Icfes 2006

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  1. 1. INSTITUTO COLOMBIANO PARA EL FOMENTO DE LA EDUCACIÓN SUPERIOR ICFES SUBDIRECCIÓN ACADÉMICA GRUPO DE EVALUACIÓN DE LA EDUCACIÓN BÁSICA Y MEDIA CONVENIO ICFES - UNIVERSIDAD NACIONAL ÁREA DE CIENCIAS COLEGIATURA DE FÍSICA ANÁLISIS DE RESULTADOS 2006 Oscar Javier Avella Claudia Marcela Bonilla Bogotá, Mayo 2007
  2. 2. ANÁLISIS DE RESULTADOS 2006 Grupo de Evaluación de la Educación Superior - ICFES Claudia Lucia Sáenz Blanco Grupo de Evaluación de la Educación Básica y Media - ICFES Flor Patricia Pedraza Daza  ICFES ISSN: 1909-3993 Diseño y diagramación: Secretaría General, Grupo de Procesos Editoriales - ICFES
  3. 3. INSTITUTO COLOMBIANO PARA EL FOMENTO DE LA EDUCACIÓN SUPERIOR Directora General MARGARITA PEÑA BORRERO Secretario General GENISBERTO LÓPEZ CONDE Subdirector de Logística FRANCISCO ERNESTO REYES JIMÉNEZ Subdirector AcadémicO jULIÁN pATRICIO MARIÑO VON HILDEBRAND Oficina Asesora de Planeación CLAUDIA NATALIA MUJICA CUELLAR Oficina Asesora Jurídica MARTHA ISABEL DUARTE DE BUCHHEIM Oficina de Control Interno LUIS ALBERTO CAMELO CRISTANCHO ALVARO URIBE VÉLEZ Presidente de la República Francisco Santos Calderón Vicepresidente de la República CECILIA MARÍA VÉLEZ WHITE Ministra de Educación Nacional
  4. 4. ANÁLISIS DE RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE ESTADO ANÁLISIS DE RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE ESTADO MARZO–SEPTIEMBRE DE 2006 ÁREA: FÍSICA 1. Presentación Durante 2006 el ICFES aplicó dos instrumentos de evaluación de examen de estado. Cada uno conformado por 24 preguntas de Física enmarcadas en el núcleo común de la prueba. El grupo total de preguntas en cada aplicación se distribuyó homo- géneamente en los cuatro componentes evaluados: Mecánica Clásica, Electricidad, Eventos Ondulatorios yTermodinámica; así como en las competencias específicas evaluadas por la prueba: Identificar, Indagar y Explicar. A continuación se presentará el análisis general de los estadísticos arrojados por las pruebas aplicadas en marzo y sep- tiembre de 2006 y una breve discusión sobre ejemplos y opciones de respuestas de algunas preguntas extractadas de ambas pruebas. 2. Análisis de resultados Una comparación minuciosa entre los resultados de los promedios de la población nacional, obtenidos entre los años 2000 y 2006, permite ver un comportamiento bastante semejante, que oscila alrededor de 45 puntos, descontando el periodo 2000-I que presenta un comportamiento lejano debido principalmente al cambio de estructura en la prueba. Con respecto a los años anteriores, los resultados de 2006 en ambos periodos reflejan un comportamiento estable; pues, la caída de las curvas durante la prueba de 2006-II en términos generales fue sólo de dos puntos, lo que no representa un cambio significativo puesto que, como se observa en la región inferior de la figura 1, en ambos casos la desviación estándar es cercana a 7.5 y dos puntos no dan lugar a registrar una variación notable en los resultados. De hecho, vale la pena señalar que a pesar de la caída en el promedio se nota una leve pero importante mejoría en los resultados del segundo periodo de 2006, pues dado que el número de personas evaluadas es sensiblemente mayor, una disminución en la desviación estándar refleja disminución en el número de personas con resultados muy bajos y, en términos generales, resultados más cercanos al promedio; lo cual puede ser consecuencia de que, colectivamente, la población muestra una mayor apropiación del conocimiento evaluado en el área a través de la prueba. 2.1. Distribución general según puntajes en las pruebas de Marzo y Septiembre La gráfica que se presenta a continuación muestra la distribución porcentual de estudiantes según rangos de puntajes. Teniendo en cuenta la escala de calificación varía entre 0 y 100. Respecto del número de estudiantes que presentó la prueba, se aprecia que la población evaluada en septiembre (409,869 estudiantes) es marcadamente superior a la evaluada en marzo (61,072estudiantes).
  5. 5. ANÁLISIS DE RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE ESTADO Promedio y Desviación Estandar (Física) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 20001 20002 20011 20012 20021 20022 20031 20032 20041 20042 20051 20052 20061 20062 Año DESV.ESTÁNDARPROMEDIO. Promedio Desv. Estandar Figura 1 Promedio general y desviación estándar para la población nacional. Porcentaje de Estudiantes por rango de puntaje 0 5 10 15 20 25 30 35 2006-I 2006-II 2006-I 1.16 2.86 6.28 23.94 30.85 21.13 9.46 3 0.92 0.4 2006-II 2.96 4.2 8.53 29.62 30.31 16.45 5.63 1.63 0.48 0.19 Hasta 30 Hasta 35 Hasta 40 Hasta 45 Hasta 50 Hasta 55 Hasta 60 Hasta 65 Hasta 70 71 o mas Figura 2. Distribución porcentual de puntajes para las pruebas de marzo y septiembre de 2006
  6. 6. ANÁLISIS DE RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE ESTADO Ambas curvas corresponden a campanas gaussianas con predominio de puntajes bajos. En ambas pruebas el mayor por- centaje de estudiantes se concentra en el rango de puntajes 41-55, siendo de 75.92% para la prueba de marzo y 76.38% para la prueba de septiembre. En la prueba de marzo, el promedio aproximado de los puntajes es superior, en casi dos puntos, (47.75 en marzo y 45.63 en septiembre). Las curvas muestran un mayor porcentaje de estudiantes en el rango de 0 a 40 puntos para la prueba de septiembre (10.3 en marzo y 15.69 en septiembre) y un ligero predominio de porcentajes mayores de 60 en la prueba de marzo (4.32 en marzo y 2.3 en septiembre). En resumen, los datos indican un rendimiento un poco mejor en la prueba de marzo. Sin embargo, es necesario tener en cuenta que la relación entre el número de per- sonas evaluadas en septiembre y el número de las evaluadas en marzo es casi de siete veces. Lo anterior muestra que es necesario ser muy cuidadosos en la lectura de estos resultados, pues a pesar de la diferencia de comportamiento en ambos casos, la proporción de personas con puntajes más cercanos al promedio es bastante notable en los exámenes de septiembre. Asemejanza de lo encontrado para el año 2005 , con respecto a la prueba realizada en el primer semestre, en la prueba del segundo semestre se observa un mayor porcentaje acumulado hasta 40 puntos; además en las dos últimas aplicaciones más del 98% de la población evaluada se ubican por debajo de 65 puntos. Porcentaje de Estudiantes Acumulado por Rango de Puntaje 0 20 40 60 80 100 120 2006-I 2006-II 2006-I 1.16 4.02 10.3 34.24 65.09 86.22 95.68 98.68 99.6 100 2006-II 2.96 7.16 15.69 45.31 75.62 92.07 97.7 99.33 99.81 100 Hasta 30 Hasta 35 Hasta 40 Hasta 45 Hasta 50 Hasta 55 Hasta 60 Hasta 65 Hasta 70 71 o mas Figura 3 Porcentaje acumulado en los rangos de puntaje 2.2. Distribución de estudiantes según competencias y niveles de realización en las pruebas de mayo y octubre. COMPETENCIAS Las aplicaciones realizadas desde el año 2000 hasta el año 2005 evaluaron las competencias interpretativas, argumenta- tivas y propositivas comunes a todas las áreas. Sin embargo, en las dos pruebas del año 2006 las preguntas propuestas en el área de Física están agrupadas en tres competencias específicas, comunes al área de ciencias naturales: identificar, indagar y explicar. Esto, teniendo en cuenta que las formas particulares de comprender e indagar sobre los fenómenos Análisis de resultados 2005, Física. ICFES Octubre de 2006.
