Apuntes para una programación didáctica de la astronomía en la Enseñanza Media

OTROS TRABAJOS APUNTES PARA UNA PROGRAMACION DIDACTICk DE LA ASTRONOMIA DOMENECH CARBO, A., DOMENECH CARBO, M.T., CASASUS LACOMA, Ma E. y BELLA NICOLAS, Ma T. Instituto de Bachillerato de Buñol (Valencia). SUMMARY Aims, stages and methodology programmed for a secondary school course on Astronomy are discussed. A didactic approach based on the guided-discovery method, exemplified by a model-activity series, is proposed. A model of introduction to the use of the formalisms iri Position Astronomy, exemplified by the local celestial sphere, is also included. INTRODUCCION mas de coordenadas astronómicas, . . .). La introducción de la Astronomia como E.A.T.P. en - ~~i~ió~ de hipótesis que permitan formular moel Bachillerato español representa una innovación imdelos capaces de interpretar las observaciones portante en el contexto educativo general de nuestro realizadas. país. Recientes trabajos ponen de manifiesto la ixnpor- - ~d~~i~i~ió~ de una visión global de la estructura tancia de la Astronomía en el curriculum de los nivedel universo basada en la revisión de los temas funles medios de enseñanza (Ten y Monrós, 1984) y estudamentales de la Astronomía de posición y Astrodian la aplicación de diferentes enfoques didácticos física (escalas de distancias y tiempos, mecánica ce- (Fernández Una, Morales Lamuela, 1984). leste, evolución estelar, estructura galáctica,. . .). No obstante, el material didáctico del que actualmen- - Integración de 10s objetivos anteriores dentro de un te se dispone es más bien escaso en relación a los niveproceso de aprendizaje .que valore significatiles de enseñanza que nos ocupan, por lo que parece de vamente: interés el diseño de una programación didáctica espe- - Metodología científica. cífica para los mismos. - Desarrollo histórico de la Ciencia. - Interdisciplinariedad. 1. PROPOSICION DE OBJETIVOS - Participación activa del alumno en el aprendizaje. Al margen de objetivos generales comunes a otras disciplinas (promoción del interés por las ciencias, adquiDebemos remarcar el carácter mismo de objetivo que sición de hábitos y técnicas de estudio, desarrollo de al proceso de aprendizaje guiado por el la capacidad de observación, análisis y síntesis,. . .) potodo cientirico. El estudio de la Astronomia puede perdemos concretar una serie de objetivos específicos de seguir la adquisición de una visión descriptiva más o la Astronomia en la Enseñanza Media. menos detalladas del universo, la formación de técni- - Relación del alumno con el mundo físico que le rocos en las diferentes especialidades observacionales, dea en una dimensión que excede de su entorno indesde la Astronomia de posición convencional hasta mediato (nuestra situación en el universo). las más evolucionadas instrumentaciones de la Astro- - Enunciado de los diferentes modelos teóricos que física, puede también proporcionar una guía básica paenmarcan el desarrollo histórico de la Astronomía ra el estudio de la Historia de la Ciencia o sustentar y revisión crítica de los mismos. estudios teóricos en Cosmología o Física de partícu- - Realización de observaciones sistemáticas que sulas; no obstante, respetando la importancia de estas impongan el diseño, construcción y utilización de insplicaciones, la enseñanza de la Astronomia puede retrumentos sencillos. portar un interés formativo más amplio. Esto supone - Descripción de las observaciones en base a los moevitar dos deformaciones extremas: una presentación delos formales (esfera celeste local y general, sisteexclusivamente descriptiva (en el sentido de presentar 204 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1985, pp. 204-208 OTROSTRABAJOS datos y modelos completamente elaborados al aiiumno) y una presentación centrada en la realización de observaciones desprovistas del armazón teórico que las articula. Estas consideraciones suponen que debe prestarse una especial atención a la selección de niveles y a la metodología didáctica a emplear. 