L. McDermott: Física por Investigación (Physics by Inquiry); D. Sokoloff, R. Thorton: Física en Tiempo Real (RealTime Physics) and P. Laws: Taller de Física (Workshop Physics).

A finales de los años 80’s, Lillian McDermott y el grupo de catedráticos de física de la Universidad de Washington se cuestionaron sobre la nivel de comprensión conceptual o cualitativa de los estudiantes en sus clases. Con una serie de pruebas podían demostrar que la mayoría de los estudiantes podrían aprobar con éxito una clase introductoria de la física pero muy pocos comprendían la física a nivel conceptual y más aún mantenían ideas falsas sobre conceptos comunes del mundo físico. Como resultado de estas experiencias crearon un sistema de estudios para enseñar la física introductoria de manera mucho más interactiva que con el típico libro de textos. La material original (física por investigaciones [1]) fue diseñado para enseñar conceptos de la física en un laboratorio, aplicando habilidades de razonamiento científico; éste material se podía utilizar en lugar de un curso basado en el método de conferencia tradicional. A través de este método los estudiantes no reciben definiciones de los conceptos, sino que por el contrario, con una serie preguntas y actividades, se anima a los estudiantes a crear sus propias definiciones de los conceptos básicos tales como masa, fuerza, velocidad, corriente eléctrica, etc. Los experimentos se diseñan cuidadosamente usando resultados de investigaciones previas con el fin de guiar a los estudiantes para que corrijan las definiciones de dichos conceptos. Otro sistema (Guías de Física Básica [2]) fue desarrollado para ser utilizado como laboratorio y se desarrollaron ejercicios de preparación como suplemento para un curso más típico.

Poco después de que el grupo de McDermot comenzara a publicar a su material, Sokoloff, R. Thornton, y P. Laws comenzaron a desarrollar el material para un plan de estudios similar pero basándose en los experimentos automatizados más que en el método simple del grupo de McDermot [3, 4]. Adaptando algunos materiales de la conferencia, Sokoloff y Thornton podían crear una serie de ejercicios del laboratorio para los estudiantes que trabajan más en conceptos de la física y desarrollan habilidades de laboratorio. Laws contribuyo con los ejercicios de la sala de clase que requieren que los estudiantes construyan y apliquen la comprensión conceptual a los procesos físicos. Laws, Sokoloff y Thornton (junto con contribuciones de otros autores) combinaron eventualmente su material en una colección de recursos llamados “Enseñanza de Física Basadas en Actividades” (Activities-Based Physics), una colección de material y actividades de laboratorio que substituye un curso introductoria de cálculo de la física. Los componentes de las “Enseñanza de Física Basadas en Actividades”, incluyen guías de Física en Tiempo Real (RealTime Physics) de laboratorio, guías de Taller de Física (Workshop Physics) y la serie Demostraciones Interactivas de la Conferencia (Interactive Lecture Demonstrations).

Método:

• En el método de McDermott los estudiantes colaboran en grupos pequeños usando equipo sencillo de laboratorio.
• Con una serie de actividades cuidadosamente diseñadas los estudiantes hacen las preguntas y de las actividades crean una “definición operacional” de un concepto de la física.
• Como ejemplo, una actividad típica para entender el concepto de la velocidad y gráficos de la distancia contra tiempo puede comenzar con una cinta del ‘ticker’ (ticker tape) hecha por un objeto móvil que pasa una cinta de papel a través de un dispositivo que deja marcas en intervalos definidos del tiempo.
• Se comenta a los estudiantes (en grupos de aproximadamente cuatro) que las marcas en la cinta fueron hechas en los intervalos de 1/60 de segundo.
• Se pide a los estudiantes medir la distancia a los puntos sucesivos en la cinta y graficar sus datos.
• Los estudiantes construyen gráficos de distancia vs. tiempo para varias cintas (algunas de las cintas son de la velocidad constante, otras son de movimiento acelerado, etc.).
• Los conceptos de relación entre velocidad y tiempo son desarrollados por las preguntas y las respuestas de los estudiantes.
• No se les proporciona a los estudiantes una definición de la velocidad ni la inclinación de un gráfico sino que se les pide comprobar periódicamente sus respuestas e ideas con el instructor.
• Para cuando los estudiantes han acabado los ejercicios ya habrán construido una definición de velocidad, como la inclinación de distancia vs. tiempo (pero nadie han tenido que decirles la definición).
• El método de Taller de Física consistió originalmente en do partes: la primera parte incluyó las actividades de la sala de clase que contenían componentes de los ejercicios de laboratorio (Workshop Physics) y la segunda parte estaba formada por ejercicios de laboratorio de Física en Tiempo Real (RealTime Physics). Las “Enseñanza de Física Basadas en Actividades” (Activity Based Physics) son una fusión de ambos e incluyen el trabajo de otros autores.
• En lugar de que los estudiantes escuchen las clases o conferencias de una forma tradicional, se les da cierta información preliminar para leer y entonces, en grupos pequeños, resuelven una serie de preguntas y actividades.
• Después de contestar preguntas conceptuales y de hacer las predicciones sobre una situación física específica, se les pide a los estudiantes verificar sus respuestas y predicciones con una serie de experimentos del laboratorio.
• Equipo sofisticado para la colección automatizada de datos por computadora está disponible para realizar las siguientes actividades:
• El ejercicio de calentamiento previo al laboratorio se da antes del laboratorio para forzar a los estudiantes a leer el procedimiento antes de la clase.
• Se anima a los estudiantes a trabajar en grupos de dos o cuatro para que colaboren.
• Se pide a los estudiantes predecir los resultados de un experimento antes de realizarlo.
• Muchos experimentos se hace en tiempo real con los datos que aparecen en una pantalla de la computadora mientras el experimento se desarrolla.
• Se pide a los estudiantes conciliar sus predicciones con los resultados reales. También se les piden explicar cualquier discrepancia en sus resultados.
• Se pide a los estudiantes escribir las reglas generales para el comportamiento de un experimento particular basado en sus observaciones.
• Se asignan las tareas para llevar a casa y que serán similares a los ejercicios de laboratorio para reforzar los conceptos dominantes y las habilidades de investigación.
• El libro de textos tradicional con ejercicios típicos de preparación generalmente también se utiliza conjuntamente con las guías de laboratorio.

