VI RELAEF REUNIÓN LATINO AMERICANA DE EDUCACIÓN EN FÍSICA Universidad de Antioquia Symulaciones y modelages computacionales como apoyo al aprendizaje de la Física Eliane Veit eav@if.ufrgs.br Instituto de Física - UFRGS Medellín Del 19 al 21 de Octubre de 2005

Posibilidades actuales de el computador en la enseñanza de la Física recolección de datos comunicación tutorial . . . eav@if.ufrgs.br

Simulación y modelages computacionales en la enseñanza de la Física el computador como una herramienta cognitiva (de la mente) modelos científicos y modelage computacional ejemplos de distintos softwares actividades exploratorias y de creación Metodologías de apoyo Diagrama AVM: un instrumento heurístico para facilitar el modelage computacional eav@if.ufrgs.br

El computador como herramienta de la mente o sea, alargando la capacidad de la mente del hombre para la solución de problemas DiSessa; Jonassen eav@if.ufrgs.br

Evolución humana y herramientas Edad de la piedra lascada (paleolítico) Edad de la piedra polida (neolítico) Edad de los metales La especie humana se distingue de la animal por la construcción de instrumentos. La evolución humana está íntimamente asociada a la invención de instrumentos. Período Paleolítico que vai da origem no homem até uns 10 a 12 mil anos atrás. Morando en cavernas y passando pela glaciação (ação das geleiras sobre a Terra), a pedra lascada passa a ser um instrumento poderoso para a caça e, logo, sobervivência. en seguida vem o fogo, que o aquece, permite cozinhar y afugentar animais. Com a pedra polida se torna possível construir instrumentos y começa a agricultura. Idade dos metais 5.000 a. C. (DiSessa)

Las herramientas humanas han evolucionado Los primeros instrumentos eran de materiales concrectos, para extender las capacidades físicas. Ahora hay instrumentos que permiten extender la capacidad mental.

Herramientas cognitivas (o herramientas de la mente) mapas, figuras, símbolos, alfabeto ... permiten que se represente gran parte del pensamiento en una ”forma física, estable, transportable, reproducible, manipulable” El Álgebra y el Cálculo, vistos como herramientas de la Física son herramientas cognitivas. Planillas electrónicas son ejemplos de herramientas cognitivas actuales.

Potencialidad de los computadores (abstractos > concrectos) (Ej. vectores no Modellus) ecuaciones, funciones, vectores y relaciones geométricas pueden ser “manipulados” directamente (Ej. funciones en Modellus , Excel) Representaciones múltiples (Ej. gráficas, tablas y animaciones con Modellus) 1. Ex. de vetores com o Excel. Criar vetor A, B mostrar que pode-se mov~e-los, alterá-los. Dpeois criar a soma de A + B; 2. Ex de manipulação de funções com o Excel: nomear células com xo, vo y A, criar coluna com t, calcular x=xo + vo t + a t*2/2 Construir gráfico, alterar parâmetros. 3. Criar uma queda livre com o Modellus. Mostrar tabela, gráfico y animação. Depois passar para equações diferenciais, fazer o movimento de um projétil com resistência.

Física modelage computacional recolección automática de datos

¿Qué es un modelo en Física? representación simplificada y idealizada de un sistema o fenómeno físico constituido por proposiciones semánticas y modelos matemáticos subyacentes representaciones (externas) aceptado por los científicos Son abstracciones creadas por los científicos, que no existen en la naturaleza!

Ejemplo: modelo del gas ideal el gas es constituido por partículas puntuales (con toda la masa concentrada en un punto) que interactúan vía colisiones perfectamente elásticas No hay en la naturaleza tal sistema. Ésta es una idealización de los físicos, que sirve como punto de partida para la descripción de propiedades características de los gases, como presión, volumen y temperatura.

Ejemplo: modelo planetario En la descripción del movimiento de translación de los planetas, estos son considerados como partículas puntuales, en una clara idealización. En la descripción del movimiento de rotación, pasan a ser tratados como cuerpos esféricos, rígidos, aunque que en la realidad su forma no sea esférica y tampoco sean rígidos.

Con respecto a modelos Es esencial darse cuenta que la Ciencia tiene origen en la mente de los científicos. O sea, es una construcción humana que busca describir el universo, a través de teorías, modelos, probando hipótesis y sometiendo a la evaluación empírica. Los modelos no son cristalizados en su forma de creación, sino reformulados, mejorados o abandonados, dependiendo de su éxito en la descripción de los resultados experimentales o con razonamiento teóricos. Presentan contexto de validez y distintos grados de precisión.

¿Qué es modelage en Física? Modelage de un sistema físico es el proceso cognitivo de construcción de un modelo científico para describir este sistema. Modelage computacional en la enseñanza de la física: modelage de un sistema físico con uso de el computador con objetivos didácticos.

Simulaciones y modelages computacionales como apoyo al aprendizaje de la Física Proveen alguna representación de un modelo científico (animación, gráfica, tabla). Muchas veces alumnos (y profesores) no ponen atención en los modelos.

