Estudio del grado de persistencia de ciertos preconceptos sobre la estática de fluidos en alumnos de 2º curso del BUP

INVESTIGACION Y EXPERIENCIAS DIDACTICAS ESTUDIO DEL GRADO DE PERSISTENCIA DE CIERTOS PRECONCEPTOS SOBRE LA ESTATICA DE FLUIDOS EN ALUMNOS DEL 2" CURSO DEL BUP FERNANDEZ FERNANDEZ, J.M. I.B. Menéndez Pidal (Avilés) SUMMARY This work has two purposes: a) To find out the persistence grade of some preconceptions which pupils of second year of B.U.P. have about fluid's statics. . b) To check whether the teaching method used is the adequate one for our pupils. Before the fluid's statics study was started we gave them five questions; two monts later we gave them the same questions again. The results show out that an important number of pupils strongly maintained the same wrong ideas they had before this subjet was studied. 1. INTRODUCCION La existencia de preconceptos en los alumnos de las diferentes etapas educativas sobre determinados temas de Física, y también, desde luego, de otras materias, está suficientemente probada. De la experiencia vivida en las clases de Fisica del 2" curso del BUP se deduce que los alumnos de este nivel poseen ya un, hasta cierto punto elaborado, cuerpo de «conocimientos» sobre algunas partes de la Física y no simples explicaciones de hechos aislados. Así pues, los alumnos que comienzan en el BUP el estudio sistemático de la Física ya tienen ideas propias sobre determinados conceptos y hechos físicos. Han elaborado sus propias «leyes» para explicar y predecir aquellos fenómenos físicos que observan con frecuencia. Por consiguiente, conocer cuáles son los conceptos y fenómenos físicos sobre los que los alumnos poseen ideas preconcebidas es fundamental para establecer una estrategia de la enseñanza de la Fisica que produzca buenos rendimientos en el aprendizaje de esta ciencia. Pero nos parece que también es importante para mejorar la eficacia de dicho aprendizaje conocer el grado de persistencia de esos preconceptos. Por una parte, ese conocimiento nos proporciona una información irnportante para proceder a la evaluación de tipo de enseñanza utilizado; en este sentido son reveladores los trabajos de Furió y Ortiz (1983) y Carrascosa y Gil (1985) sobre la persistencia de errores conceptuales en profesores de Enseñanza Media, alumnos del ultimo curso de las carreras de Química, de Física y de estudiantes del COU. Por otra parte, el conocimiento del grado de persistencia preconceptual nos puede servir como indicador acerca de la conveniencia o no de alcanzar ciertos objetivos (Giordan, 1985) e incluso sobre la pertintencia de establecer ciertos contenidos en la programación de la Fisica para un determinado curso. 2. OBJETIVOS En el presente trabajo estudiamos el grado de persistencia de algunas ideas preconcebidas, cuya existencia ya había sido puesta de manifiesto (Fernández Fernández, 1985), causantes del bajo porcentaje de alumnos de nuestro centro que resolvían correctamente ejercicios de aplicación del teorema de Arquímedes. También era nuestro propósito, como una consecuencia de la anterior, verificar si el método de enseñanza empleado en esta parte de la Física era el adecuado. 