Aprendizaje metacogn

Desarrollo y Aplicación de
simulaciones y sistemas de
adquisición de datos en la
enseñanza de la Física Universitaria

Hugo A. Kofman
Facultad de Ing. Química
Univ. Nac. del Litoral Santa Fe
Argentina

Actividades del grupo
 Desarrollo de software de simulación
(Visual Basic y Delphi)
 Desarrollo de sistemas de adquisición de
datos para experimentos de laboratorio
 Elaboración de diseños didácticos y
aplicación en clases de Trabajos Prácticos
 Capacitación de alumnos Pasantes.
 Investigación en Enseñanza de la Física.
 Capacitación de docente universitarios y de
escuelas medias en el uso de simulaciones

Desarrollos más
importantes del grupo
 Software:  Hardware:
 Movimiento de  Placas A/D (8, 16 y
partículas libres. 24 bits)
 Campo y Potencial de  Mov. de volantes en
una línea de cargas. plano inclinado
 Fluidos (3 aplic.)  Circuitos RC, RL y RLC
 Difracción.  Lector de espectros
 Campo y potencial en de difracción
3D (en desarrollo)

Modalidad de enseñanza
utilizada en nuestro proyecto
 Uso de simulaciones predefinidas:
- En forma independiente
- En relación a actividades
experimentales
- Integradas a sistemas de adquisición
de datos
 Elaboración de simulaciones por
parte de los alumnos

Curso a distancia: "Capacitación
básica en uso de simulaciones”.

ontenidos a desarrollar:

) Marco teórico pedagógico

        Modelos y simulaciones

        Herramientas cognitivas

        Aprendizaje colaborativo

        Fundamentos constructivistas del uso de simulaciones en la enseñanza

        Diseño didáctico con simulaciones

Evaluación del curso:

1) Realización de un trabajo monográfico en grupos de dos
personas que contemple contenidos de los cuatro temas del
marco teórico pedagógico (entre 4 y 6 páginas en Word , Fuente
Time New Roman 12)

2) Entrega de informes de los trabajos prácticos de simulación
realizados, en grupos de dos personas (en Word, Fuente Time
New Roman 12)

Material entregado a los alumnos:

CD que contiene: Software,Guías de actividades, Artículos

El principio de superposición en el
Software “Línea de cargas”

Líneas de campo y
superficies equipotenciales

Simulaciones con el
software Difracción

Esquema del sistema RC –
RL – RLC
PC Tablero

Capacitores Fuente de tensión

Inductancias
Interfase

Resistencias
Cables de conexión

Pantalla del sistema RC –
RL y RLC (SIES)

Diferencia entre modelo ideal y
sistema real RLC (placa de 8 bits)

Lector de espectros de ranuras
y redes de difracción

Interfase

PC

Motor PaP
Sensor

Red
Laser

Pantalla del Lector de
difracción

Enseñanza y Aprendizaje:
Conceptos constructivistas

Modelos mentales Metacognición

Motivación
Herramientas cognitivas
Comprensión genuina
O
Actividades reflexivas
Aprendizaje significativo
Actividades
colaborativas

Contenidos con
Significado lógico y psicológico

Nuevas tecnologías y
educación
 “La primera aplicación de la nueva tecnología consiste,
muy naturalmente, en hacer de un modo levemente
diferente lo que se había hecho antes sin ella....Se
necesitó una generación entera para que el nuevo arte de
la cinematografía emergiera como algo totalmente
diferente de la mezcla lineal de teatro más fotografía”. “La
mayor parte de lo que se ha hecho hasta ahora bajo el
nombre de “tecnología educacional” o “computadoras en
educación” está todavía en la etapa de combinación lineal
de viejos métodos de instrucción con tecnologías nuevas”
(Papert, 1981, 52).

Necesidad de nuevos
diseños didácticos
 : “las repercusiones de los nuevos desarrollos
tecnológicos requieren ser estudiados desde
una perspectiva pedagógica” (Maggio, 2000,
110), ya que “la transformación de las formas
de enseñar no se produce por la renovación
de los artefactos, sino por la
reconstrucción de los encuadres
pedagógicos de dicha renovación”
(Idem).