  7. 7. ANÁLISIS DE RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE ESTADO que atañen a cada área del conocimiento se desarrollan de manera particular al interior de la misma y que además, cada disciplina cuenta con lenguajes especializados en los que las competencias generales se realizan específicamente. Para dar cuenta de esta especificidad en la enseñanza de las ciencias naturales se proponen las tres competencias en mención por dar cuenta de manera más precisa de la comprensión de los fenómenos y del quehacer en el área. A grandes rasgos, éstas corresponden a las competencias propias del lenguaje de las ciencias naturales y de la comunicación en el medio científico-académico. La primera de ellas se ha particularizado en la identificación de situaciones típicas previamente abordadas por la física, es decir a través de las categorías, conceptos y leyes de esta ciencia. Aunque la capacidad de identificar tiene muchas formas y matices en las ciencias naturales, para la organización de las preguntas en la prueba, esta competencia se refie- re al reconocimiento de situaciones propias de los referentes Mecánica Clásica, Eventos Ondulatorios, Termodinámica y Eventos Electromagnéticos; enmarcadas en contextos cotidianos o incluso de prácticas usuales de laboratorio, así como a la capacidad de diferenciar fenómenos, nociones, teorías y modelos propios de la disciplina. La competencia de indagación, en la prueba, se refiere al nivel de desarrollo de la capacidad del estudiante para reconocer los elementos teóricos y establecer las condiciones necesarias para su aplicación en la resolución de problemas sencillos de física, vistos y descritos, la mayoría de las veces, en situaciones cotidianas. Es decir, a la capacidad de seleccionar, organizar e interpretar información para establecer los métodos de trabajo adecuados con el fin de dar una respuesta válida a una pregunta. Finalmente, la prueba aborda la competencia de explicación, al igual que en las otras competencias, presentándole al estudiante problemas relacionados con eventos o fenómenos físicos pertenecientes a los componentes Mecánica Clásica, Eventos Ondulatorios, Termodinámica y Eventos Electromagnéticos, en este caso específico, solicitándole que reconozca la situación a la luz de los argumentos científicos y conocimientos iniciales de la disciplina, que se espera haya desarrollado y descubierto en la escuela, dando razón de esos eventos con la rigurosidad que se adquiere tras el proceso de formación en ciencias durante la educación básica y media. NIVELES DE COMPETENCIA El nivel de competencia se refiere al grado de complejidad y abstracción de los procesos que el estudiante debe realizar en el momento de dar respuesta a una determinada pregunta. De la evaluación de las competencias específicas en el área de física pueden reconocerse tres distintos niveles de desarrollo de las mismas alcanzados por los estudiantes. El nivel más básico establecido por la prueba, se relaciona con la percepción diferenciada de fenómenos concretos en la experiencia cotidiana, el estudiante que alcanza este nivel esta incapacidad de interpretar información explícita contenida en textos, tablas y gráficas, puede dar descripciones y explicaciones cualitativas de los fenómenos y utilizar esta información para establecer relaciones sencillas entre dos variables, en este nivel se presentan situaciones que se relacionan con sólo uno de los referentes teóricos, ya sea Mecánica Clásica, Eventos Ondulatorios, Termodinámica o Eventos Electromagnéticos. Para el nivel intermedio se espera que la diferenciación sea más fina; los estudiantes que alcanzan este nivel pueden es- tablecer relaciones nuevas y más generales dentro del contexto propuesto en el problema que se le plantee. Analizan los fenómenos empleando no solo nociones sino también categorías que involucran teorías y conceptos científicos manejando un lenguaje más elaborado. En este caso dar solución a una pregunta puede requerir previamente de dar solución a dos o más subproblemas, y por lo tanto se espera que en este nivel el estudiante establezca relaciones entre los diferentes conceptos que trata cada referente en particular. En el nivel más alto, el estudiante logra comprender los fenómenos desde conceptualizaciones más universales y teorías que implican un grado mayor de abstracción y conocimiento, las descripciones de los fenómenos son de tipo cualitativo y cuantitativo y son capaces de interrelacionar conceptos entre los referentes básicos, propuestos en la prueba para la esta disciplina
  8. 8. ANÁLISIS DE RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE ESTADO En las figuras 4 y 5 se muestra, para cada una de las competencias, los porcentajes de realización, según niveles de competencia para las pruebas de marzo y septiembre en el área de Física. Las dos gráficas muestran características generales que conviene destacar. Aunque en cada una de las pruebas los porcentajes de los niveles de realización de cada competencia varían, y teniendo en cuenta que el número de personas evaluadas en septiembre es marcadamente superior al de marzo, el patrón general de respuestas es el mismo en ambos casos. Sin embargo, en la prueba de septiembre el porcentaje de estudiantes en el nivel alto, tanto para indagar como para explicar, es notablemente mayor que en la prueba de marzo –corresponde prácticamente al doble en el caso de ambas competencias. Porcentaje de estudiantes por Niveles de Competencia (2006-1) 0 10 20 30 40 50 60 70 Competencias I (Bajo) 37.62 33.58 50.74 II (Medio) 61.32 66.2 49 III (Alto) 1.06 0.22 0.26 Identificar Indagar Explicar Figura 4 Distribución porcentual según niveles para cada una de las competencias evaluadas en la prueba 2006-I
  9. 9. ANÁLISIS DE RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE ESTADO Porcentaje de estudiantes por Niveles de Competencia (2006-2) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Competencias I (Bajo) 22.54 30.57 28.58 II (Medio) 75.35 67.56 68.51 III (Alto) 1.03 0.79 1.83 Identificar Indagar Explicar Figura 5 Distribución porcentual según nivelespara cada una de las competencias evaluadas en la prueba 2006-II La población evaluada en septiembre muestra una mejoría en relación con los niveles de realización, pues en la competen- cia identificación, en el nivel bajo, se encuentra un 22.54% de la población mientras que en la de marzo se encontraba un 37.62%, es decir una reducción cercana a 15 puntos en la segunda aplicación. De otro lado en las competencias indagación y explicación, en este mismo nivel, encontramos, una reducción aproximada del 3 y 22 puntos respectivamente. Señalando una proporción menor de personas en el nivel bajo en la prueba de septiembre. El nivel medio es en general alcanzado por más del 60% de la población en ambas aplicaciones en las tres competencias. En la prueba de septiembre en este nivel se ubica un porcentaje de evaluados mayor al 65% en todos los casos, en com- paración con la muy heterogénea distribución –entre 49% y 66%– presentada en la prueba de marzo. Sin embargo un rasgo preocupante es la alta proporción de estudiantes ubicados en el nivel bajo (realizaciones por debajo de 30 puntos) en ambas pruebas. Esta proporción se ve especialmente pronunciada en la prueba de marzo en la compe- tencia explicar, donde un 50.74% de los evaluados se ubica en este nivel, mientras que del 49.26% restante, menos del 0.5% alcanzó el nivel alto en esta competencia, indicando un bajo desarrollo de la misma. Es también preocupante que en el nivel alto –por encima de 70 puntos– se ubique una proporción tan baja en ambas pruebas. Estos tres hechos son indicios de problemas en la formación en física y en general en ciencias naturales. Esta situación puede corroborarse a partir del análisis de algunas preguntas de las pruebas de Física y en los porcentajes por opción de respuesta, que se presentan más adelante, y que señalan en general que la apropiación de principios básicos de la física es muy inicial, lo que exige mejorar las estrategias empleadas a la hora de acercar al estudiante a los conceptos fundamentales del área.
