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May 8, 2018 | Author: Anonymous | Category: Documents
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Juan de Dios Jiménez , Fco. Javier Perales. (2004). Alambique. [Versión electrónica]. Revista Alambique 42

Ilustraciones que representan fuerzas: un análisis en libros de texto de ESO Juan de Dios Jiménez Fco. Javier Perales

La reciente reforma educativa en periodo obligatorio acaecida en España ha conllevado un cambio sustancial en los materiales curriculares, entre los que destaca el libro de texto. La profusión de ilustraciones que los acompañan no siempre lleva aparejado un claro sentido didáctico para las mismas. En este trabajo nos hemos fijado en libros de texto de física y química de la ESO y en las ilustraciones que representan fuerzas. Para ello hemos ideado un procedimiento de "análisis semántico" que nos ha permitido poner de manifiesto que, en general, estas ilustraciones no son coherentes con las propiedades de la fuerza derivadas de la mecánica de Newton y tienden a favorecer la "física del sentido común". Finalizamos apuntando algunas hipótesis explicativas de este hecho.

Palabras clave: didáctica, física, libros de texto, ilustración Illustrations that represent forces: An analysis in textbooks of ESO The recent educational reformation in compulsory period happened in Spain has borne a substantial change in the curricular materials, the text book being among those that it highlights. The profusion of illustrations in them doesn't always offer a clear didact sense for the same ones. In this article we have focussed on Physics and Chemistry textbook of the ESO and in the illustrations that represent forces. For this we have devised a procedure of "semantic analysis" that has allowed us to show that, in general, these illustrations are not coherent with the properties of the force in Newton's mechanics and they spread to favor the "Physics of the common sense". We conclude by offering some explanatory hypotheses of this fact.

La educación secundaria obligatoria derivada de la entrada en vigor de la LOGSE acarreó cambios sustanciales en las distintas dimensiones de este ámbito educativo y, entre ellas, supuso una profunda renovación de los libros de texto hasta entonces en vigor. Dicha renovación ha conllevado, tras un primer vistazo, una enorme profusión de recursos gráficos que llegan a abarcar del orden del 50% de la superficie impresa. No obstante, como hemos señalado previamente (Perales y Jiménez, en prensa), el interés tanto desde el campo de la investigación como desde el asesoramiento curricular por parte de las administraciones educativas y editoriales, resulta casi anecdótico, haciéndose necesaria una profunda reflexión en lo concerniente a la utilización de las imágenes en la enseñanza de las ciencias. En anteriores trabajos hemos incidido en algunos aspectos de esta problemática, tales como la taxonomización de las ilustraciones presentes en los libros de texto (Perales y Jiménez, en prensa), el análisis secuencial de textos y el papel de las ilustraciones en la secuencia didáctica de los mismos (Jiménez y Perales, 2001a), la evolución histórica de las ilustraciones representativas de la fuerza (Jiménez y Perales, 2001b) o los modos alternativos de representar la fuerza y su uso en el aula (Jiménez y Perales, 2001c). En este caso deseamos centrarnos en un análisis más profundo del tratamiento que reciben las ilustraciones representativas de la fuerza en una muestra representativa de libros de ESO de física y química (Anexo), más tres libros de ediciones previas a la entrada en vigor de la LOGSE, al que hemos denominado "análisis semántico".

Propósitos del análisis semántico Pretendemos indagar en la medida en que las ilustraciones pueden contribuir o no a la superación de las dificultades que conlleva el aprendizaje por el alumnado del concepto de fuerza (por ejemplo, Gutiérrez, 1994; Jiménez y Perales, 2001c). Así, se ha considerado relevante registrar si las imágenes incluidas en los libros muestran análisis de fuerzas totales o parciales, situaciones de interacción simétrica o asimétrica, y si las fuerzas representadas actúan en la dirección del movimiento del objeto, en otra dirección o se trata de situaciones estáticas. Desde nuestro punto de vista, sería esencial que los libros contuvieran numerosos ejemplos gráficos de las situaciones citadas anteriormente de modo que el alumnado tuviese ocasión de confrontar sus posiciones iniciales de sentido común con las soluciones aportadas por la mecánica de Newton.