Más sobre la estructura de clase:

• Solamente material muy simple de laboratorio se utiliza en el método de McDermott, mucho del material estaría disponible en un ferretería.
• McDermott escribe sobre su acercamiento [ 5 ]:
• La Física de Investigaciones “no es como un texto típico, pues no presenta la información y no da explicaciones. Los módulos contienen experimentos, ejercicios, y preguntas cuidadosamente estructuradas que se planean para mantener a los estudiantes activos en la construcción de conceptos importantes y su uso en el mundo físico. El acercamiento educacional se puede caracterizar como investigación dirigida.”
• “Aunque esta expresamente diseñada para la preparación de los profesores de kindergarten a 12º grado, la Física de Investigaciones también ha probado ser útil para proporcionar una base en física para los estudiantes debajo-preparados en la ciencia.”
• En el acercamiento de las Actividades Basadas en la Física (de Sokoloff, Thornton y Laws) se profundiza más en el componente experimental de la clase que en los ejercicios tradicionales de laboratorio. Los estudiantes responden a muchas más preguntas conceptuales y hacen las predicciones correspondientes que después verifican con el equipo de laboratorio.
• D. Sokoloff, R. Thorton, y P. Laws enumeran las siguientes metas para los estudiantes que toman el acercamiento de la física de taller:
• Desarrollar una comprensión conceptual de los fenómenos de la física y poder relacionar dichos conceptos con una representación matemática de fenómenos.
• Alcanzar una instrucción científica más amplia.
• Desarrollar habilidades en el uso de las herramientas contemporáneas del equipo y de la computadora para la colección y el análisis de datos científicos.
• Que se motivará para aprender más ciencia formal e informalmente.
• Las actividades “se diseñan para animar a los estudiantes a que construyan sus propios modelos de los fenómenos físicos basados en experimentos y la observación”.
• Las actividades se diseñan para corregir ideas falsas típicas del estudiante sobre fenómenos físicos.
• Cerca del 25% del material cubierto en una clase estándar se omite en ambos de los dos acercamientos.

Ventajas.

• Porque estos métodos requieren más trabajo de parte del estudiante, algunos estudiantes resiste ambos de los dos acercamientos. Estos métodos requieren que los estudiantes constituyen los conceptos en sus mismos y algunos estudiantes se sienten que el instructor es o debe ser la fuente del conocimiento en el curso, no el estudiante. Estudiantes que son pasivos y los estudiantes que no trabajan bien con otros no tienen gusto de acercamientos interactivos de la enseñanza, aunque los métodos interactivos se han demostrado a aumento la comprensión del estudiante del aumento [6].
• El acercamiento en Tiempo Real de la Física aparece de reducir el boquete del género en funcionamiento entre los hombres y las mujeres [7].
• Las piezas del material en Tiempo Real de la Física se han demostrado para ser más eficaces que el material estándar del laboratorio con las pruebas conceptual [8].

Bibliografía.

1. L. McDermott, Physics by Inquiry, Volumes I and II, John Wiley & Sons (1996).

2. L. McDermott and P. S. Shaffer, Tutorials in Introductory Physics, Prentice Hall (1998).

3. D. R. Sokoloff, R. K. Thornton, P. W. Laws, RealTime Physics Active Learning Laboratories, Modules 1, 2, 3, 4, John Wiley & Sons (2004).
4. P. W. Laws, Workshop Physics Activity Guide, John Wiley & Sons (1997).
5. Oersted Medal Lecture 2001: ‘‘Physics Education Research—The Key to Student Learning’’ Lillian Christie McDermott, Am. J. Phys. (69) 11, November (2001) p1136.

6. R. R. Hake, ‘Interactive-engagement vs traditional methods: A six-thousand-student survey of mechanics test data for introductory physics courses’, Am. J. Phys., (66) 1, Jan. (1998) p64.

7. P. W. Laws, P. J. Rosborough, F. J. Poodry, ‘Women’s responses to an activity-based introductory physics program’ Phys. Educ. Res., Am. J. Phys. Suppl. (67) 7, July (1999) pS32.

8. D. R. Sokoloff, “Teaching Electric Circuits Concepts Using Microcomputer based Current and Voltage Probes,” in Microcomputer-Based Labs: Education Research and Standards, R. F. Tinker, ed. Springer-Verlag (1996).