  10. 10. 10 ANÁLISIS DE RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE ESTADO 3. Análisis de respuestas de algunas preguntas significativas en las pruebas de Estado aplicadas en marzo y septiembre de 2006 3.1. PREGUNTAS 2006 –I Estas son algunas preguntas seleccionadas de la aplicación de marzo. EL PARACAIDISTA La pregunta inquiere sobre el conocimiento de los estudiantes acerca de una situación que claramente no es cotidiana para todos, pero que manifiesta las características básicas referentes al equilibrio de fuerzas sobre un cuerpo en movimiento descendente y los efectos de ese equilibrio sobre él. Lo importante en el enunciado de esta pregunta es la última parte, que destaca el hecho de que la velocidad final del movimiento tiene magnitud constante. Lo que busca el ítem es ver qué tan claro está el concepto de equilibrio, y poner en contexto la imagen abstracta de un diagrama de cuerpo libre, considerando que en un esquema simplificado las fuerzas que obran sobre el paracaídas se reducen al peso del paracaidista W y al rozamiento f del paracaídas con el aire, que para el caso es proporcional a v2 , donde v es la velocidad en cada instante de tiempo t. Si bien otra fuerza que podría incluirse en el análisis es la del empuje del aire, ésta puede descartarse con facilidad observando que la relación entre las densidades relativas del sistema paracaidista-paracaídas con la del aire favorece claramente al sistema pues sólo la densidad del cuerpo es aproximadamente de 985 kg/m3 mientras que la del aire a 20o C es sólo de 1.207 kg/m3 . En estas condiciones, el equilibrio se logra gracias, en primer lugar, al efecto del peso del hombre W=mg, que es propor- cional tanto a su masa m como a la aceleración de la gravedad g, que se supone constante, en una aproximación gruesa, o por lo menos que no varía demasiado con respecto a su valor en tierra, y como la fuerza solo podría variar cambiando la masa del hombre y esto no ocurre, una segunda fuerza también con magnitud constante pero sentido contrario al peso debe contrarrestar su efecto. Por lo tanto, en segundo lugar, debe considerarse indispensablemente la fuerza de fricción que siempre se opondrá a la dirección en que ocurre el movimiento y, según se sabe, para el caso es proporcional al cuadrado de su velocidad v2 que además es constante y satisface la condición impuesta por el peso. Finalmente, como el fenómeno es de naturaleza vectorial, la suma vectorial de fuerzas debe ser 0, condición que se ha satisfecho de antemano pues, dado que la fricción impide el movimiento, cuando el cuerpo cae la fricción se dirige hacia arriba. Este análisis corresponde a lo propuesto en la opción C que es la clave del ítem y fue escogida por 33.2% de la población. 68. Después de abrirse el paracaídas, llega un momento en que el paracaidista empieza a caer con velocidad constante. En ese momento puede decirse que A. el peso del sistema paracaidista -paracaídas es mayor que la fuerza hacia arriba del aire. B. la fuerza hacia arriba del aire es mayor que el peso del sistema paracaidista - paracaídas. C. la fuerza hacia arriba del aire sobre el paracaídas es igual al peso del sistema paracaidista - paracaí- das. D. el sistema paracaidista - paracaídas ha dejado de pesar. 68. Después de abrirse el paracaídas, llega un momento en que el paracaidista empieza a caer con velocidad constante. En ese momento puede decirse que A. el peso del sistema paracaidista -paracaídas es mayor que la fuerza hacia arriba del aire. B. la fuerza hacia arriba del aire es mayor que el peso del sistema paracaidista - paracaídas. C. la fuerza hacia arriba del aire sobre el paracaídas es igual al peso del sistema paracaidista - paracaí- das. D. el sistema paracaidista - paracaídas ha dejado de pesar. Porcentaje por opción de Respuesta A B C D 29.6 26 33.2 10.9 Porcentaje por opción de Respuesta A B C D 29.6 26 33.2 10.9 Componente: Mecánica Clásica Competencia: Explicar Clave: C Componente: Mecánica Clásica Competencia: Explicar Clave: C
  11. 11. 11 ANÁLISIS DE RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE ESTADO Al elegir cualquiera de las opciones A, escogida por el 29.6%, o B, escogida por el 26% de la población, se manifiesta un manejo pobre del concepto de equilibrio vectorial de fuerzas, derivado de la segunda ley de Newton, que obliga a cualquier cuerpo, independientemente de su naturaleza o forma, a mantener una posición fija en el espacio o a desplazarse con un vector de velocidad cuya magnitud es constante. Pues es claro que cuando la suma vectorial de fuerzas es diferente de cero, se tiene como resultado una fuerza neta en alguna dirección y que de acuerdo con la segunda ley de Newton hará cambiar el estado de reposo o movimiento de un cuerpo, es decir que si esta quieto o moviéndose con velocidad constante, respectivamente, lo hará ponerse en movimiento en el primer caso, o incrementar o disminuir su velocidad en el segundo, obviamente visto desde cualquier sistema de referencia inercial. Suponer que el sistema deja de pesar como lo plantea la opción D, elegida por el 10.9% de la población, significa desco- nocer la esencia material de cualquier sustancia, que se define a partir de su masa. Cuando en la opción de respuesta se hace referencia explicita a que “el sistema paracaidista - paracaídas ha dejado de pesar” se indaga por el grado de familiaridad del estudiante con el concepto de peso y su relación directa con la masa. Aunque el peso es una fuerza, la única manera de cambiar su magnitud consiste en que por causa de alguna interacción externa pierda parte de la masa, recordando que la aceleración de g es constante. Como espontáneamente esto no ocurre, no puede concluirse que la masa, y por ende el peso, cambie. Además, esta opción no hace referencia a lo que ocurre con la otra fuerza sobre el cuerpo (la que actúa hacia arriba). Esta pregunta busca conocer el nivel de identificación que tienen los estudiantes sobre la estructura básica de circuitos eléctricos elementales, constituidos por fuentes y resistencias en serie. El conocimiento que se requiere para resolver el ítem puede ser incluso de naturaleza nocional, únicamente se espera que el estudiante reconozca los elementos del circuito, su disposición en el mismo, la función de un voltímetro y que esté en capacidad de realizar procesos de abstracción acordes con su desarrollo intelectual en estas edades, al observar que la geometría del problema no afecta la medición. 76. Un circuito eléctrico está constituido por una pila de voltaje u y dos resistencias iguales conectadas en serie. Para medir el voltaje se instalan dos voltímetros V1 y V2 como se ilustra en la figura. Los voltajes medidos por V1 y V2 respectivamente son A. ν , ν B. ν , 2 ν C. ν /4 , ν /2 D. ν /2 , ν 76. Un circuito eléctrico está constituido por una pila de voltaje u y dos resistencias iguales conectadas en serie. Para medir el voltaje se instalan dos voltímetros V1 y V2 como se ilustra en la figura. Los voltajes medidos por V1 y V2 respectivamente son A. ν , ν B. ν , 2 ν C. ν /4 , ν /2 D. ν /2 , ν Componente: Electromagnetismo Competencia: Identificar Clave: D Porcentaje por opción deRespuesta A B C D 20.6 33.2 22.0 24.0
  12. 12. 12 ANÁLISIS DE RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE ESTADO En este caso se cuenta con una fuente que entrega un voltaje ν a una sola malla; luego medir voltaje entre los bornes de la fuente o entre los extremos opuestos de las resistencias genera el mismo resultado. Por tal razón, la corriente I en cada resistencia debe ser la misma y el voltaje que se cae a través de cada resistencia es justamente I Ri con i=1,2, de acuerdo con la ley de Ohm. De manera tal que si las resistencias son iguales R1 = R2 = R, entonces ν = V1 +V2 = 2V donde V= I R. De aquí concluimos que en cada resistencia el voltaje que se cae es, necesariamente, ν/2. En segunda medida, dado que la fuente entrega una diferencia de potencial que no varía en el tiempo, entonces siempre tiene un valor ν. Estos resultados únicamente coinciden con la opción D que es la clave del ítem y que fue escogida por el 24% de la población. Aunque hemos descrito profundamente el problema, si el estudiante tiene las nociones bien fundamentadas, no tendrá mayor dificultad en descartar las demás opciones, puesto que en el caso de la opción A, escogida por el 20.6% de los estudiantes, se sugiere que todo el voltaje es consumido por una de las resistencias, lo que implicaría necesariamente que ella es mucho mayor que la otra y en consecuencia la presencia de una segunda resistencia no se justifica. La opción B, escogida por el 33.2% de la población, se encuentra en abierta contradicción con un principio básico de la física: la conservación de la energía. Inicialmente supone que el voltaje de la fuente es ν, pero cuando lo mide allí obtiene como resultado el doble, es decir, que la medición dio lugar a una posible creación espontánea de energía, lo que abiertamente contradice los principios de conservación de la física. Además, cuando mide el voltaje en la resistencia obtiene el mismo valor inicialmente propuesto para la fuente, lo que presenta el mismo inconveniente mencionado al referirnos a la opción A. Finalmente la opción C, escogida por el 22% de la población, se descarta fácilmente puesto que supone que el voltaje medido en la fuente es diferente del que se enuncia, es decir que, en ese caso, parte del voltaje que estaría siendo con- sumido por el voltímetro; situación que, grosso modo, no tendría sentido, teniendo en cuenta que la función del voltímetro es medir y no consumir energía.