3. DISEÑO EXPERIMENTAL Días antes de comenzar el estudio de la estática de fiuidos hemos presentado a 156 alumnos, matriculados en el 2O curso del BUP en nuestro centro, las preguntas ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1987, 5 (l), 27-32 INVESTIGACION Y EXPERIENCIAS DIDACTICAS que figuran en el Apéndice 1 (1). El análisis de las respuestas nos ha permitido detectar la existencia de preconceptos en estos alumnos sobre algunos aspectos de la estática de los fluidos, como hemos indicado anteriormente. Transourridos dos meses desde el estudio de la estática de los fluidos, se han vuelto a proponer nuevamente a los mismos alumnos las preguntas anteriormente citadas. 4. RESULTADOS Y ANALISIS DE LOS MISMOS Queremos indicar que durante el estudio del tema ((Estática de fluidos)) se advirtió con insistencia a los alumnos sobre los errores conceptuales que habíamos detectado y se puso especial cuidado en demostrarles por qué sus i.deas eran erróneas. Comprobaron experimentalmente, trabajando en grupos de 2 alumnos, que un mismo cuerpo siempre desaloja el mismo volumen cuando se sumerge en líquidos de distintas densidades y que ese volumen es exactamente igual al del cuerpo sumergido. Igualmente comprobaron por vía experimental que el empuje que sufría un cuerpo sumergido en líquidos de diferentes densidades sólo dependía de éstas y del volumen del cuerpo, en ningún caso de la masa o del peso del cuerpo sumergido. En la Tabla 1 se recogen los porcentajes de aciertos en cada pregunta en las 2 pruebas realizadas. También se indica la-des\liación estandard, S, calculada por la exp (100-p), siendo p el tanto por ciento N total de no aciertos y N el número de encuestados (Garret, 1971). Debemos advertir que en el número de respuestas acertadas contabilizadas en cada pregunta aislada no se consideran las que corresponden a los que han contestado correctamente a las 5 preguntas. Los datos de la Tabla 1 permiten hacer las siguientes consideraciones, entre otras: a) Hay un significativo aumento, en la 2" prueba, en el porcentaje de respuestas correctas a las 5 preguntas. Sin embargo, que 2 meses después de haber estudiado el tema sólo el 36,9% de los alumnos encuestados sepa responder correctamente a las 5 preguntas no creemos que sea motivo de satisfacción para los profesores encargados de la enseñanza de la Física a estos alumnos. b) Ha disminuido notablemente, en la 2a prueba, el porcentaje de aciertos a la 3a pregunta. Si comparamos los resultados de las restantes preguntas en la 2a prueba es probable que esta disminución puede ser debida al aumento en el tanto por ciento de respuestas correctas a las 5 preguntas en esta prueba. Trataremos más adelante de confirmar esta hipótesis. c) Hay aumentos poco significativos en los porcentajes de aciertos a las preguntas la y 2a. d) Se mantiene la constancia de aciertos en la 2a prueba respecto a las preguntas 4a y 5a. Lo expuesto en los dos últimos apartados parece confirmar que para un porcentaje importante de alumnos sus ideas preconcebidas prevalecen sobre los conocimientos que se supone debieran haber adquirido o bien no han adquirido esos conocimientos y explican los hechos de acuerdo con la estructura cognoscitiva que ellos mismos han elaborado anteriormente. 4.1. Estudio de las preguntas erróneas más frecuentes a cada una de las preguntas Con fines comparativos, vamos a considerar sólo aquellas respuestas erróneas a cada una de las preguntas que ya hemos tenido en cuenta en el estudio de la 1 a prueba. 