueba previa, que los alumnos no tenían conocimientos previos; prácticamente nulo. Sin embargo, después de las actividades, es decir, después de la prueba, los autores verificaron que los resultados eran convincentes en relación con la prueba previa. La propuesta metodológica hizo que las clases fueran más dinámicas, los estudiantes más participativos e interesados en ellas.
El proyecto Cavalcante y Tavolaro (2001) permite la inserción de la FMC, más específicamente el estudio del comportamiento dual de la luz, en la escuela secundaria a través de talleres, utilizando materiales de bajo costo. Los talleres se dividen en dos partes: en la primera los autores muestran experimentos que prueban la ondulación de la luz a través de la interferencia y la difracción, fenómenos típicos de las ondas. En la segunda parte, para evidenciar el comportamiento corpuscular de la luz, los autores realizaron experimentos en los que se observó la transformación de la energía lumínica en energía eléctrica. Es decir, el efecto fotoeléctrico. Además de experimentos concretos, también utilizaron software disponible en Internet para investigar la dependencia de la energía cinética de los electrones emitidos con la frecuencia de la luz emitida en la eliminación de electrones.
Parisoto; Moreira e Almeida (2017) publica una propuesta para enseñar conceptos de Electromagnetismo, Óptica, Ondas y FMC en el contexto de la medicina, utilizando como referencia teórica la teoría del aprendizaje significativo de David Ausubel. Aplicaciones médicas como ultrasonido, función ocular humana, funcionamiento de la radiografía, mamografía, Resonancia Magnética Nuclear (RMN), Medicina Nuclear (MC) y Tomografía Computarizada (TC) son parte de la propuesta. La estructura de la propuesta se dividió en cinco reuniones (de 10 h/clase) cuyas estrategias utilizadas por los autores fueron, entre otras: organizadores previos, modelado computacional, simulaciones y construcción de mapas conceptuales.
Oliveira; Vianna y Gerbassi (2007) realizaron una investigación cualitativa con profesores de secundaria cuyo objetivo era conocer su opinión sobre la introducción de temas de FMC (específicamente rayos X) en la educación secundaria. El trabajo sirvió de base para la construcción de una propuesta metodológica donde se contemplaba el tema seleccionado desde una perspectiva CTS (Ciencia, Tecnología y Sociedad).
La propuesta docente de Costa (2004) permite trabajar conceptos de FMC con instrumentos simples de la vida cotidiana, porque muchos fenómenos de la naturaleza pueden ser estudiados a través de experimentos y estos son la base para comprender temas (la ley del desplazamiento de Wien, por ejemplo) de FMC. Además de realizar experimentos con materiales concretos, el autor propone experimentos virtuales (simulaciones) como el efecto fotoeléctrico.
3. CONSIDERACIONES FINALES
Actualmente es esencial insertar temas de FMC en el currículo escolar; no solo en el plan de estudios de la escuela secundaria, sino también en el plan de estudios de la escuela primaria. Sin embargo, se notaron ciertas inconsistencias en las metodologías aquí analizadas para la inserción efectiva de temas de FMC en la escuela secundaria. El primero se refiere a la preocupación de los autores solo en insertar temas de FMC en la escuela secundaria, olvidando otros aspectos relevantes involucrados en el contexto escolar, porque no basta con insertar temas de FMC en el plan de estudios, es necesario que los estudiantes aprendan significativamente (en principio) el contenido programado y enseñado en el aula a partir de temas de recursos humanos.
la propuesta de Parisoto; Moreira e Almeida (2017), aunque es bastante interesante en muchos aspectos, presenta un exceso de temas seleccionados por los autores, que exceden la carga de trabajo de las clases de física en las escuelas de Brasil, en general, son dos clases de 50 minutos por semana, para su implementación efectiva. Aquí está la pregunta, entonces: ¿es posible aplicar una metodología dirigida a la enseñanza de FMC en tales situaciones adversas? La respuesta es “no”, porque las escuelas apuntan solo a la aprobación de los estudiantes en exámenes y pruebas externas, “apuntando” solo a la memorización de contenidos para la aprobación de aquellos. El número de temas debido a la carga de trabajo, por lo tanto, de esa metodología de enseñanza es inconsistente para la realidad (hoy) de la mayoría de las escuelas brasileñas.
Según Costa (2004) los experimentos en el área de FMC permiten a los estudiantes interactuar más con los fenómenos estudiados. Sin embargo, el número de temas propuestos en su metodología es alto, lo que lo hace inconsistente debido a la poca cantidad de clases de física en la escuela secundaria en nuestro país.
Por otro lado, una de las metodologías, el uso de talleres experimentales, que están más cerca de la realidad de las escuelas brasileñas, en cuanto al tema del costo es la de Cavalcante y Tavolaro (2001), porque los autores eligen utilizar materiales cotidianos de los estudiantes, facilitando así el aprendizaje de temas de FMC en la escuela secundaria.
4. CONCLUSIÓN
A partir de los análisis realizados sobre el trabajo aquí descrito y en base al currículo y a los problemas estructurales del entorno escolar, se percibe que la mejor manera de insertar nuevas metodologías sobre algún tema de FMC es a lo largo del curso de física a lo largo de los libros de texto, no solo en el tercer año, sino desde los primeros años en los que la disciplina de física se inserta en el currículo escolar. Es decir, al abordar el movimiento de los cuerpos en el curso de mecánica en la escuela primaria o secundaria, es posible que el maestro trabaje, (en paralelo, la relatividad del tiempo y la contracción del espacio (teoría de la relatividad de Einstein), utilizando, siempre que sea posible, la metodología que más se adapte a la realidad de la clase, tanto a nivel cognitivo como material. Otro ejemplo sería en relación con la estructura atómica de la materia (comienzo del curso de electricidad, tercer año de secundaria): el profesor puede, por lo tanto, introducir el concepto de antimateria en paralelo a eso. En resumen: para cada tema de Física Clásica, el profesor puede, sin pérdida alguna, insertar temas correspondientes/complementarios de la FMC para ese tema trabajado, optando siempre por metodologías que contemplen el uso de materiales de fácil acceso para los estudiantes.