  13. 13. 13 ANÁLISIS DE RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE ESTADO Una respuesta adecuada al enunciado requiere conocimiento básico sobre las características de una onda. Conceptos como longitud de onda, amplitud, periodo, frecuencia y velocidad de propagación deben estar completamente claros: Se espera que el estudiante explique que efectivamente cuando una esfera golpea la superficie del agua a intervalos fijos de tiempo, mantiene una frecuencia f fija, y que ésta no depende de que tan profundo penetre en el agua. En estas condiciones claramente la amplitud esta cambiando, y por lo tanto la clave es la opciónA, optada por el 17.6% de la población. Opuesto a la interpretación correcta de la situación es suponer que el periodo T cambia pues debe recordarse que T = 1/f, y como ya se había señalado f es constante y por lo tanto T debe serlo también, de manera que lo afirmado la opción B elegida por el 22.3% de la población no describe la situación presentada en el ítem. Es necesario que el estudiante reconozca que, dado que las ondas que se observan sobre la superficie del agua son de naturaleza mecánica, cuando aumenta la penetración la masa de agua que se perturba es mayor y, como resultado de ello, la oscilación ascendente y descendente y la onda generada que se propaga transversalmente a ella sobre la superficie lucirá con hondonadas de mayor longitud, lo que refleja un incremento en la amplitud del movimiento. Finalmente, al escoger las opciones C y D por las que opta el 33.6% y el 23.4% de la población, respectivamente, indica que existe desconocimiento de la naturaleza de las ondas mecánicas. En este caso, cuando ellas se propagan a través de un medio, adoptan características propias del mismo que dependen de su densidad, temperatura, etc. Entre las condiciones que es necesario analizar, se cuentan las relacionadas con su velocidad. Debe recordarse que una onda mecánica es una oscilación del material que se comunica a través de toda su longitud, y es energía que se transmite de partícula en partí- cula. Luego, la velocidad a la que se transmite esta oscilación, que es justamente la velocidad de propagación de la onda, 78. Si se aumenta el desplazamiento vertical de la esfera es correcto afirmar que con respecto a las anteriores las nuevas ondas generadas tienen mayor A. amplitud. B. frecuencia. C. longitud de onda. D. velocidad de propagación. 78. Si se aumenta el desplazamiento vertical de la esfera es correcto afirmar que con respecto a las anteriores las nuevas ondas generadas tienen mayor A. amplitud. B. frecuencia. C. longitud de onda. D. velocidad de propagación. Porcentaje por opción de Respuesta A B C D 17.6 22.3 33.6 23.4 Porcentaje por opción de Respuesta A B C D 17.6 22.3 33.6 23.4 Componente: Eventos Ondulatorios Competencia: Explicar Clave: A
  14. 14. 14 ANÁLISIS DE RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE ESTADO no puede depender de las condiciones de la fuente, sino que necesariamente lo hacen de las características del material. Finalmente, fuera de este análisis un poco más profundo, es suficiente con que se conozca la relación cuantitativa entre la longitud de onda λ y la velocidad de propagación υ: λ = υ/f; si es claro lo que significa cada uno de sus términos, se encuentra rápidamente que al cambiar uno de ellos implica de inmediato que el otro también cambia y como de la relación entre las variables se deduce explícitamente que no hay dependencia con la fuente, se descartan ambas opciones casi de inmediato. Cuando una onda de naturaleza mecánica se propaga a lo largo de un medio material, la observación directa y cotidiana ofrece la imagen del movimiento de la superficie, simétrico y radial, desde el foco hacia los extremos del medio. Sin em- bargo, una observación más profunda y la realización de experimentos sencillos colocando, por ejemplo, un barco de papel sobre la superficie de algún “liquido” y detallando el efecto sobre él cuando la superficie se agita, permiten verificar que, como en este caso, el objeto, aunque oscile en la dirección en que se produjo la perturbación, no abandona su posición original. Con lo anterior queremos decir que el objetivo de esta pregunta, más que indagar por el nivel de memorización de los estudiantes pretende descubrir qué tan profundo pueden razonar cuando se encuentran con problemas cotidianos abordados desde los conceptos disciplinares de la física. Es necesario que el estudiante reconozca que al igual que las señales electromagnéticas, las ondas mecánicas son el resultado explícito de la transferencia de energía entre dos puntos de un objeto. Pues de lo contrario, al producirse un La perturbación que se produce en el punto donde cae la gota se propaga a lo largo de la superficie del agua. En esta situación, se puede afirmar que A. la perturbación avanza hacia las paredes del recipiente sin que haya desplazamiento de una porción de agua hacia dichas paredes. B. la porción de agua afectada por el golpe de la gota se mueve hacia las paredes del recipiente. C. si el líquido en el que cae la gota no es agua, la perturbación no avanza. D. la rapidez de propagación de la perturbación depende únicamente del tamaño de la gota que cae. La perturbación que se produce en el punto donde cae la gota se propaga a lo largo de la superficie del agua. En esta situación, se puede afirmar que A. la perturbación avanza hacia las paredes del recipiente sin que haya desplazamiento de una porción de agua hacia dichas paredes. B. la porción de agua afectada por el golpe de la gota se mueve hacia las paredes del recipiente. C. si el líquido en el que cae la gota no es agua, la perturbación no avanza. D. la rapidez de propagación de la perturbación depende únicamente del tamaño de la gota que cae. Porcentaje por opción de Respuesta A B C D 22.0 44.1 5.3 28.5 Porcentaje por opción de Respuesta A B C D 22.0 44.1 5.3 28.5 Componente: Eventos Ondulatorios Competencia: Indagar Clave: A
  15. 15. 15 ANÁLISIS DE RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE ESTADO sonido podría desalojarse localmente una cantidad de aire que no sería inmediatamente reemplazada, y que modificaría la presión atmosférica en ese punto debido a la generación de “vacíos” dentro del fluido. Si hubiese desplazamiento de masa de agua por la caída de las gotas, como lo sugiere la opción B –escogida por el 44.1% de la población–, esto tendría como consecuencia la generación de desprendimientos del resto de algunas de sus secciones, permitiendo incluso llegar a verse volúmenes de líquido con niveles mucho mayores en ciertas regiones que en otras y que, además, no necesariamente llegarían a atenuarse al chocar contra las paredes del tanque. La opción A, que es la clave del ítem –escogida por el 22% de la población– explica adecuadamente el fenómeno de propagación de una onda, entendiendo por perturbación la transferencia de energía y NO de materia como se mencionó ya en el primer párrafo. Al proponer, como lo hace la opción C elegida por el 5.3% de los evaluados, que si el líquido en el que cae la gota no es agua, la perturbación no avanza, se afirma implícitamente que las ondas mecánicas sólo pueden propagarse en el agua asignándole a ella el fenómeno como una propiedad física suya, lo que además induce a pensar que en otros medios, líquidos gases o sólidos, que también son materia, no se pueden propagar las ondas, yendo en contravía con observaciones cotidianas que, además, hacen evidente que, por ejemplo, el sonido se propaga más rápido en sólidos que en líquidos, y que aunque la forma de propagación, entendiendo como forma propiedades asociadas con intensidad, frecuencia y velocidad, no es la misma en todos los medios, pues esta depende de sus propiedades, finalmente cualquier objeto físico vibra, ya que desde su constitución microscópica se comporta como un conjunto de múltiples osciladores armónicos. Finalmente, dado que la velocidad de propagación de una onda depende de las propiedades del medio y no del forzamiento, en este caso de las propiedades del agua y no de la magnitud de la perturbación producida por la gota, pensar en que se modifiquen las propiedades del agua por efecto del choque de la gota como lo sugiere la opción D, elegida por el 28.5% de la población, relaciona dos fenómenos independientes y no correlacionados. Pues lo único que puede modificar la magnitud de la fuerza con que la gota entra en contacto con la superficie del agua es la amplitud de la oscilación vertical del medio. La pregunta permite identificar si los estudiantes reconocen la relación explicita entre dos variables extensivas, masa y volumen, a través de una variable intensiva, densidad. Esta pregunta, de la componente Termodinámica y de la competencia Identificar, prueba el nivel de manejo explícito de conceptos como los de principio de Pascal, de la relación entre temperatura, presión y volumen y de las consecuencias de la modificación de alguno de estos parámetros en una situación concreta. Para responder adecuadamente el ítem es necesario entender la situación física, observando inicialmente que la presión del Un globo que contiene una cantidad constante de gas m se encuentra sobre el suelo, tal como se muestra en la figura. Por medio de la llama el gas aumenta su temperatura. Justo antes de encender la llama, la temperatura del gas es To y su volumen es Vo. La tela de la cual está hecho el globo es muy elástica, de tal forma que se estira con gran facilidad, lo cual asegura que la presión dentro del globo es igual a la atmosférica. 83. Cierto tiempo después de haber encendido la llama sucede que el gas A. disminuye su presión. B. aumenta su densidad. C. aumenta de volumen. D. disminuye su masa. Un globo que contiene una cantidad constante de gas m se encuentra sobre el suelo, tal como se muestra en la figura. Por medio de la llama el gas aumenta su temperatura. Justo antes de encender la llama, la temperatura del gas es To y su volumen es Vo. La tela de la cual está hecho el globo es muy elástica, de tal forma que se estira con gran facilidad, lo cual asegura que la presión dentro del globo es igual a la atmosférica. 83. Cierto tiempo después de haber encendido la llama sucede que el gas A. disminuye su presión. B. aumenta su densidad. C. aumenta de volumen. D. disminuye su masa. Porcentaje por opción de Respuesta A B C D 22.0 28.9 40.0 8.9 Porcentaje por opción de Respuesta A B C D 22.0 28.9 40.0 8.9 Componente: Termodinámica Competencia: Identificar Clave: C Componente: Termodinámica Competencia: Identificar Clave: C