Web, educación a distancia, poder
informativo y constructivo
Quiero dejar constancia del horror que siento cuando oigo hablar
de cómo la Web permitirá que a cada estudiante le enseñe el
"mejor maestro" del mundo. Nada podría estar más alejado de
nuestra concepción, en la que el mejor maestro del mundo es
aquel que tiene una relación cercana y de empatía con los
estudiantes. La manera fundamental en que la tecnología digital
ayudará es proporcionando más oportunidades para que
maestros maravillosos trabajen con estudiantes maravillosos en
proyectos en los que conjuntamente pongan en práctica ideas
maravillosamente poderosas. Esta concepción de ninguna
manera pretende minimizar el valor de Internet. Todo lo
contrario: conlleva a un mayor reconocimiento de su poder. El
verdadero poder de ambos lados de la tecnología digital -
el informativo y el constructivo -aparece cuando se reúnen
los dos. (Seymour Papert, 1999)

¿cómo evaluar las ventajas?
 “Los diseños experimentales corrientes`, como las comparaciones
con un grupo de control o la modificación de una variable mientras
se procura mantener constantes todas las demás, no captan el tipo
de cambios complejos e interrelacionados que operan en este
campo...Quizás nuevos diseños de investigación, o la combinación
de métodos cuantitativos y cualitativos, permitan abordar estos
problemas y proporcionarnos datos útiles para reflexionar sobre
las complicadas decisiones que enfrentamos...pero esos datos de
investigación no nos darán mayor sabiduría, ni la sensibilidad para
ver que estamos en medio de un proceso de reformulación del
significado y los fines de la educación, y no meramente
intentando encontrar formas más rápidas o económicas, de
hacer lo mismo que ya estábamos acostumbrados a hacer”
(Burbules, 2001)

Cuestiones a tener en
cuenta en la evaluación
“El valor formativo y educativo de las herramientas
cognitivas no se puede determinar estudiando la
herramienta en forma aislada. En efecto, el análisis debe
comprender, dialécticamente, la interacción entre las
herramientas, las actividades, los actores y el
contexto; a modo de especulación, es probable que parte
de las experiencias infructuosas sobre la inserción de las
computadoras en el ámbito escolar provengan de haber
descuidado esos aspectos en las planificaciones previas”.

(Rubén D. Martínez et al, 2000)

Conceptos pedagógicos de las
actividades propuestas con simulaciones
y sistemas de adquisición de datos

La actividad de trabajos prácticos debería adquirir un rol central en el
aprendizaje conceptual. No como una mera actividad de aplicación de
conocimientos ya adquiridos, o como un simple aprendizaje de técnicas,
sino como la instancia en la cual confluyen elementos teóricos con una
actividad experimental, en la cual el alumno deba poner en juego esos
conceptos. Es entonces en la correcta vinculación de teoría y práctica
donde debe arribarse a mayores niveles de comprensión.
Se trata de crear “ambientes de aprendizaje apoyados por el
computador”, en los cuales el aprendizaje debe ser concebido
como acumulativo, autorregulado por el alumno, dirigido a
alcanzar metas en aprendizajes significativos, colaborativo, y
asumiendo que debe tener procesos y logros individualmente
diferentes (De Corte, 1996).

Características de nuestros
diseños didácticos en T. P.
1. Problemas cualitativos y abiertos que
requieren trabajo con simulaciones y
análisis teórico.
2. Problemas que vinculen la simulación
con la experimentación.
3. Integración de simulación y
experimentación en un mismo entorno
informático.
4. Análisis de dispositivos tecnológicos de
uso corriente.

Ejemplo (T1): programa
ELQ
a)      Demuestre numéricamente que en las cercanías de la zona central de
la línea (a pocos centímetros de la misma), el campo es prácticamente
proporcional a la inversa de la distancia a la misma, mientras que en puntos
muy alejados varía con la inversa del cuadrado de la distancia. Explique las
razones de estos comportamientos.
b)      Encuentre la relación entre lo hallado en el punto anterior, con la
configuración de líneas de campo del sistema.
c)       En una vista lateral, en las cercanías del hilo cargado, se observan
líneas de campo casi rectas y paralelas entre sí. Eso pareciera indicar que en
esa zona existiría un campo prácticamente uniforme, lo cual estaría en
contradicción con lo hallado en el punto 3-a. Resuelva esta aparente
contradicción.
d)      En la zona central del hilo de observa que las líneas de campo llegan
perpendiculares al mismo. ¿Cómo llegan en las cercanías de los extremos?.
Explique el porqué de la diferencia de comportamientos y si en base a esto
se puede afirmar que la línea finita con carga uniforme no es equipotencial.