¿Por que simulaciones y modelage en la enseñanza de la Física? facilitar la comprensión de modelos físicos facilitar la construcción e investigación de situaciones-problemas desarrollar la capacitad de predecir, evaluar y analizar predicciones posibilitar el tratamiento de problemas más generales y actuales

Simulación y modelages computacionales en la enseñanza de la Física el computador como una herramienta cognitiva (de la mente) modelos científicos y modelage computacional ejemplos de distintos softwares actividades exploratorias y creación Metodologias de apoyo Diagrama AVM: un instrumento heurístico para facilitar el modelage computacional eav@if.ufrgs.br

Tipos de actividades de simulación y modelage computacionales exploratorias creación Ex: Modellus, Physlets, Interactive Physics, Powersim, Excel

Fuente renovable de energía Q > biomasa de la selva J > energia solar JR > energia solar disponible

Simulación y modelage computacionales acceso a los primitivos del modelo matemático o icónico subyacentes a la implementación del modelage El alumno no tiene El alumno tiene Ex: Modellus, Excel, Powersim

Tipos de actividades de simulación y modelage computacionales exploratorias El sujeto observa, analiza e interactúa con modelos ya construidos A los primitivos del modelo matemático o icónico de simulación: sin acceso de modelage: con acceso El sujeto pasa por todo el proceso de construcción del modelo; desde su estructura matemática o icónica hasta el análisis de resultados creación de un modelo

Simulación con el Modellus

Modelage com el Modellus

Simulación y modelages computacionales en la enseñanza de la Física el computador como una herramienta cognitiva (de la mente) modelos científicos y modelage computacional ejemplos de distintos softwares actividades exploratorias y creación Metodologías de apoyo Diagrama AVM: un instrumento heurístico para facilitar el modelage computacional eav@if.ufrgs.br

¿Que metodología utilizar para implementarla? Método Predecir Observar Explicar (P. O. E.) (White & Gunstone) Diagrama AVM: Adaptación do V de Gowin para el Modelage computacional (Araujo,Veit & Moreira) es necesario tener en cuenta que la metodología es parte fundamental del proceso y que la interactividad del estudiante con los otros estudiantes, con el profesor y con la tecnología es indispensable

Método Predecir Observar Explicar (P. O. E.) Predecir cómo evolucionará una determinada situación-problema Observar lo que de hecho ocurre en una simulación del evento Explicar eventuales divergencias entre lo esperado y lo observado

Diagrama AVM (Adaptación del V de Gowin para el Modelage Computacional) el formato en Ve pone de manifiesto la interacción entre el domínio teórico-conceptual y el metodológico en el proceso de modelado computacional Domínio conceptual metodológico ? evento Concepción del modelo computacional Implementación y exploración del modelo computacional

Diagrama AVM Implementación y exploración del modelo computacional DOMÍNIO CONCEPTUAL fenómeno de interés Pregunta(s)-foco DOMINIO METODOLÓGICO Filosofia(s) Teoria(s) Princípios y Idealizaciones(contexto de validez) Entidades/Signos Conceptos: Variables | Parámetros Relaciones Resultados conocidos Predicciones Posibles generalizaciones y expansiones del modelo Afirmaciones del modelo Validación del modelo Categorización del modelado Representaciones Elementos interactivos Registros Implementación y exploración del modelo computacional Concepción del modelo computacional Interación Situaciones-problema

Diagrama AVM - Ilustración

? ? Formas de aplicación del diagrama AVM Modelo (exploratorio o de creación) dirigido DOMINIO CONCEPTUAL fenómeno de interés Pregunta(s)-foco DOMINIO METODOLÓGICO ? ? Interacción Situaciones-Problema en investigación

? ? ? ? Formas de aplicación del diagrama AVM Modelo (exploratorio o de creación) abierto DOMINIO CONCEPTUAL Fenómeno de interes ? Pregunta(s)-foco DOMINIO METODOLÓGICO ? ? Interación Situaciones-problema en investigación ?

“Yo escucho y yo me olvido Yo veo y yo recuerdo Yo hago y yo comprendo” Proverbio Chino

¿Cuál es el rol de el computador en la enseñanza en la escuela o universidad? Yo no lo sé, pero si la enseñanza desconsidera los instrumentos que permiten extender la capacitad humana, no estará preparando a sus estudiantes para el mundo fuera de la escuela o de la universidad.

Referencias principales ARAUJO, I. S.; VEIT., E. A. Uma revisão da literatura sobre estudos relativos a tecnologias computacionais no ensino de Física, Revista Brasileira de Pesquisa em Educação em Ciências, v. 4, 2004. ARAUJO, I. S.; VEIT, E. A.; MOREIRA, M. A. Adaptação do Vê de Gowin para a modelagem computacional: o diagrama AVM. Em preparação, 2005. DiSESSA, A. A. Changing Minds Computers, Learning and Literacy, MIT Press, 1999. ESQUEMBRE, F., Computers in Physics Education, Computer Physics Communications 147, 13-18 2002 HALLOUN, I. Schematic modeling for meaningful learning of physics. Journal. Research in Science Teaching, New York, v. 33, n. 9, p. 1019-1041, Nov. 1996. JONASSEN, D. H. Computadores como herramientas da mente. Disponível em: http://tecnologiaedu.us.es/bibliovir/pdf/efect_cog.pdf Acesso em: 10 de julho de 2005. VEIT, E. A.; ARAUJO, I. S. Tecnologias Computacionais no Ensino de Ciências, Programa Internacional de Doutorado em Ensino de Ciências. Universidade de Burgos, Espanha; Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Brasil. Texto de Apoio N°24.

Agradecimientos Agradeco - la invitación para participar de este evento,. En caso de dudas al respecto de mi charlas, espero que me escriban a eav@if.ufrgs.br. Gracias Eliane Veit

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