  16. 16. 16 ANÁLISIS DE RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE ESTADO gas contra las paredes de cualquier recipiente que lo contenga será la misma en todos los puntos y que, si se incrementa la temperatura interna, inmediatamente deberá disminuir la densidad del gas dentro de todo el recipiente en este caso el globo, haciendo que aumente el volumen hasta que se equilibre nuevamente la presión del gas en el interior dirigida hacia fuera, con la presión que hace la atmósfera intentando comprimir al recipiente Como resultado de lo anteriormente expuesto, a medida que aumenta la temperatura, el aire intenta ocupar un volumen mayor, hasta tensionar por completo la tela del globo. Con base en este razonamiento, solamente la opción C, que es la clave del ítem elegida por el 40% de los estudiantes, pone de manifiesto esta relación, que puede resumirse diciendo que el incremento de la temperatura hace disminuir la densidad del aire que se mantiene dentro del globo y que por lo tanto puede incrementar su presión sobre las paredes del mismo. Una disminución en la masa del gas, como lo sugiere la opción D elegida por el 8.9% de los estudiantes, podría ocurrir, únicamente si además de calentar el aire, éste se estuviese extrayendo, pues como hemos mencionado, al aumentar la temperatura la separación media entre las moléculas del gas aumentará incrementando el volumen total ocupado, de forma tal que tan sólo con una fracción de moléculas se puede ocupar el espacio que antes se ocupaba con todas ellas, con lo cual el globo se mantendría desinflado sólo si el aire es extraído a medida que se calienta en su interior. La opción A elegida por el 22% de la población, que hace referencia a una disminución en la presión, va en contravía del hecho de que cuando un gas se encierra en un recipiente calentándolo a una tasa constante, llegará un momento en que la presión atmosférica no soportará más la presión hecha desde dentro y el recipiente estallará. Finalmente, la opción B escogida por el 28.9% de la población se descarta con facilidad a partir de lo ya dicho sobre las demás, puesto que, según la relación ρ=m/V, como la masa se mantiene constante y el volumen sólo puede aumentar por efecto de la temperatura, cuanto mayor sea este incremento, la densidad ρ decrecerá a medida que se expande el globo.
  17. 17. 17 ANÁLISIS DE RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE ESTADO 3.2. PREGUNTAS 2006 –II Estas son algunas preguntas seleccionadas de la aplicación de septiembre. Tiro parabólico El análisis de las siguientes dos preguntas se refiere a la información presentada en el recuadro Frecuentementeeldesarrollodelosproblemasenfísicaexigeelmanejodelasreglasdedescomposicióndecantidadesvectoriales, herramientas que facilitan los cálculos y el análisis de la situación en cuestión. Sin embargo, para los estudiantes no es natural observar fenómenos como el movimiento parabólico de un objeto desde el punto de vista de la descomposición, puesto que en la cotidianidad no es usual observar por separado las componentes de las cantidades vectoriales; es indispensable, entonces, 69. Los vectores que mejor representan la componente horizontal de la velocidad de una pelota 69. Los vectores que mejor representan la componente horizontal de la velocidad de una pelota Porcentaje por opción de Respuesta A B C D 14% 41% 15% 30% Porcentaje por opción de Respuesta A B C D 14% 41% 15% 30% Componente: Mecánica Competencia: Indagar Clave: C Componente: Mecánica Competencia: Indagar Clave: C
  18. 18. 18 ANÁLISIS DE RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE ESTADO que el maestro proponga constantemente la reflexión sobre los efectos de cada componente en la evolución del sistema. Para escoger la opción de respuesta correcta en este ítem, el estudiante debe, en primer lugar, reconocer que la descripción del movimiento del objeto es bidimensional y que la velocidad de la pelota, por ser una cantidad vectorial, tiene dos componentes en cada uno de los puntos A, O y B, uno vertical y otro horizontal, este último es justamente por el que se le pregunta. En segundo lugar, debe comprender que el movimiento en la dirección horizontal es uniforme, puesto que ninguna fuerza actúa en esta dirección y, por lo tanto, la componente horizontal de la velocidad es constante; esto significa que en los puntos A, O y B no debe cambiar su magnitud y que su representación gráfica debe ser la de tres vectores de igual tamaño e igual dirección en cada punto, situación descrita en la opción C, clave del ítem y escogida por un 15 % de la población. Los estudiantes que escogieron la opción A –un 14% de la población–, asumen acertadamente que los todos los vectores tienen la misma dirección y sentido, indicando que el objeto avanza hacia la derecha, pero suponen que la magnitud del componente horizontal de la velocidad del objeto va disminuyendo a medida que avanza; pero, de ser así, la trayectoria no sería simétrica. Los estudiantes que escogieron la opción B –41% de la población– no entienden el concepto de descomposición vectorial, puesto que se ha preguntado por la componente horizontal y, por tanto, es de suponerse que en la opción correcta todos los vectores deben ir en la dirección horizontal; sin embargo, estos estudiantes consideran que en el punto A y B la com- ponente horizontal tiene dirección vertical, lo que es claramente incorrecto. Posiblemente estos estudiantes relacionan la representación gráfica del vector con la dirección en la que se mueve el objeto, pero no llevan a cabo el análisis desde el punto de vista de la cinemática. En la opción D se propone el caso en que la componente horizontal de la velocidad es constante en los puntos A y B –consideración que es correcta–, pero en el punto O la componente horizontal de la velocidad tiene magnitud 0; este es un error común que consiste en confundir el tiro parabólico de tipo bidimensional con los lanzamientos verticales –que son unidimensionales–, en los que se hace énfasis en que la velocidad en el punto más alto de la trayectoria es 0; al considerar este tipo de movimiento bidimensional es correcto afirmar que la componente vertical de la velocidad es 0, al igual que en el lanzamiento vertical, esto de hecho señala que el objeto comienza a caer. Sin embargo la componente horizontal de la velocidad tiene magnitud constante como se mencionó anteriormente, de lo contrario el objeto no podría avanzar. El que un 85 % de los estudiantes haya fallado en este tipo de pregunta indica, además de una falta en los conceptos de la cinemática, una falla en el manejo de las cantidades vectoriales, la descomposición y la representación gráfica de las mismas. Es necesario reforzar en el aula este tema, pues su comprensión es básica en la construcción de otros conceptos en la física y el desarrollo de procesos relacionados con otras cantidades vectoriales. 70. Los vectores que representan la aceleración de una pelota en los puntos A, O y B son70. Los vectores que representan la aceleración de una pelota en los puntos A, O y B son