Por el contrario, los libros de texto presentan tradicionalmente situaciones en las que solo se muestra una de las fuerzas que actúan, destacan únicamente los efectos producidos sobre uno de los cuerpos y hacen coincidir casi siempre la fuerza con la dirección y sentido del movimiento "producido por las fuerzas". En resumen, una colección de situaciones que podría confirmar los prejuicios del "sentido común" a pesar de las intenciones del autor o autora. En cuanto a los potenciales lectores de los libros de texto, sabemos que la interpretación de las imágenes por los sujetos está muy determinada por su experiencia previa y por la atención prestada. También consideramos que las situaciones paradójicas aumentan la atención sobre la imagen, algo que saben muy bien los publicistas. Se deduce de estas dos afirmaciones que la información contenida en una imagen compatible con la experiencia y las expectativas del lector va a ser procesada superficialmente y, en todo caso, confirmará sus prejuicios de sentido común. Como ejemplo, mostramos la http://www.grao.com/imgart/images/AL/AL42093U.jpg - figura 1, extraída de uno de los libros analizados, que trata de ejemplificar la aditividad de las fuerzas. La imagen puede evocar otras representaciones o modelos mentales, como por ejemplo que la fuerza es una acción unilateral de un objeto animado sobre otro inanimado; que para que un objeto pesado se mueva es necesario que una fuerza actúe sobre él; que un armario puede ser empujado pero no puede empujar, etc. Con toda seguridad, el lector encontrará poca novedad en este dibujo que le dice algo que ya sabe, es decir, que los niños pueden empujar los armarios pero al contrario, no, que para que se mueva un objeto hay que "hacer fuerza" sobre él y, finalmente, aceptará que dos hacen más fuerza que uno, una información con muy poco valor. Las variables del análisis semántico que establecemos a continuación proporcionan un índice que informa de las ilustraciones que tratan de mostrar las contradicciones entre la mecánica de Newton y los prejuicios del "sentido común".

Procedimiento del análisis semántico Elegida la muestra de libros y acotados los capítulos que iban a ser objeto de análisis, se hizo una primera clasificación de las ilustraciones en dos grupos: heterogéneas y homogéneas. Las representaciones heterogéneas muestran los dos planos de representación, realista y simbólico, tanto con dibujos figurativos como esquemáticos. Las representaciones homogéneas, por el contrario, solo emplean el plano figurativo o el plano simbólico -álgebra de vectores en este caso. Desde la perspectiva del análisis semántico nos interesan exclusivamente las ilustraciones heterogéneas, puesto que en ellas se consolida la representación vectorial como instrumento de representación de la noción teórica de fuerza y aparecen los problemas de interpretación del signo vector-fuerza. Los resultados de esta primera clasificación se encuentran http://www.grao.com/imgart/images/AL/AL42094U.gif - tabla 1.

en

valores

absolutos

y

porcentajes

en

la

Una vez seleccionadas las imágenes mixtas en las que conviven objetos del mundo real y los vectores que simbolizan la magnitud fuerza, procedimos a considerar tres categorías de análisis en cada ilustración: • ¿Se representan todas las fuerzas? • ¿Se ilustra la reciprocidad? • ¿Coinciden la resultante y la velocidad del objeto?

Resultados obtenidos Tipo de representación de fuerzas En el estudio de la estática y la dinámica la noción de resultante es esencial y los libros estudiados la definen y utilizan a lo largo del texto. Una de las dificultades de la representación vectorial es que su aplicación exige elegir en primer lugar el cuerpo sobre el que realizar el análisis de fuerzas (algo que no siempre es evidente), para después, identificar las fuerzas que actúan sobre él. Con objeto de analizar cómo los libros de texto ayudan a establecer la noción de resultante mediante las imágenes, hemos clasificado ilustraciones mixtas en dos grupos: aquellas que representan todas las fuerzas que actúan sobre el sistema y las que solo muestran alguna de ellas. De las 122 ilustraciones mixtas, solo 28 representan un análisis que incluye todas las fuerzas que actúan sobre el sistema, lo que supone el 23% de este tipo de ilustración heterogénea y solo el 6,5% del total de las ilustraciones. Si consideramos que los estudiantes tienen por lo general una tendencia espontánea a realizar razonamientos locales o parciales en la resolución de problemas (Dumas-Carré, 1987), no parece razonable que las primeras representaciones gráficas de fuerzas que se les proponen adolezcan de esta limitación. Desglosando entre los diversos libros http://www.grao.com/imgart/images/AL/AL42095U.gif - (tabla 2), encontramos que, en general, la atención prestada a la representación de todas las fuerzas es irrelevante salvo en el texto 10.