Ejemplo (T1): Programa
ELQ
a) Demuestre numéricamente que en las cercanías del centro
de la línea de cargas, el potencial varía en forma proporcional al
logaritmo de la distancia. Demuestre que a grandes distancias
el potencial decrece con la inversa de la distancia. Relacione
este hecho con lo hallado en el punto 3-a.
b) Demuestre numéricamente que el campo eléctrico se
puede calcular mediante el gradiente del potencial. Para puntos
cercanos entre sí, puede utilizar las aproximaciones:

∂V  ∆V  ∂V  ∆V 
≅  ≅ 
∂x  ∆x  y = cte ∂y  ∆y  x = cte

Ejemplo (T1): Corriente
continua
Problema 3: Nos interesa comprobar la Ley de Ohm,
obteniendo un conjunto de valores de tensión y corriente en
una cierta resistencia (la resistencia fija de 1 KΩ). Deseamos
que los valores de tensión estén entre 0 y 12 V, a intervalos
relativamente regulares como para construir luego una buena
curva. ¿Cual de los dos circuitos siguientes utilizarías, y por
qué? (puedes colocar instrumentos para justificar tu respuesta).
¿A cual se le llama “conexión potenciométrica”?:

Ejemplo (T1): corriente
continua y RC
Problema 5: Diseña un circuito en el cual se puedan verificar las dos
leyes de Kirchhoff operando con los valores leídos en los
instrumentos.

Problema 3: En el siguiente circuito, se utiliza un voltímetro que puede
considerarse ideal. Cerramos la llave A y la volvemos a abrir cuando se
alcanza el estado estacionario. Luego se hace lo mismo con la llave B.
a) ¿Cual será el voltaje final que indicará el voltímetro?. Realiza el cálculo
analítico y compruébalo con la simulación.
b) Analiza cualitativamente si el voltaje final será mayor o menor que el
anterior, en caso que el condensador conectado al voltímetro sea de menor
valor que el otro. Compruébalo.

Ejemplo (T2): Corriente
continua (software EWB)
Problema 2: Si tienes un generador (supuesto ideal) conectado a
una cierta resistencia; y luego reemplazas esa resistencia por dos
resistencias en serie (idénticas a la primera):
(a) ¿Sería esperable que la intensidad de corriente se reduzca a la
mitad?
(b) Teniendo en cuenta la variación de resistencia por temperatura:
¿Que se podría esperar en un circuito que en vez de resistencias
comunes se construye con lámparas en serie? ¿Está contemplado
esto por el modelo del software?.

Problema 7: Construye un circuito con resistencias comunes y otro
con lámparas, para corroborar lo estudiado en el problema 2.

Ejemplo (T3): Oscilaciones
electromagnéticas.
Problema 5: a) Obtiene la gráfica de oscilaciones electromagnéticas del
siguiente circuito, con el sistema de adquisición de datos del laboratorio.
b) Calcula, con ayuda de la gráfica (midiendo las tensiones y tiempos de los
picos), el valor de la constante τ = 2L/R, correspondiente a la ecuación
c) De acuerdo a lo que se puede deducir de la gráfica: ¿Se puede afirmar que
la frecuencia se mantiene constante?. Formula alguna explicación.
d) Compara la rapidez de la atenuación de las oscilaciones reales con la de la
simulación (realizada con los parámetros RLC del experimento) y formula
explicaciones al respecto.
1 2 R

E C L
S

Ejemplo (T4): fem y magnetismo
Problema 11(CC): Estudia en forma cualitativa la generación de
FEM de distintos orígenes:
(a) Químico: electrodos de Zn y Cu en líquido acidificado
(ejemplo: limón).
(b) Fotoeléctrico: celda fotovoltáica
(c) Térmico: termopar compuesto por conductores de Fe y Cu.
(d) Electromagnético: motor/generador

Problema 9(Magnetismo): Describe el funcionamiento de una
válvula de seguridad para quemadores de gas, analizando los
distintos fenómenos físicos involucrados.