  19. 19. 19 ANÁLISIS DE RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE ESTADO Este es el ítem que recibió menor porcentaje de respuestas correctas, tan solo el 6% de la población lo respondió acer- tadamente. Uno de los elementos claves en este ítem es observar que la única fuerza que actúa sobre el objeto es la de la gravedad. Teniendo en cuenta que cuando actúa una fuerza neta sobre un objeto, éste se acelera, en el caso de un objeto sometido únicamente a la acción de la fuerza de gravedad, se tiene una aceleración neta constante, cuya magnitud es siempre g y cuya dirección es vertical hacia abajo. Desde este punto de vista hay una conexión entre los conceptos de la dinámica y la cinemática, que dan una comprensión general sobre la situación del tiro parabólico. Por lo tanto, los vectores que describen la aceleración en los puntos A, O y B tienen siempre la misma magnitud y dirección y se representan gráficamente por tres vectores paralelos de igual tamaño y dirección. La clave del ítem es C. En la opción A, escogida por el 48% de los estudiantes, se ilustran los vectores que representarían la velocidad neta del objeto, que lo llevan a describir la trayectoria parabólica. Los estudiantes que eligen esta opción posiblemente relacionan los vectores de velocidad neta del objeto con los vectores de aceleración. Sin embargo, una interpretación correcta de lo que se ilustra en la opción es que, además de la aceleración de la gravedad en la componente vertical, hay acele- ración en la dirección horizontal, y aún más, que en el punto más alto de la trayectoria el valor de la aceleración en la componente vertical es 0 y únicamente existe esta aceleración horizontal. La situación descrita en la opción B señala que la aceleración en el punto máximo de la trayectoria es 0, lo que supone que el efecto de la fuerza de gravedad se hace nulo en el punto más alto de la trayectoria. En total un 88 % de los estudiantes escogieron las opciones A y B, en ellas puede suponerse que los estudiantes están haciendo una relación directa entre los vectores de aceleración y velocidad, puesto que parecen suponer que en el punto más alto de la trayectoria la velocidad es 0 y, por lo tanto, la aceleración también es 0, afirmaciones erróneas pues, como es sabido, la aceleración neta sobre el objeto es g y, como se mencionó en el ítem anterior, el vector de velocidad en el punto más alto de la trayectoria parabólica está descrito por la componente horizontal de la velocidad. En la opción D se ilustra correctamente que la dirección del vector aceleración en el punto O es completamente vertical, no obstante, al igual que en las opciones A y B, en esta opción se señala incorrectamente que hay aceleración en la dirección horizontal en los puntos A y B. El bajo porcentaje de elección de la respuesta correcta puede deberse a una mala interpretación del enunciado o, lo que es aún más preocupante, con una notable falla en la apropiación de conceptos básicos en el campo de la cinemática y la dinámica; por lo que se recomienda al maestro la búsqueda permanente de la conexión entre los temas del plan curricular. El caso del lanzamiento parabólico es un ejemplo que permite ejercitar esta conexión entre las llamadas leyes de Newton y las que describen el movimiento desde la cinemática; de otro lado, es un tema sencillo y familiar que permite hacer un análisis detallado a través de un laboratorio que no requiere de elementos complejos. Balines Conductores El análisis de las siguientes dos preguntas se refiere a la información presentada en el recuadro Porcentaje por opción de Respuesta A B C D 48% 40% 6% 6% Porcentaje por opción de Respuesta A B C D 48% 40% 6% 6% Componente: Mecánica Competencia: Identificar Clave: C Componente: Mecánica Competencia: Identificar Clave: C
  20. 20. 20 ANÁLISIS DE RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE ESTADO Muchas de las expresiones de uso común, tales como “conectar a tierra”, frecuentemente son mal entendidas o entendidas superficialmente; en este ítem se le propone al estudiante reflexionar sobre esta expresión e interpretar el efecto que tiene sobre el sistema conectar a tierra un objeto cargado, en este caso una de las esferas. Específicamente se pregunta por la fuerza eléctrica que experimenta cada una de las esferas del sistema. Para responder correctamente el ítem es necesario que se entienda que las interacciones eléctricas se dan en pares, tal como lo dice la ley de fuerza eléctrica de Coulomb, es necesario que existan al menos dos objetos cargados para determinar la fuerza eléctrica que experimenta cada uno (es bien sabido dos objetos con carga de igual signo experimentan cada uno una fuerza atractiva y dos objetos con carga de signo contrario sienten cada uno una fuerza repulsiva). Como consecuencia, ninguno de los dos objetos en el sistema presentado en el ítem experimenta fuerza eléctrica, pues tan sólo uno de ellos está cargado; por lo tanto, la opción correcta es la A, elegida por el 24% de los estudiantes. Pese a que la esfera 2 después de la conexión a tierra queda descargada, es tentador pensar que debido a que la esfera 1 aún está cargada ejerce una fuerza eléctrica sobre la esfera 2, mientras que la esfera 1 no puede experimentar fuerza alguna sobre ella pues la otra esfera no tiene carga. Esta situación se describe en la opción C, el 26% de los estudiantes que la eligen entiende que entre dos cuerpos la fuerza eléctrica que ejerce uno de ellos la experimenta el otro y viceversa, pero no han considerado que, según la ley de Coulomb, es necesario que ambos cuerpos estén cargados para que la fuerza eléctrica exista, es decir, no hacen una interpretación correcta de la relación matemática que determina la fuerza eléctrica. Una situación similar se presenta en la opción B, sin embargo en este caso, la esfera 1, cargada, se hace fuerza a sí misma, el 18% de los estudiantes que eligen ésta opción no sólo fallan al desconocer la relación de fuerza entre car- gas de acuerdo con Coulomb, sino que denotan una falla en la apropiación del concepto de fuerza mismo. De otro lado, en la opción D se señala que después de conectar a tierra la esfera 2 la fuerza entre las dos esferas se hace atractiva, es decir, la conexión a tierra implica que la carga positiva de la esfera antes de conectarse se torna de alguna forma en carga negativa después de conectada; en este caso, el estudiante que ha escogido esta opción no tiene claro el significado de la conexión a tierra –un 33% de la población escogió esta última opción como respuesta correcta denotando la necesidad de revisión en el aula de conceptos básicos del electromagnetismo. Por otra parte, los valores similares entre los porcentajes de población por opción de respuesta, dan lugar a pensar que posiblemente los estudiantes están respondiendo al azar este tipo de preguntas. Al balín 2 se le conecta un cable a tierra y se mantiene la conexión como se observa en la siguiente figura Al balín 2 se le conecta un cable a tierra y se mantiene la conexión como se observa en la siguiente figura 73. El nuevo esquema de fuerzas que mejor representa la fuerza entre los balines 1 y 2 es73. El nuevo esquema de fuerzas que mejor representa la fuerza entre los balines 1 y 2 es Porcentaje por opción de Respuesta A B C D 24% 18% 26% 33% Porcentaje por opción de Respuesta A B C D 24% 18% 26% 33% Componente: Electromagnetismo Competencia: Indagar Clave: A Componente: Electromagnetismo Competencia: Indagar Clave: A
  21. 21. 21 ANÁLISIS DE RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE ESTADO En este ítem se considera otro de los efectos interesantes de la conexión a tierra de uno de los balines. En este caso, uno de los cuerpos permanece cargado positivamente, como se ilustra en cada una de las opciones, y debe describirse como se distribuyen las cargas del otro cuerpo que no está cargado. Responder correctamente esta pregunta exige que el estudiante esté en capacidad de interpretar la representación gráfica de una distribución de cargas. Debe entender, además, que al tratarse de una esfera conductora neutra en presencia de un campo eléctrico generado por el cuerpo cargado positivamente, las cargas en la esfera neutra son libres de moverse sobre la superficie conductora y se redistribuyen, quedando las cargas más negativas cerca de la esfera cargada y las positivas lejos, como observa en la opción B que describe la polarización de la esfera neutra –un 27 % de los estudiantes seleccionó esta opción que es la clave del ítem. Sin embargo, es usual pensar que tras la conexión a tierra la esfera 2 queda sin carga alguna, como se propone en la opción D; esto no es correcto, pues el hecho de que la esfera no tenga carga neta –es decir que esté neutra– no significa que no haya cargas sobre ella, sino que tiene tantas cargas positivas como negativas; tan sólo un 10% de la población seleccionó esta opción denotando la comprensión de la situación de un objeto neutro. En las opciones A y C se describe la situación en la que la conexión a tierra deja como resultado algún tipo de carga neta en la esfera, esto es claramente opuesto a la idea de conexión a tierra y quienes eligen estas opciones, en total el 63% de los estudiantes, probablemente no dan una interpretación adecuada a los gráficos. El estudio de la electricidad envuelve conceptos en gran parte abstractos, debido a que continuamente se habla de elementos que no son apreciables a la vista; por lo tanto, es muy importante dar claridad a los estudiantes en los conceptos básicos, como los procesos de carga de los objetos o la fuerza eléctrica, para luego motivar en ellos la reflexión sobre situaciones en las que se puedan integrar todos los conceptos en mención. La disposición analítica es fundamental a la hora de resolver este tipo de problemas y desde la escuela debe fomentarse el cuestionamiento constante sobre los conceptos adquiridos, incluso desde la cotidianidad, tales como “la conexión a tierra”. 74. Si ahora se quita el cable a tierra, el esquema que mejor representa la configuración de cargas en la superficie de los balines 1 y 2 es 74. Si ahora se quita el cable a tierra, el esquema que mejor representa la configuración de cargas en la superficie de los balines 1 y 2 es Porcentaje por opción de Respuesta A B C D 32% 27% 31% 10% Porcentaje por opción de Respuesta A B C D 32% 27% 31% 10% Componente: Electromagnetismo Competencia: Indagar Clave: B Componente: Electromagnetismo Competencia: Indagar Clave: B