Lo más frecuente es que la noción de resultante se defina al comienzo del tema ligándola a las propiedades del álgebra vectorial. Los ejemplos, cuando se muestran, se realizan en el plano exclusivamente simbólico de la suma de vectores, a la que se presta diferente atención en cada libro, pero sin ponerlo en correspondencia con el estudio de situaciones reales. De los 28 análisis de fuerzas totales encontrados en toda la muestra, 15 corresponden a situaciones dinámicas y 13, a situaciones estáticas. Representación gráfica de la reciprocidad Los resultados se muestran en la http://www.grao.com/imgart/images/AL/AL42096U.gif - tabla 3 en valores absolutos y distribuidos por los diversos libros. Salvo los textos 2 y 6, el tratamiento gráfico dado a la reciprocidad de la interacción es irrelevante. El 15% de las imágenes mixtas muestran la reciprocidad y en el total de las ilustraciones solo se alcanza el 4%. Hay que aclarar además que muchas de las ilustraciones que muestran la reciprocidad ilustran la ley de la gravitación de Newton o la ley de Coulomb, de modo que la reciprocidad, en un contexto familiar, está casi ausente en las ilustraciones estudiadas. Proponemos dos posibles explicaciones para esta deficiencia: la primera está relacionada con la dificultad intrínseca de la representación vectorial heterogénea, y la segunda, con el escaso interés otorgado tradicionalmente por los manuales escolares a la tercera ley de Newton. La representación vectorial suele ser considerada asimétrica y representa la acción de un objeto sobre otro. La representación de la interacción entre dos objetos mediante vectores, cuando existe contacto entre ellos, obliga a separarlos virtualmente como propone Viennot (1996) o a dibujar los vectores en lugares arbitrarios, planteando problemas de interpretación (Puri, 1996). Incluso cuando no existe contacto, como en el caso de la gravitación y se representan cuerpos extensos, la representación vectorial sobre los centros de masas puede tener efectos negativos sobre el aprendizaje (Galili y Kaplan, 1996) Los esquemas vectoriales que incluyen las dos fuerzas a que da origen la interacción son engorrosos de realizar y difíciles de interpretar, de manera que, salvo en el caso específico de la tercera ley de Newton, solo se representan las fuerzas que actúan sobre un objeto. A pesar de que dicha ley resulta esencial para la construcción del concepto de fuerza, solo en los textos 2 y 3 la tratan al comienzo del tema, siendo lo habitual presentarla como un complemento al final del tema. Eso justificaría la escasa presencia de ilustraciones que muestren la reciprocidad. Relaciones entre fuerza y velocidad La mayoría de los libros analizados se interesan por destacar en sus textos que la resultante de las fuerzas que actúan sobre un objeto no guarda ninguna relación con el valor que en ese momento tiene la velocidad. Esta discusión se realiza en la definición de la primera ley de Newton y se resalta que la resultante produce cambios en la velocidad; no la velocidad en sí misma. Este interés hay que atribuirlo a los resultados de la investigación educativa de los últimos años que han evidenciado, sin lugar a dudas, que las personas identifican espontáneamente las dos magnitudes (Gutiérrez, 1994). Como se expuso al principio, nos interesa hacer un recuento de en qué ocasiones se representa la resultante de las fuerzas en la misma dirección y sentido que el movimiento que experimenta el objeto, o en una dirección o sentido diferentes. La http://www.grao.com/imgart/images/AL/AL42097U.gif - tabla 4 recoge los resultados distribuidos por libros. La categoría "compatible" se refiere a situaciones en los que la fuerza resultante coincide con el movimiento, la categoría "diferente" incluye aquellas situaciones en las que la resultante y el movimiento no coinciden y finalmente "estático" abarca aquellas imágenes que no muestran movimiento. Los resultados indican que un 54% de las ilustraciones heterogéneas representan situaciones en las que la resultante y la velocidad coinciden. Si no tenemos en cuenta las situaciones estáticas, encontramos seis situaciones de coincidencia entre fuerza y velocidad por cada una de independencia. A la luz de estos resultados no nos atrevemos a asegurar que las ilustraciones de los libros analizados estén apuntalando la noción espontánea del alumnado, según la cual la fuerza es una cualidad de los cuerpos que se mueven, pero sí afirmamos que no contribuyen a combatir dicha idea. Las razones son varias. En primer lugar, tenemos que considerar el proceso de comprensión de las imágenes. Asumiendo el modelo propuesto por Winn (1994), distinguimos dos fases diferenciadas: una preatentiva, que funciona automáticamente y es independiente del conocimiento del lector, y otra atentiva, en la que el elemento principal es el reconocimiento de los signos y su interpretación a partir, precisamente, de ese conocimiento. La fase preatentiva es inconsciente y está determinada por lo que Winn denomina convenciones gráficas. Empíricamente se ha demostrado (Winn y Solomon, 1991) que los símbolos dibujados dentro de otros se interpretan como atributos de los