REFERENCIAS
CARUSO, F; FREITAS, N. Física moderna no ensino médio: o espaço-tempo de Einstein em tirinhas. Caderno Brasileiro em Ensino de Física. v. 26, n.2: p.355-366, 2009.
CAVALCANTE. M. A; TAVOLARO, C.R.C. Uma Oficina de Física Moderna que Vise a Sua Inserção no Ensino Médio. Caderno Catarinense de Ensino de Física. v. 18, n. 3, 2001.
CAVALCANTE, M. A; TAVOLARIO, C. R. C; HAAG, R. Experiências em Física Moderna. Física na Escola. v. 6, n. 1, 2005.
COSTA, A. G. C. Como Ensinar Física Moderna no Ensino Médio: Discussões e Sugestões. Disponível em: http://www.infis.ufu.br/infis_sys/pdf/ANDRE%20GUSTAVO%20CRUZ%20DA%20COSTA.pdf/ Acesso em: 21 de Julho de 2020.
COSTA, M; GARCIA, L.C. Inserção de Física Moderna no Ensino Médio por Meios de Práticas Experimentais e Aplicações na Astronomia. Os Desafios da Escola Pública Paranaense na Perspectiva do Professor PDE. Versão Online, 2014.
DOMINGUINI, L. Física Moderna no Ensino Médio: com a Palavra os Autores dos Livros Didáticos do PNLEM. Revista Brasileira de Ensino de Física. v. 34, n. 2, 2502, 2012.
GARCIA, Elias. Pesquisa bibliográfica versus revisão bibliográfica – Uma Discussão Necessária. Revista Língua & Letras. v. 17, n. 35, 2016.
GIL, D. P.; Senent, F. & Solbes, J. (1987). La Introducción a La Física Moderna: Un Ejemplo Paradigmático de Cambio Conceptual. Enseñanza de las Ciencias, Barcelona, (n. Extra), p. 209-210.
LOCH, J; GARCIA, N.M.D. Física moderna e contemporânea na sala de aula do ensino médio. Encontro Nacional de Pesquisas em Educação em Ciências, 2009.
MOREIRA, M. A; OSTERMAN, F. Uma revisão bibliográfica sobre a área de pesquisa “física modera e contemporânea no ensino médio”. Investigação em Ensino de Ciências, v. 5(1), pp. 23-48, 2000.
MORS, P.M; WOLF, J.F.S. Relatividade no Ensino Médio: Uma Experiência com Motivação na História. Experiências em Ensino de Ciências, v1(1), pp. 14-22, 2006.
OLIVEIRA, F. F; VIANNA, D.M; GERBASSI, R.S. Física Moderna no Ensino Médio: O Que Dizem os Professores. Revista Brasileira de Ensino de Física. v. 29, n. 3. p. 447-454, 2017.
PARISOTO, M. F; MOREIRA, M.A; ALMEIDA, W. D. O Ensino de Conceitos de Eletromagnetismo, Óptica, Ondas, e Física Moderna e Contemporânea Através de Situações que Envolvem Equipamento Tecnológicos de Medicina. Física na Escola. v. 15, n. 1, 2017.
SABINO, A.R; PITROCOLA, M. Saberes Docentes Desenvolvidos por Professores do Ensino Médio: Um Estudo de Caso com a Inserção da Física Moderna. Investigação em Ensino de Ciências, 2016.
SALES, G. L et. al. Atividades de Modelagem Exploratória Aplicada ao Ensino de Física Moderna com a Utilização do Objeto de Aprendizagem Pato Quântico. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 30, n. 3, 2008.
SILVA, N. P; RODRIGUES, M. I. R. Física Moderna no Ensino Médio: O Efeito Fotoelétrico Sob Quatro Diferentes Abordagens Didáticas. Disponível em: https://www.researchgate.net/publication/268685896_FISICA_MODERNA_NO_ENSINO_MEDIO_O_EFEITO_FOTOELETRICO_SOB_QUATRO_DIFERENTES_ABORDAGENS_DIDATICAS/ Acesso em: 24 de Julho de 2020.
TORRE, A.C. de la, Reflexiones Sobre la Enseñanza de la Física Moderna. Educación en Ciencias, v. II, n. 1, p. 79-90, 1998.
APÉNDICE – NOTA DE REFERENCIA
2. Por Física Moderna e Contemporânea queremos dizer todo o conhecimento científico desenvolvido na área da Física desde o início do século XX até os dias de hoje.
3. David Ausubel (1918-2008) foi um pesquisador norte-americano que desenvolveu o conceito de subsunçor (conhecimento prévio). Para ele, quanto mais o ser humano sabe, mais ele aprende. Para mais informações, veja <https://novaescola.org.br/conteudo/262/david-ausubel-e-a-aprendizagem-significativa>. Acesso: 13/07/2020.
4. Disponível em: <www.cbpf.br/eduhq>. Acesso: 25/06/2020.
[1] Máster en Docencia física, postgrado en Ingeniería de Control Industrial y Automatización, Graduado en Física y Tecnólogo en Mantenimiento Industrial.
Enviado: Marzo de 2021.
Aprobado: diciembre de 2021.