  22. 22. 22 ANÁLISIS DE RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE ESTADO Gas ideal El análisis de las siguientes dos preguntas se refiere a la información presentada en el recuadro. Un elemento importante en el análisis de un fenómeno es la identificación de las variables que afectan su dinámica, las expresiones matemáticas que las relacionan y, en consecuencia, las representaciones gráficas que describen estas rela- ciones. En el caso de la termodinámica, la ley de los gases ideales determina la relación entre las variables relevantes en los diferentes procesos de expansión y compresión de un gas ideal. En esta pregunta se pedía al estudiante identificar el gráfico T-V que mejor representaba la etapa de compresión del gas ideal descrito en el enunciado. Para responder correc- tamente el ítem es necesario que el estudiante lea cuidadosamente la información que se le suministra y se dé cuenta de que la temperatura se mantiene constante; una vez hace esta identificación debe relacionar esta condición con la gráfica que señala un proceso a temperatura constante. La única opción posible, sin duda alguna, es la B, que es la clave del ítem, escogida por un 41% de la población. 77. La gráfica que mejor representa la compresión del gas en el compartimiento 2 es77. La gráfica que mejor representa la compresión del gas en el compartimiento 2 es Porcentaje por opción de Respuesta A B C D 19% 41% 19% 20% Porcentaje por opción de Respuesta A B C D 19% 41% 19% 20% Componente: Termodinámica Competencia: Identificar Clave: B Componente: Termodinámica Competencia: Identificar Clave: B
  23. 23. 23 ANÁLISIS DE RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE ESTADO Los estudiantes que escogen las opciones A y C están entendiendo correctamente que en estos gráficos se describe el proceso de compresión del gas, sin embargo no contemplan la condición de temperatura constante; posiblemente, el estu- diante que escoge la opción A supone que el diagrama T-V es idéntico a un diagrama P-V para la situación de compresión de un gas ideal, pero esta consideración, al igual que para quienes escogen la opción C, desconoce la relación matemática entre las variables PVT. Finalmente, en la opción D –escogida por el 20% de los estudiantes–, se presenta la situación en la que no se describe un proceso de compresión, puesto que el gráfico señala el aumento del volumen; escoger esta opción muestra una posible falla en la lectura del enunciado o poca habilidad en la interpretación de gráficos. En esta pregunta se le propone al estudiante analizar la relación entre la condición de equilibrio –que lleva a que la pared esté quieta– y las variables temperatura, volumen, presión y cantidad de gas, que pueden afectar esta condición de equi- librio. Escoger la opción adecuada requiere en primer lugar que el estudiante reconozca que una situación de equilibrio implica que la fuerza neta sobre el sistema, que en este caso es la pared, es cero. Es decir, en equilibrio la fuerza que hace una porción de gas a un lado de la pared es de igual magnitud a la fuerza que hace la otra porción de gas al otro lado de la pared, pero estas fuerzas tienen dirección opuesta y, por lo tanto, la fuerza total sobre el sistema es cero. En segundo lugar, el estudiante debe entender que la condición de equilibrio sobre las fuerzas da como consecuencia una condición de equilibrio relacionada con la presión; puesto que la presión se define como fuerza sobre área, y el área en este caso tiene un valor constante, entonces, cuando las presiones a ambos lados de la pared tienen igual magnitud pero sentido opuesto se satisface el requerimiento de que la pared no se mueva. En la opción A –seleccionada por un 16% de la población–, se propone que la condición que da lugar al equilibrio es que la temperatura permanece constante, del enunciado se puede deducir que esta situación siempre se cumple, incluso cuando el sistema está fuera del equilibrio y, por lo tanto, no asegura que la pared no se mueva, lo que la descarta fácilmente. En la opción B –escogida por el 26% de los estudiantes–, la condición de equilibrio es que los volúmenes en ambos com- partimentos son iguales, además, en la explicación a esta condición se afirma que la presión no cambia. En esta opción se aprecia claramente que la densidad de partículas (n/V) en un compartimiento es mayor que en el otro y, por lo tanto, siguiendo la ley de los gases ideales (P= (n/V) RT), la presión de un lado de la pared será mayor que del otro lado; esto, como ya se explicó, da lugar a una fuerza neta diferente de cero, opuesto a lo que se encuentra en una situación de equilibrio. 78. Después de soltar los tornillos, la condición para que la pared delgada esté en equilibrio dentro de la caja es que A. la temperatura de los compartimientos sea la misma, porque en ese caso la energía interna por mol de gas es la misma en ambos. B. el volumen de gas en ambos compartimientos sea igual, porque las condiciones de temperatura y presión no cambian. C. la presión del gas en ambos lados de la pared delgada sea la misma, porque en ese caso la fuerza neta sobre la pared delgada será nula. D. la cantidad de gas sea la misma en ambos compartimientos, porque en ese caso la masa del gas es la misma en cada lado. 78. Después de soltar los tornillos, la condición para que la pared delgada esté en equilibrio dentro de la caja es que A. la temperatura de los compartimientos sea la misma, porque en ese caso la energía interna por mol de gas es la misma en ambos. B. el volumen de gas en ambos compartimientos sea igual, porque las condiciones de temperatura y presión no cambian. C. la presión del gas en ambos lados de la pared delgada sea la misma, porque en ese caso la fuerza neta sobre la pared delgada será nula. D. la cantidad de gas sea la misma en ambos compartimientos, porque en ese caso la masa del gas es la misma en cada lado. Porcentaje por opción de Respuesta A B C D 16% 26% 34% 23% Porcentaje por opción de Respuesta A B C D 16% 26% 34% 23% Componente: Termodinámica Competencia: Explicar Clave: B Componente: Termodinámica Competencia: Explicar Clave: B
  24. 24. 24 ANÁLISIS DE RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE ESTADO La condición de equilibrio en la opción D se relaciona con que la cantidad de partículas a ambos lados de la pared es la misma, sin embargo, en el sistema propuesto no es posible la salida o entrada de partículas de ninguno de los comparti- mentos, por lo tanto, al quitar los tornillos, la situación en la que a ambos lados de la pared hay igual número de partículas puede suceder. Una vez más la similitud de los porcentajes por opción de respuesta señala que posiblemente los estudiantes contestan al azar, por lo que de nuevo se hace necesario que en el aula se presenten problemas que exijan análisis por parte de los estudiantes. Ondas sonoras Con base en la experiencia cotidiana es sencillo entender que el aumento en la densidad de una cuerda trae como con- secuencia la disminución de la frecuencia de la onda producida por la pulsación (es decir sonidos más graves). En este ítem se le propone al estudiante reflexionar sobre lo que sucede con la longitud de onda (λ) al aumentar la densidad de la cuerda (µ), bajo la condición de frecuencia constante (f). Esto quiere decir que con una cuerda gruesa es posible dar un tono agudo cambiando la longitud de la onda producida por la pulsación. El estudiante debe estar en capacidad de reconocer gráficamente la situación que describe la disminución de la longitud de onda en comparación con el estado ilustrado en la figura inicial. 83. Si la longitud de la cuerda es l su densidad lineal es y la tensión es F, al ponerla a oscilar con frecuencia f, la cuerda presenta la onda estacionaria mostrada en la figura. Sisetomaotradelascuerdasdeiguallongitudl,tensionadaporunafuerzaigualF,igualmente sujeta por sus extremos pero de densidad lineal 4, y se la pone a oscilar con la misma frecuencia f, el patrón de ondas estacionarias que se observa es el mostrado en la figura 83. Si la longitud de la cuerda es l su densidad lineal es y la tensión es F, al ponerla a oscilar con frecuencia f, la cuerda presenta la onda estacionaria mostrada en la figura. Sisetomaotradelascuerdasdeiguallongitudl,tensionadaporunafuerzaigualF,igualmente sujeta por sus extremos pero de densidad lineal 4, y se la pone a oscilar con la misma frecuencia f, el patrón de ondas estacionarias que se observa es el mostrado en la figura Porcentaje por opción de Respuesta A B C D 13% 48% 20% 20% Porcentaje por opción de Respuesta A B C D 13% 48% 20% 20% Componente: Eventos ondulatorios Competencia: Indagar Clave: B Componente: Eventos ondulatorios Competencia: Indagar Clave: B