4.1.1. Primera pregunta Las respuestas erróneas seleccionadas son: a) El cuerpo que desaloja más volumen al sumergirlo en el agua es el de hierro y el que desaloja menos volumen es el de corcho. Tabla 1 28 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1987, 5 (1) todes las preqmtzs 3,6 s=2,A 35.9 s=3,9 58 6.4 c=2,0 6.6 s=2,0 4" 9.6 s=2,4 9,5 s=2,4 3 0 73.1 s=3,5 51.6 s=4,0 Pre,g,m tas .' de aciertos en la le grueba de aciertos ela 2a grueba i o 8.3 s=2,2 10.8 s=2,5 28 10.9 s=2,5 14.6 s=2,8 I~IVESTIGACION Y EXPERIENCIAS DIDACTICAS 1 b) Respuesta opuesta a la anterior ) La Tabla 11 recoge los resultados y las correspondientes desviaciones estandard. Se observa que el no de respuestas erróneas, tanto en relación con la respuesta (a) como en la (b), prácticamente se ha reducido a la mitad en la 2" prueba. Pero aun es alto el porcentaje de alumnos (34,4% + 3,8% = 38,2%) que relacionan al volumen de líquido desalojado por un cuerpo sumergido en él con la masa o con el peso de dicho cuerpo, y no tienen en absoluto en cuenta el volumen de dicho cuerpo. Hay una notable persistencia de los preconceptos. Tabla 11 4.1.2 Segunda pregunta Prueba 3espuesta (a) $ 3espuesta (b) 5 i Las respuestas erróneas a considerar son: a) El cuerpo con forma de bola es el que más volumen de agua desaloja al sumergirlo en ella y el que menos volumen de agua desaloja es el que tiene forma de caja de zapatos. b) Respuesta opuesta a la anterior. 15 62,2 s=3,8 791 s=2,1 En la Tabla 111 quedan recogidos los resultados y las correspondientes desviaciones estandard. Como puede observarse, también en esta pregunta el no de respuestas erróneas, tanto del tipo (a) como del tipo (b), se ha reducido casi a la mitad al realizar la 2" prueba. Tabla 111 25 34,4 s=3,8 398 s=1,5 . ENSERANZA DE LAS CIENCIAS, 1987, 5 (1) Dentro de las respuestas erróneas, la (a) sigue siendo también la más abundante al realizar la 2" prueba y, como sucediera en la prueba inicial, se observa una notable dispersión en las respuestas dadas a esta pregunta, confirmando la inexistencia en la mayor parte de los alumnos encuestados de una idea preconcebida sobre la posible relación entre la forma del cuerpo sumergido en el agua y el volumen de ésta que desaloja. 243 14,6 s=2,8 495 s=1,7 Prueba Ftespuesta (a) % ?espuesta (b) % i 4.1.3. Tercera pregunta le 2699 s=3,5 1099 s=2,5 También en la 2" prueba ésta es la más acertada, a considerable distancia del resto. Al comentar los resultados de la Tabla 1 hemos adelantado una probable explicación del descenso del porcentaje de aciertos a esta pregunta en la 2" prueba. Los datos recogidos en la Tabla IV parecen confirmar aquellas hipótesis. Tabla IV 4.1.4. Cuarta pregunta Prueba $ de almos que s610 han contestado bien a la 3@ pregnta $ de alumnos que han con tea tado bien a las 4 grimeras pr e,gun tas La respuesta a considerar en esta pregunta, igual que en la 1 " prueba, es: El cuerpo que pesa más desaloja más volumen de agua y el cuerpo que pesa menos desaloja menos volumen. En la Tabla V quedan reflejados los datos correspondientes a esta respuesta en las dos pruebas y las correspondientes desviaciones estandard. 1 a 55,l 4 , 5 Comparando los resultados obtenidos en esta pregunta y en la anterior se deduce que el mayor porcentaje de respuestas correctas en la pregunta es debido a que en esta todos los cuerpos tienen la misma masa, no a la circunstancia de que también todos tienen el mismo volumen. Tabla V 2 a 3091 5 98 J Prueba . 7: de respuestas * 1 a ~=3,6 2 2@, 43,9 c=L , O 6 INYESTIGACION Y EXPERIENCIAS DlDACTlCAS Aunque ha disminuido significativamente el porcentaje de respuestas erróneas, un considerable no de alumnos sigue manteniendo la idea de que a más peso del cuerpo sumergido más volumen de liquido desalojado. La persistencia de estas ideas preconcebidas es importante. 