primeros, de modo que una flecha dibujada sobre un objeto puede sugerir que la fuerza es una cualidad del mismo. En la etapa atentiva el lector realiza el escrutinio consciente del contenido informativo de la ilustración. La identificación de los signos es fundamental para la comprensión del gráfico e implica un proceso en el que se relacionan los conocimientos previos del lector con los signos que se identifican. La comprensión se alcanza cuando se produce una acomodación entre sus esquemas de conocimiento y la información extraída de la ilustración. La http://www.grao.com/imgart/images/AL/AL420991.jpg - figura 2 recoge un ejemplo para ilustrar la discusión. Sobre la imagen realista aparece un signo que representa la fuerza ejercida por el viento sobre el atleta. La flecha está resaltada -en el original- con un color rojo muy vistoso. La imagen muestra, sin lugar a dudas, que el atleta se desplaza en la misma dirección y sentido que indica la fuerza ejercida por el viento. La conclusión razonable a la que llega el lector es que la fuerza del viento mantiene o prolonga el movimiento del saltador. La integración a la que alude Paivio (1986) de la representación verbal y la representación icónica establece un vínculo asociativo que podrá extenderse a otras situaciones que el lector considere análogas. Así pues, no tiene nada de extraordinario que este lector considere que una piedra se mantiene en movimiento mientras perdure la fuerza "ejercida por la mano". A una interpretación equivalente llegamos si consideramos que las imágenes pueden contribuir y formar parte, como imágenes mentales, de los modelos mentales de la realidad física postulados por Johnson-Laird (1980). Una planificación más adecuada de la ilustración podría reducir este peligro mediante una sencilla transformación de la situación presentada. La http://www.grao.com/imgart/images/AL/AL420992.jpg - figura 3 plantearía un dilema al lector en la interpretación de la imagen. La flecha sugiere inconscientemente movimiento pero el contexto obliga a reconsiderar esa primera interpretación. El saltador se desplaza hacia la derecha pero el viento empuja hacia la izquierda. Este conflicto impulsa la emergencia de las asociaciones inconscientes aportando una situación de aprendizaje más interesante. Un ejemplo de cómo las situaciones cotidianas pueden provocar reacciones reflexivas cuando se alteran en algún sentido las imágenes lo encontramos en la http://www.grao.com/imgart/images/AL/AL42100U.jpg - figura 4. El movimiento surrealista hizo bandera de esta estrategia de provocación visual y en la actualidad es muy frecuente en el mundo de la publicidad. Así, estamos acostumbrados a imágenes, estáticas o dinámicas, de objetos familiares modificados o en situaciones chocantes -un camello que fuma, un teléfono con rostro y transformado en vehículo, etc. La http://www.grao.com/imgart/images/AL/AL42102U.gif - tabla 4 deja fuera de toda duda que los textos analizados no apoyan con las ilustraciones la diferenciación de las magnitudes fuerza y velocidad. Por el contrario, las situaciones que muestran gráficamente son compatibles con la interpretación espontánea que establece relaciones de causa-efecto entre ellas.