2. NIVELES Y METODOLOGIA De entre las diferentes alternativas metodológicas para la enseñanza de las ciencias (Gil, 1982), la Astronomía puede integrarse adecuadamente en el esquema basado en el método del descubrimiento guiado. Núcleo básico de este enfoque es la confección de prograrnasguía (Furió y Gil, 1979) que suponen una estructuración de las actividades planteadas a los alumnos para tratar de reproducir, de acuerdo con los objetivos propuestos, el proceso científico de descubrimiento. Si nos centramos en la Astronomía de posición, núcleo básico de cara a los niveles medios de enseñanza (McNally, 1982), podemos adelantar algunos criterios para la selección y secuenciación de las actividades: - Papel fundamental de las observaciones en cuanto a suscitar problemas; las observaciones preliminares deben plantearse como una necesidad en función del descubrimiento autónomo de problemas (Ulmann, 19'70). - Interrelación continua de la emisión de hipótesis con las observaciones. En este sentido conviene insistir en la no rigidez de las secuencias observación/hipótesis, ni las observaciones pueden considerarse como meros intentos de comprobación de hipótesis, ni esas pueden reducirse a la proposición de fórmulas «ad hoc» para la interpretación de los datos empíricos (Bunge, 1972). - Organización, clasificación y revisión de la información disponible de modo que permita el estudio de diferentes problemas separadamente, como paso previo al establecimiento de modelos que integren los estudios parciales en unificaciones significativas. - Insistir en la necesidad de una revisión crítica tanto de los modelos teóricos como de los datos observacionales. - Necesidad de plantear, entre los niveles de exigencia, la capacidad de formulación de los enunciados teóricos y datos empíricos en la terminología científica (Knoll, 1974), entendida en un doble sentido: a) Capacidad expositiva y de manejo de la terminología propia de la Astronomía y ciencias afines. b) Conexión expresa de las formulaciones abstractas con el entorno físico al que se refieren. 3. ACTIVIDADES PARA LOS PROGRAMAS-GUIA Desde el punto de vista observacional, la Astrononiía en los niveles medios se centra en la Astronomía de yosición (Harris, 1982). Hay un importante soporte didáctico constituido por la construcción y utilización de aparatos sencillos (Ten y Monrós, 1984, id. 1985), (Mascellani, 1983). El manejo de tablas (Aitchison, 1982) o el empleo de una instrumentación más desarrollada (Annet, 1980), (Zanetti, 1982) puede completar la base disponible de observaciones. En cualquier caso, estos elementos deben integrarse en un proceso de aprendizaje que trascienda la sola capacidad de registro de observaciones y permite la elaboración de conceptos físicos. El siguiente listado de actividades se articula, en este sentido, en tomo a aspectos parciales destinados a actuar como centros de interés previos al desarrollo de modelos más generales y formulaciones más elaboradas. 1.- Observaciones generales. 1-1 .- Observamos el cielo varias veces a lo largo de un día despejado, cita las observaciones que encuentres de interés. 1-2.- Observamos el cielo, a una hora determinada, en una noche despejada. Enumera las observaciones más significativas. 1-3.-Repetimos la observación, esa misma noche, unas horas más tarde. iPodemos apreciar alguna variación respecto a las anteriores observaciones?. 11.- Rotación general del cielo, estrellas y constelaciones. 11-1 .- Formular hipótesis acerca de la forma, tamaño, distancia y constitución de los objetos celestes observados. 11-2.- Observación del movimiento general de rotación del cielo con un anteojo o «tubo de estrellas)). Observación en particular de la estrella Polar. 11-3 .- ¿Qué entendemos por constelación?. Identificar diferentes estrellas y constelaciones con ayuda de un planisferio celeste. 11-4.- ¿Qué entendemos por «eje del mundo))?. ¿Va dirigido justamente hacia la estrella Polar?. 11-5.- Determinación de la dirección N-S. ¿Coincide con la dirección N-S magnética señalada por la brújula?. 11-6.- ¿Cómo podríamos definir un «reloj de estrellas))?. 11-7.- Formular hipótesis para interpretar el movimiento general de rotación del cielo. 11-8.- Observar algunas constelaciones en diferentes días. ¿Podemos detectar alguna variación significativa de unas noches a otras?. Matizar, de acuerdo con esto. la actividad 11-6. 111.- Planetas y estrellas. 111-1 .- Formular hipótesis para interpretar las diferencias de brillo que observamos entre diferentes estrellas. 111-2.- El brillo de la mayona de las estrellas nb varía a lo largo de una noche ni de diferentes noches; sin ENSEÑANZA DE LAS C~NCIAS OTROS TRABAJOS embargo, hay algunas estrellas que ofrecen variaciones significativas de brillo de unas épocas a otras. Formular hipótesis para tratar de interpretar este hecho. 