A potentially meaningful teaching unit for the teaching of the concept of field in Physics

• Glauco Cohen Pantoja ^[1] ; Marco Antonio Moreira ^[1]
  1. [1] Universidade Federal do Rio Grande do Sul

     Universidade Federal do Rio Grande do Sul

     Brasil

     
• Localización: Latin-American Journal of Physics Education, ISSN-e 1870-9095, Vol. 11, Nº. 1, 2017
• Idioma: inglés
• Enlaces
  • Texto completo (pdf)
• Resumen
  • español

    Este trabajo intenta describir los resultados de la aplicación de una propuesta didáctica para la enseñanza del concepto de campo en Física. Un bajo número de trabajos en la literatura es flagrante como podemos ver, basados en una revisión de la literatura que hicimos y que ha encontrado otros cuatro artículos que trataban diferentes objetivos, de los cuales, solamente dos discutían la enseñanza del concepto de campo físico. Nosotros proponemos las Unidades de Enseñanza Potencialmente Significativas o PMTU (por sus siglas en inglés) de Marco Antonio Moreira, como una estrategia didáctica que intenta facilitar el Aprendizaje Significativo a través del planeamento de la instrucción en ocho pasos que abarcan importantes premisas de la teoría del Aprendizaje Significativo. Analizamos los datos basados en la propuesta de Greca y Moreira que integra los Esquemas de Asimilación de Vergnaud y los Modelos Mentales de Johnson y Laird. Encontramos dos clases de Esquemas: a) Esquemas para describir las interaciones sin usar el concepto de campo, y b) Esquemas para describir las interaciones usando el concepto de campo. Ha sido posible inferir también cinco clases de Modelos Mentales para encuadrar el concepto de campo electromagnético el esquema para describir interaciones: a) Modelo Mental para describir la ontología del campo de forma general, b) Modelo Mental para describir el campo como una entidad que transfere energía de un cuerpo a otro, c) Modelo Mental para describir el campo como portador de energía, d) Modelo Mental para representar el campo como una entidad que transfere energía a través de la colisión con otros campos – concepción de choque, e) Modelo Mental para describir el campo como un ente que es responsable por la interacción entre objetos. Describimos también dos clases de Modelos Mentales para representar geométricamente el campo: a) Modelo Mental para representar el campo solamente en el exterior de las fuentes, b) Modelo Mental para representar el campo tanto en el interior como en el exterior de las fuentes. Há sido posible construir cuatro clases de Modelos Mentales para representar matemáticamente el campo: a) Modelo Mental para representar el campo matemáticamente sin usar los conceptos de flujo y de circulación, b) Modelo Mental para representar el campo matemáticamente usando el concepto de la projección normal sobre la superfície gaussiana y el concepto de circulación como la projección tangente del campo sobre una curva amperiana, c) Modelo Mental para representar el campo matemáticamente usando el concepto de flujo como un indicador de la dirección del campo y el concepto de circulación como un indicador de líneas de campo circulares cerradas, d) Modelo Mental para representar el campo matemáticamente identificando los conceptos de flujo. Observamos la construcción de Modelos a partir de conocimientos-en-acción prévios para construir una representación interna del concepto de campo. Gran parte de los estudiantes pudieran lograr un aprendizaje adecuado, algunos llegarán cerca de un aprendizaje científicamente aceptable, y otros (la minoría) lograrán Aprendizaje Significativo inadecuado o incompleto. Las implicaciones de esto son discutidas

  • English

    This work aims to describe the results of the implementation of a didactical proposal for teaching the concept of field in Physics. A lack of words in the literature is blatant as we could see based on a review of literature that found four other works that focused different goals, with just two aiming directly the teaching the concept of physical field. We propose the Potentially Meaningful Teaching Units (PMTU) of Marco Antonio Moreira as a teaching strategy that aims to facilitate Meaningful Learning through planning the instruction in eight steps that embrace premises of important Meaningful Learning Theory. We analyze data based on Greca and Moreira proposal that integrates Assimilation Schemas of Vergnaud and Mental Models of Johnson and Laird. We found two classes of schemas: a) Schemas for describing interactions without using the concept of field and b) Schemas for describing interactions using the concept of field. We could infer also five classes of Mental Models for framing the concept of field into the Schema of describing interactions: a) Mental Model to describe the ontology of the field in a general way, b) Mental Model to describe the field as an entity that transfers energy of a body to another, c) Mental Model to describe the field as possessing Energy, d) Mental Model to describe the fields as entities that transfer energy by colliding the other fields – Shock conception, e) Mental Model to describe the field based on the idea of interaction of the field with objects. We describe also two classes of Mental Models for representing geometrically the field: a) Mental Model to represent the field existing just outside the sources, b) Mental Model to represent the field existing both inside and outside the sources. It was possible to map four classes of Mental Models to represent mathematically the field: a) Mental Model to represent the field Mathematically without using the concepts of flux and circulation, b) Mental Model to represent the field Mathematically using the concept of flux as a normal projection of the field over a Gaussian Surface and the concept of Circulation as a tangent projection of the field over an Amperian Loop, c) Mental Model to represent the field Mathematically using the concept of flux as an indicator of the direction of the field and the concept of Circulation as an indicator of circular closed field Lines, d) Mental Model to represent the field Mathematically identifying the concept of flux to the concept of field. We could observe the Mental Model construction from prior knowledge-inaction for building internal representation of the concept of field. Great part of the students achieved adequate Meaningful Learning, some of the reached a close point of an adequate Meaningful Learning, and others (a minority) achieved inadequate meaningful learning. Implications are discussed.