4.1.5. Quinta pregunta Como en la la prueba, las respuestas erróneas a considerar son: a) El cuerpo de 25 cc. desaloja el mayor volumen cuando se sumerge en el aceite. b) El cuerpo de 25 cc. desaloja el menor volumen cuando se sumerge en el aceite. c) El cuerpo de 25 cc. desaloja el mayor volumen cuando se sumerge en el mercurio. d) El cuerpo de 25 cc. desaloja el menor volumen cuando se sumerge en el mercurio. En la Tabla VI se recogen los porcentajes de estas respuestas asi como la desviación estandard correspondiente tanto de la 1 a como de la 2" prueba. Excepto en el caso de la respuesta (a), se ha reducido -' en 10 puntos el tanto por ciento de respuestas erróneas a esta pregunta. Pero, si tenemos en cuenta que han contestado correctamente a esta pregunta el 6,4070 de los alumnos y el 36,9 Yo de los mismos han contestado con acierto a las 5 preguntas, resulta que todavía es alto el porcentaje de alumnos que está convencido de que el volumen de líquido desalojado por un cuerpo sumergido en él no depende del volumen de dicho cuerpo y, en cambio, se advierte la persistencia de una relación, aunque no totalmente definida, clara, entre el volumen de líquido desalojado y el peso o la masa de éste. 5. CONCLUSIONES 1 ") Existe un porcentaje de alumnos, que consideramos muy alto, que, dos meses después del estudio de la estática de los fluidos, mantienen firmemente arraigada la idea de que cuando se sumerge un sólido en un líquido el volumen desalojado de éste no tiene ninguna relación con el volumen de aquél. 2") Continua firmemente arraigada en un alto no de alumnos la idea de que existe una relación, independientemente de cualesquiera otra consideración, entre el peso o la masa del cuerpo sumergido, o del líquido en el que se sumerge el cuerpo, y el volumen de líquido desalojado. 3") A la vista de los resultados, el 63,1010, de los alumnos encuestados no han incorporado totalmente, algunos absolutamente nada, a su estructura cognoscitiva, el concepto -fundamental para la correcta resolución de ejercicios relacionados con el teorema de Arquímedesde que el volumen de líquido desplazado por un cuerpo sólido sumergido en él es igual al volumen de éste. Estos alumnos durante el estudio de este tema no han experimentado el cambio conceptual definitivo y permanente que se perseguía y, a medida que ha transcurrido el tiempo, han vuelto a sus preconceptos anteriores (Furió y Hernández, 1983). 4") Parece evidente que el método de enseñanza empleado en este tema no es el adecuado, ha de ser modificado sustancialmente. Sin embargo, cabe la posibilidad de que este bajo rendimiento en el aprendizaje sea debido a otras circunstancias, además del tipo de ensefianza utilizado. Segun Shayer y Adey (1984) para que un alumno se de cuenta de que el volumen de líquido desplazado por un cuerpo sumergido en él no depende del peso del cuerpo, su desarrollo cognoscitivo ha de encontrarse en el estadio inicial de las operaciones formales, segun la clasifiación de Piaget. ¿Es esta la situación de los alumnos que hemos encuestado? En el caso de que la respuesta a esta pregunta fuese negativa, el fracaso en el aprendizaje de ciertos temas de Física, y de otras asignaturas, no sólo se debería a los métodos de ensefianza, masifiación, amplitud de los programas, etc. etc., si no también a la inadecuación de los contenidos de los programas en relación con el desarrollo cognoscitivo de los alumnos a quienes van dirigidos. Tabla VI ENSERANZA DE LAS CIENCIAS. 