1113.- Estas estrellas «extraordinarias» presentan además un movimiento diferente al de las restantes. Identificar estas estrellas y describir las diferencias observadas en relación al comportamiento general. 111-4.- La observación telescópica del cielo permite observar que estas estrellas singulares poseen forma discoidal, mientras que las estrellas corrientes siguen apareciendo como puntos luminosos. Verificar esta observación y formular hipótesis que puedan interpretarla. 111-5.- En determinadas condiciones, alguna. de estas estrellas singulares presenta medio disco iluminado. ¿Cómo podríamos interpretar esta observación? 111-6.- Resumir las hipótesis realizadas hasta el momento en relación a la naturaleza, forma, tamaño y me vimiento de los astros en el firmamento. 1V.- La Luna IV-1- ¿Qué podemos decir del aspecto de la Luna? jvaría de unas noches a otras? IV-2.- Describe el movimiento de la Luna a 10 largo de una noche. IV-3.- ¿Vana el tamaño aparente de la Luna? Tratar de confirmar esta posibilidad. ¿Cómo podna interpretarse? IV-4.- ¿Qué entendemos por periodicidad? Cita fenómenos periódicos que conozcas. IV-5 .- ¿Qué periodicidades podemos asignar a la Luna? Describe las fases lunares. IV6.- Formula hipótesis para la interpretación de las fases lunares. ¿Presentan otros astros este fenómeno? IV-7. ¿Qué entendemos por eclipse? Describe los distintos tipos y haz un esquema para su interpretación. ¿Qué información podemos obtener de los eclipses? IV-8.- Resume las hipótesis realizadas acerca del movimiento, distancia, etc. de la Luna. V.- La Tierra V-l.- ¿Qué podemos decir de la forma y tamaño de la Tierra? V-2.- Señala pruebas en favor de la no planitud de nuestro planeta y específicamente en favor de su esfericidad. V-3.- Revisión del método de Eratóstenes para la determinación del tamaño de la Tierra. SeAala explícitamente las hipótesis empleadas. V-4.- Comenta la aseveración de que la ((materia te-. rrestren es distinta de la «materia celeste)). ¿Podernos aportar pruebas empíricas para confirmar o rechazar esta afirmación? V-5 .- ¿Qué podemos decir en relación al tamaño de la Tierra y de los diferentes astros? Comenta alguno de los procedimientos clásicos de medida de distancias y tamaños. Vd.- Comenta críticamente algunos de los argumentos en favor de la inmovilidad de la Tierra. ¿Cuál es el significado de la ((experiencia de la torre)) de Galileo? V-7.- Citar algunos de los fenómenos terrestres que pueden interpretarse como confirmación de la rotación del planeta. Comentar en particular la experiencia de Foucault. VI-1 .- Proponer algún movimiento para estudiar el movimiento del Sol. VI-2.- Estudio del movimiento solar mediante instrumentos sencillos (gnomon, polos, zócalo de Ptolomeo). VI-3 .- Estudio del movimiento solar a lo largo de un día. Estudio comparativo de los datos aportados por los diferentes instrumentos. VI-4.- ¿En qué orientación y en qué momento alcanza el Sol su máxima altura sobre el horizonte? VI-5 .- Observación del movimiento solar en diferentes días. ¿Alcanza siempre la máxima altura a la misma hora? ¿La alcanza siempre en alguna orientación determinada? VI-6.- Revisar las definiciones de día y año. VI-7.- Estudia la duración del día y la noche en diferentes días del año. ¿Podemos observar alguna relación con las alturas del Sol sobre el horizonte? VI-8.- Equinoccios y solsticios, definición y determinación. VI-9.- Ecuación del tiempo, usos horarios, relojes de Sol. VI-10.- Formular algún modelo que permita interpretar el movimiento diurno y el movimiento anual del Sol. 4. EL TRATAMIENTO DE LOS MODELOS FORMALES Uno de los problemas específicos de la Astronomía es la presencia de modelos que exigen un tratamiento matemático de una cierta complejidad (trigonometría esférica por ej.). No obstante, es indispensable la adquisición por el alumno de un determinado nivel de descripción y manejo de estos modelos, siempre bajo la perspectiva de su inserción en el contexto global de la programación. A titulo de ejemplo podemos exponer el estudio del movimiento del Sol descrito en base al formalismo de la esfera celeste local. A destacar que puede utilizarse sin una previa exposición del modelo heliocéntrico, permitiendo la introducción de temas relacionados (oblicuidad de la eclíptica, ecuación de tiempo, .. .). Enumeramos a continuación una serie de actividades con las que se pretende conseguir, como objetivos prioritarios: ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS OTROS TRABAJOS - Adecuado manejo de la terminología. - Conexión directa del modelo con sus bases observacionales. Fig. 1 - Formulación explícita de las hipótesis en que se basa. ' - Estudio de posibles implicaciones: predicciones. - Valoración critica de observaciones y predicciones. 