Conclusiones El análisis semántico de las ilustraciones desvela importantes incoherencias entre los propósitos didácticos de los autores, materializados en los textos de sus libros, y sus ilustraciones. Por un lado, los autores son conscientes de la importancia de presentar las fuerzas como interacciones simétricas entre objetos; insisten en el concepto de resultante para determinar la situación dinámica de un objeto, y presentan la asociación entre fuerza y velocidad como un obstáculo a combatir. Sin embargo, las imágenes muestran análisis parciales de fuerzas, situaciones asimétricas -solo se representa la acción sobre uno de los cuerpos-, y se privilegian las situaciones en las que las fuerzas y los movimientos coinciden. Para explicar esta aparente paradoja proponemos algunas razones: • La representación vectorial heterogénea dificulta extraordinariamente la realización de análisis de fuerzas globales que incluyan la simetría. • Los libros de texto tratan de exponer las ideas que consideran más importantes y presentan la información muy fragmentada y jerarquizada. Como consecuencia de esta organización cada momento de la secuencia didáctica se destina a un único fin dejando en manos del profesorado la integración de los diversos conocimientos. Esto explicaría que una vez definido el concepto de resultante, por ejemplo, se muestren análisis muy parciales que no tienen en cuenta el total de las fuerzas que actúan sobre los objetos representados. • Los autores de los libros utilizan las imágenes para reforzar y confirmar las ideas que consideran más esenciales. Para ello utilizan una estrategia persuasiva que trata de proponer a los lectores mensajes sencillos o evidentes. La imagen no se utiliza como acicate para la reflexión o la duda sino como un apoyo -en ocasiones abusivo- de una argumentación cuyo principal objetivo es convencer. • Una razón más que complementa a las anteriores y que recogemos de Lemeignan y Weil-Barais (1994) es una preferencia general por parte del profesorado de ciencias por las secuencias didácticas inductivas, en detrimento de las hipotético-deductivas.

Bibliografía

DUMAS-CARRÉ, A. (1987): La résolution de problèmes en physique au lycée. Tesis Doctoral. París. Universidad de París-7. GALILI, I.; KAPLAN, D. (1996): "Students' operations with the weight concept" en Science Education, n. 80, pp. 457-487. GUTIÉRREZ, R. (1994): Coherencia del pensamiento y causalidad. El caso de la dinámica elemental. Tesis Doctoral. Madrid. Universidad Complutense. JIMÉNEZ, J.D.; PERALES, F.J. (2001a): "El análisis secuencial del contenido. Su aplicación al estudio de libros de texto de Física y Química" en Enseñanza de las Ciencias, n. 19, pp. 3-19. JIMÉNEZ, J.D.; PERALES, F.J. (2001b): "La representación gráfica de la magnitud fuerza. Apuntes históricos" en Alambique, n. 28, pp. 85-94. JIMÉNEZ, J.D.; PERALES, F.J. (2001c): "Graphic representation of force in secondary education: analysis and alternative educational proposal" en Physics Education, n. 36, pp. 227-235. LEMEIGNAN, G.; WEIL-BARAIS, A. (1994): "A developmental approach to cognitive change in mechanics" en Enseñanza de las Ciencias, n. 20, pp. 369-386. PAIVIO, A. (1986): Mental representations: A dual coding approach. New York. Oxford University Press. PERALES, F.J.; JIMÉNEZ, J.D: "Las ilustraciones en la enseñanza-aprendizaje de las ciencias. Análisis de libros de texto" en Enseñanza de las Ciencias (en prensa). PURI, A. (1996): "The art of free-body diagrams" en Physics Education, n. 31, pp. 155-157. VIENNOT, L. (1996): Raisonner en Physique. La part de sens commun. Bélgica. De Boeck Université. Pratiques Pedagogiques. WINN, W.D.: "Contributions of perceptual and cognitive processes to the comprehension of graphics" en W. SCHNOTZ y R.W. KULHAVY (eds.): Comprehension of graphics. Advances in psychology, n. 108, pp. 3-28. Amsterdam. Elsevier Science B.V.

Dirección de contacto Juan de Dios Jiménez IES Cerro De Los Infantes. Pinos Puente (Granada). Fco. Javier Perales Departamento de Didáctica de las Ciencias Experimentales. Facultad de Ciencias de la Educación. Universidad de Granada.



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