1987, 5 (1) A r d 3991 ~=3,9 29,3 s=396 c 28,8 ~=3,6 iO,8 s=2,5 b 17,3 s=3,O 7,O s=2,0 3eques t3.s Prueba la Prueba 2@ a 25,6 8=3,5 20,4 s=3,2 INVESTIGACION Y EXPERIENCIAS DIDACTICAS APENDICE 1 Si sunergimos totalmente ssos cuerpos en sgua ¿cuál dc rllos dcsaloP jará más agua?.¿~dl de cllos desalo jard mrnos q2ua? a) Loa cuerpos,que llamaremos 1,2,3 y 4, tienen 15s características que se indican en la tabla: Cuerpo Naturaleza volumen 0 Si smergimos totalmente esos cuerpos en agua.¿cdl de ellos dcsalojará d)Los cuerpos, que llamaremos 5,6, 7 y 8, tienen las carüctc;r!atic<;s C:.~.IC se iican en la tabla: más agua?. ¿cuál de ellos desalojará menos agua? 1 Plástico 2 litros Cuerpo Forma Volumen c) Los cuerpos,que llamar~mos,9,10,11 y 12,tioncn las caracteristicaa que se indican en la tabla: Cuerpo 1 9 11 I ' 10 I 1 12 i 5 . Bola 3 litros 4 Corcho 2 litros 2 Hierro , 2 litros 1 Si sumergimos totazente esos cuerpos en agua.Lcud1 do 2110s desalojará más asua?. ¿C 1 de ellos desalo jará mnos ,?gua? 3 Madera 2 litros 6 Cilindro 3 'litros MBsa Volumen' i / d) Los cuorpos, que llamaremos 13,14,15 y 16, ti.?ncn 12s ctyac23ristic3s i que se indican en la tabla: 7 Caja de zapatos 3 litros . ?O0 g. 1,5 litros 1 Si suinergimoa tztalmentc ssos cuerpos cn agua. ¿Cucri de clios Cusaio jard más agua?. ¿cL$~ de ellos desalo jard ncnos Z~LI~? 8 Dotella Cie sidra 3 litros Cuerpo 13 Peso 3 KP 4 litros 0 e) Los siguientes liquidas tienen las caractarlsticss que se incioan : El mercurio es kiucho más pesado qu:: ~1 aguc. d,? mar (2) El agua de mar es más pesada qu: el ai,ua pura El agua pura es más pesada quc e1 alcohol El alcohol es mds pesado quc ;1 amite ,200 g. 1,5 litros Si S ergimos totalmente en cada uno cie esos lfcjuidos un cusrpo do 25 cent y metros cubioos de volui?en,¿En qud liquido Uesaloj~. mss volu-::n el cuerpo?.¿En qud lfquido d~saloja menos vo1u::en al cuerpo? 14 7 KP 4 litros ' ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 1987, 5 (1) 200 g 1,5 litros ,200 g 1,5 litros 15 5 Kp 4 litros 16 4 K? 4 litros i INVESTIGACION Y EXPERIENCIAS DIDACTICAS Notas (1) Este cuestionario es el mismo que el utilizado en el anteconceptos de densidad y peso específico y que, hasta ese morior trabajo publicado en Enseñanza de las Ciencias 3 (3), mento, los alumnos para indicar que un cuerpo era más den185-187, aunque allí, debido a un error tipográfico, faltaba so o menos denso que otro empleaban las expresiones ((más la cuestión e. pesado que.. .» y «menos pesado que.. .», respectivamente. Esta es la razón por la que la pregunta (e) se ha presentado en esos términos. Si hubiéramos empleado las expresiones correctas «más denso que...», ((mucho más denso que...)) co- (2) Debemos indicar que cuando se presentaron por primerríamos el riesgo de que las respuestas no fueran válidas por ra vez las preguntas aun no se habían estudiado en clase los falta de comprensión de la pregunta. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS CARRASCOSA ALIS J. y GIL PEREZ D., 1985, La metodologia de la superficialitat i I'aprenentatge de les ciencies, Ensefianza de las Ciencias, Vol 3 no 2, pp. 113-120. FERNANDEZ FERNANDEZ J.M., 1985. Causas de las dificultades de aplicación del teorema de Arquímedes por parte de los alumnos del BUP, Ensefianza de las Ciencias, Vol. 3, pp. 185-187. FURIO MAS C. y HERNANDEZ PEREZ J., 1983, Ideas sobre los gases en los alumnos de 10 a 15 aiios, Ensefianza de las Ciencias, Vol. 1 no 2, pp. 83-87. 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