1 .- ¿Qué problemas se plantean para describir el movimiento de los astros en el firmamento?. ¿Por qué usamos coordenadas angulares?. 2.- ¿Qué entendemos por esfera celeste local?. ¿Qué sentido fisico posee suponer que todos los astros se mueven sobre una esfera imaginaria en torno nuestro?. Fig. 2 3.- Explica el significado de los términos siguientes: zénit, nádir, celeste. Represéntalos en la esfera celeste local. 4.- ¿Qué entendemos por meridiano y por latitud de un lugar?. 5.- Señala sobre la esfera celeste local la latitud y los puntos cardinales. 6.- Representa el movimiento del Sol, a lo largo de un día determinado, en la esfera celeste local. ¿Seria válida esta representación en otro punto de la Tierra?. - - .. . . . . . . . ;. -..... '-' .... ,...* ...--. . . . - . . . . - .... , C< ... 7.- Representa el movimiento del Sol en los equinoci cios y en los solsticios en la esfera celeste local. Fig. 3 8.- Repite esta representación para puntos situados en a) ecuador, b) polo N y c) 45' de latitud N. 9.- Repite esta representación para puntos situados en el trópico de cáncer (dato: el Sol se halla en el zknit a mediodía del solsticio de verano) y b) en el círculo '.., .- . polar ártico (dato: el Sol se encuentra todo el día so- .\._ ..<. bre el horizonte en el solsticio de verano). '... -.. _.._.._.__<._.....,,.-' 10.- En la figura adjunta se representa la esfera celeste local de un punto situado a latitud 40' N. Señala en ella la trayectoria solar en un día de primavera, verano, otoño e invierno. (Las representaciones adjuntas corresponden a las trayectorias solares en los equinoccios y solsticios sabre la esfera celeste local de puntos situados a 40' de latitud N (fig. l), ecuador (fig. 2), polo N (fig. 3), trópico de cáncer (fig. 4) y círculo polar ártico (fig. 5), obtenidas con un ordenador SHARP MZ808 con programa que se adjunta y realizadas como material de apoyo, con carácter interdisciplinar, en las E.A.T.P. de Astronomía e Informática en el I.B. de Buñol (Valencia).) ENSENANZA DE LAS CIENCIAS OTROS TRABAJOS REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS AITCHISON, R.E., 1982, The calendar. PhysicsEducation. MARTIN ASIN, F., 1979, Astronomía. (Paraninfo). Vol. 17, pp. 186-188. MASCELLANI, V., 1983, Resoconto su alcune esperienze ANNETT, C.H., 1980, Experience with a professionally di carattere astronómico in un corso di scienze per la scuooriented astronomy laboratory for nonscience majors. la media. La Fkica nella Scuola. Vol. XVI, pp. 70-75. American Journal of Physics. Vol. 48, pp. 134-137. BUNGE, M., 1972, La investigación científica. (Ariel). MCNALLY, D., 1982, Astronomy at school. Physics EduFERNANDEZ ORIA, E., MORALES LAMUELA, M.J., cation. Vol. 17, pp. 157-159. 1984, La Astronomía en el Bachillerato: diferentes enfoTEN, A.E., MONROS, M.A., 1984, Historia y enseñanza ques. Ensefianza de las Ciencias. Vol. 2, pp. 121-124. de la Astronomía. Los primitivos instrumentos y su utiliWRIO, C., GIL, D., 1797, El programa-guía: una propuesta zación pedagógica. Ensefianza de las Ciencias. Vol. 2, pp. para la renovación de la didáctica de la Física y la Quími49-54. ca (en ((Didáctica de la Física y la Química, INCIE). TEN, A.E., MONROS, M.A., 1985. Historia y enseñanza GIL, D., 1982, Didáctica de las ciencias teóricamente funde la Astronomía 11. La posición de los cuerpos celestes. damentada. Primeras Jornadas de investigación didáctiEnseñanza de las Ciencias. Vol. 3, pp. 47-56. ca en Física y Química, ICE, Valencia. " HARRIS, D., 1982. The place of astronomy at irchools. ULMANN, C., 1970, Kreativitat. Neue amerikanische AnPhysics Education. Vol. 17, pp. 154-156. satze zur Erweiterung des Intelligenkonzeptes, ed. KNOLL, K., 1974. Didáctica de la enseñanza de la física. ZANETTI, V., 1982, Astronomía y máquina fotográfica. La (Kapelusz). Física nella Scuola. Vol. XV, agenda no 3. 208 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS 1