  25. 25. 25 ANÁLISIS DE RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE ESTADO Para resolver la pregunta debe leerse cuidadosamente el enunciado y tener en cuenta que tanto la fuerza de pulsación F como la frecuencia de la onda f en la cuerda permanecen constantes. Por lo tanto, la longitud de onda (λ) se relaciona directamente con su velocidad de propagación v, a través de la expresión De otro lado, v varía con el inverso de la raíz cuadrada de la densidad de la cuerda (µ) Es decir, si aumenta la densidad de la cuerda disminuye la velocidad de propagación de la onda. Como consecuencia de lo anterior, el aumento en la densidad también da lugar a una disminución en la longitud de onda . Esta conclusión permite descartar de plano las opcionesAy D. Específicamente, si la densidad aumenta 4 veces, la longitud de onda disminuye a la mitad. Los estudiantes que contemplan las opciones A y D como correctas –el 33% en total– suponen que el aumento en la den- sidad no conduce al cambio de la longitud de onda o implica una mayor longitud de onda. Los estudiantes que consideran las opciones B y C consideran correctamente que la densidad de la cuerda y la longitud de la onda varían inversamente, pero los que escogen la opción C no establecen la razón correcta de la variación. Este ítem es el que tuvo mayor porcentaje de respuestas acertadas en la prueba aplicada en el segundo semestre de 2006. Es una pregunta que ya ha sido usada en aplicaciones previas y los buenos resultados posiblemente indican que los estudiantes se han familiarizado con el tema. 4. Conclusiones A continuación presentamos la síntesis de las conclusiones más importantes que se derivan de este análisis. • Los resultados del Examen de Estado en el área de Física desde el año 2000 al 2006 muestran una tendencia similar, señalando que en general, no se observa mejoría ni en la apropiación de los conceptos básicos en el área ni en la disposición de los estudiantes para analizar situaciones propias de la disciplina haciendo uso del conocimiento que han adquirido. • El promedio alcanzado en ambas pruebas es superior a 45 puntos. En la prueba de septiembre se observa que el 97% de la población tuvo puntajes inferiores a 60 puntos, mientras que en la prueba de marzo el por- centaje de la población fue algo menor; sin embargo, la desviación estándar ha disminuido en la prueba de septiembre en comparación con la de marzo, lo que indica que un mayor número de estudiantes alcanzó la puntuación promedio en esta prueba. De otro lado, el comportamiento de los resultados en ambas pruebas muestra una distribución gaussiana de los puntajes obtenidos por los estudiantes, según rangos de puntaje con mayor predominio de valores bajos. • La distribución de respuestas para las tres competencias (identificar, indagar y explicar) se comportó mejor en la prueba de marzo que en la prueba de septiembre, sobre todo en la competencia explicar en la que se alcanzó un porcentaje de 50.74 % en el nivel bajo. Sin embargo, es necesario el refuerzo continuo en el desarrollo de todas las competencias. Esto requiere de trabajo y capacitación permanente con los docentes donde se generen estrategias prácticas que promuevan el desarrollo de las competencias en el aula.
  26. 26. 26 ANÁLISIS DE RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE ESTADO • La distribución de resultados según competencias y niveles muestra un porcentaje relativamente mayor (entre el 50 y el 75 %) del nivel medio frente a los otros dos, nivel bajo y nivel alto, para las distintas competencias. Además, el porcentaje del nivel alto es siempre inferior al 2 % en las tres competencias. • El análisis de las respuestas sugiere que el dominio de ciertos principios básicos de la física –por ejemplo, la descomposición y la representación gráfica de cantidades vectoriales, la ley de la caída de los cuerpos, las leyes que gobiernan la transmisión del calor– es pobre.Además, se observa poca integración de los conceptos que se manejan en cada componente, como en el caso de las leyes que relacionan el movimiento con las fuerzas. • El análisis de los resultados sugiere también un desempeño pobre, bastante generalizado, en el manejo de formas de representación muy importantes en la Física como son las gráficas y las fórmulas. Los resultados de algunas preguntas sugieren fallas graves en la comprensión de fórmulas matemáticas y en el dominio de las relaciones de proporcionalidad directa y proporcionalidad inversa; de la misma manera, la interpretación de gráficas a la luz de leyes de la física parece deficiente. • En gran cantidad de preguntas de las dos pruebas se observa una distribución porcentual similar entre las distintas opciones de respuesta, esto sugiere que posiblemente los estudiantes las resolvieron al azar. Tal hecho conduce a pensar que, debido a la dificultad de comprensión de los conceptos o falta de apropiación de los temas evaluados y ante la premura del tiempo, muchos estudiantes optan por no dejar preguntas sin respuesta, sobre todo aquellas que en un primer abordaje les resultan extrañas o muy complejas. • El análisis de los resultados de las pruebas de estado 2006 evidencia la existencia de una crisis relativa de la educación en ciencias en la escuela básica y media. Esta situación llamaría a plantear la necesidad de una intervención que comenzará por analizar las raíces de la crisis. Convendría detenerse, en primer lugar, en los presupuestos generales que se requieren para que el estudiante logre una apropiación cabal de las ciencias. Podemos mencionar aquí algunos de estos presupuestos: la capacidad de leer e interpretar textos escritos, el manejo de lenguajes abstractos, la posesión de un conocimiento básico de las matemáticas, la capacidad de interpretar y realizar representaciones matemáticas y un dominio mínimo de los principios de la lógica deductiva. Una vez se han establecido estos presupuestos es necesario construir una conexión entre el conocimiento científico requerido por un estudiante en último grado de educación media y el desarrollo de las competencias en ciencias que sugeridas por los Estándares Básicos de Competencias en Ciencias Naturales, identificar, indagar y explicar. Todo esto sin confundir, como ocurre con demasiada frecuencia, lo que es esencial en la estructura de cada disciplina con conocimientos secundarios de detalle o incluso accesorios. El estudiante debe además reconocer las formas de argumentación y de verificación propias de las ciencias naturales y debe aprender a reconocer, plantear y resolver con rigor científico preguntas propias de estas disciplinas. • De igual manera que lo dicho por el profesor José Granes en el informe presentado acerca de los resultados del área de física en el año 2005, los resultados de 2006 manifiestan que, de manera urgente, se requiere adoptar políticas nacionales más agresivas con respecto a la educación a nivel básico y medio, en las cuales intervengan autoridades del orden nacional territorial y municipal, estableciendo consenso no sólo acerca de objetivos a alcanzar sino de las estrategias a desarrollar en aras de obtener esos resultados. Por lo tanto, se requiere de políticas que se preocupen por la dotación de las plantas físicas, pero así mismo de los factores psicosociales y los intereses y posibilidades particulares de los estudiantes, afectados por los diferentes ac- tores de la comunidad académica, Ministerio de Educación, Secretarías de Educación, directivos, docentes, y padres de familia. Considerando que el aporte colectivo y el trabajo mancomunado de todos aporta elementos que pueden influir en el desempeño académico y en el desarrollo de capacidades que les permiten a nuestros estudiantes desempeñarse como individuos solidarios y transformadores de su comunidad y del país en el nuevo contexto social mundial.
  27. 27. 27 ANÁLISIS DE RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE ESTADO • Como complemento de lo anterior, se debe considerar que, tanto en la escuela básica como en la media, es necesario fortalecer un pensamiento analítico en el estudiante que le permita hacer uso de sus habilidades para preguntarse acerca del por qué de las cosas (relaciones causales), el cómo ocurren tales fenómenos (relaciones modales) y cómo se conectan esos eventos con las teorías básicas de la física. Esto implica el empleo de sus capacidades embebidas en contextos propios de la ciencia, no de forma memorística sino crítica. Todo esto teniendo en cuenta que labor del profesor en el aula es de acompañar el desarrollo de las competencias de cada uno de sus estudiantes de acuerdo a sus intereses, sin que por ello los estudiantes puedan eludir el manejo de las herramientas teóricas y conceptuales mínimas de la disciplina. • Por último, consideramos importante, como consecuencia de los análisis de los resultados de las pruebas que hemos adelantado, que la educación en ciencias que se imparte en la escuela básica y media y también la formación misma de los maestros deben ser seriamente analizadas a la luz de presupuestos como los que hemos mencionado en un aparte anterior.

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