Ejemplo (T4): inducción
electromagnética y circuitos con
corrientes variables
Problema 8: Analiza los campos magnéticos alternos que se generan
alrededor de un monitor de computadora, utilizando una bobina, un
circuito integrador y un osciloscopio. Encuentra la zona donde su valor
es máximo.
B(t)

R

N
C

Opiniones de los alumnos:
 Este sistema requiere de más conocimientos
teóricos para hacer los TP.
 Vinculamos mucho mejor la teoría con la
práctica.
 Podemos visualizar mejor muchos fenómenos.
 Tenemos dificultad para interpretar “qué nos
piden” y para saber “qué hay que hacer”
 Estamos demasiado acostumbrados a que nos
den una “receta” para los TP.
 Creemos que estamos aprendiendo mucho
mejor.

Conceptos y definiciones I
 La comprensión genuina se caracteriza por su mayor nivel de abstracción y la
amplitud de su aplicabilidad. “La cuestión es cómo se puede sacar lo más posible de
lo menos posible. Y el éxito consiste en aprender a pensar con lo que ya has
adquirido.” (Bruner, 1997, pág. 146-147).
 Aprendizaje metacognitivo es aquel que situado en un nivel superior respecto al
conocimiento específico, es capaz de facilitar y organizar la propia actividad de
aprendizaje. Las habilidades metacognitivas son consideradas fundamentales para la
adquisición, control y aplicación de los conocimientos.
 Las herramientas cognitivas (símbolos y artefactos) juegan el rol de soporte o
vehículo del pensamiento. De esta manera se produce una suerte de asociación entre
la mente y esos elementos, potenciándose la capacidad del individuo para abordar
tareas complejas.
 Motivación intrínseca: es la voluntad a involucrarse en la actividad por si misma y no
por influencia de factores externos. Influyen en eso la posibilidad de abordar
actividades que implican importantes niveles de desafío, curiosidad y control.
 Modelo mental: Es la imagen o representación mental de un sistema. Son
personales, variables y de contornos difusos. Juegan un rol fundamental en la forma
con que abordamos la resolución de nuevos problemas.

Conceptos y definiciones II
 Trabajo colaborativo: los alumnos tienen que negociar metas, la
representación del problema, como así también el significado de
conceptos y procedimientos involucrados. Tienen que hacer
explícitos su conocimiento y su pensamiento.
 ZDP: distancia entre el nivel de desarrollo actual de un individuo y
un nivel de desarrollo potencial, más avanzado, que toma
existencia en la interacción entre participantes más y menos
capacitados en el entorno social en el cual tiene lugar esa
interacción (incluyendo al docente y las herramientas cognitivas).
Vygotsky afirma que la significación de la zona, es que ella
determina las cotas superior e inferior en la cual debería ser
ubicada la enseñanza. (D. Martínez et al, 2000)

Bibliografía
 Burbules, N. C., Callister, T. A.(h). (2001) “Educación: riesgos y promesas de las
nuevas tecnologías de la información”. Ediciones Granica. España.
 Bruner, Jerome: La educación, puerta de la cultura. Visor. Madrid. 1997.
 Burbules, N. C., Callister, T. A.(h). Educación: riesgos y promesas de las nuevas tecnologías
de la información. Ediciones Granica. España. (2001)
 Maggio, M. El tutor en la educación a distancia. En: Litwin, E. (compiladora): La educación a
distancia. Colección Agenda Educativa. Amorrortu Editores S. A.. Buenos Aires. 2000.
 Perkins, David: La escuela inteligente. Gedisa. España. 1997
 Salomon, G. Cogniciones distribuidas. Amorrortu Editores S. A.. Buenos Aires. 1993.
 Papert, S. Desafío a la mente. Computadoras y educación. Ed. Galápago. Buenos Aires. 1984.
 Martínez Rubén D. et. al. SOBRE HERRAMIENTAS COGNITIVAS Y APRENDIZAJE
COLABORATIVO. V Congreso Iberoamericano de Informática Educativa. Viña del Mar. Chile.
Diciembre 2000.
 Papert , Seymour. Introducción al libro Logo Philosophy and Implementation, publicado por
Logo Computer Systems Inc., LCSI, en 1999. Obra que contiene contribuciones de varios
autores de distintos países.
 De Corte, Erik. 1996. Aprendizaje apoyado en el computador: una perspectiva a partir de
investigación acerca del aprendizaje y la instrucción. Congreso RIBIE/96 (Colombia).

Aprendizaje metacogn

Más contenido relacionado

Similar a Aprendizaje metacogn

Aprendizaje metacogn