Departamento de Didáctica de las Ciencias Experimentales Universidad de Valencia

1. Planificación, puesta en práctica y evaluación de la enseñanza problematizada sobre la luz y la visión en la educación secundaria obligatoria Departamento de Didáctica de las Ciencias Experimentales Universidad de Valencia

2. ¿Qué preguntas ha guiado nuestra investigación? • ¿Es posible enseñar los conocimientos sobre “la luz y la visión” de una forma problematizada a alumnos de ESO? • ¿Se favorecerá de este modo un aprendizaje con comprensión del tema y una mejora de las actitudes de los alumnos? ¿Se producirán mejoras notables respecto a la situación actual? • ¿En qué medida se puede favorecer que otros profesores se apropien y utilicen la secuencia de enseñanza problematizada fruto de esta investigación?

3. Este resumen lo dividimos en tres partes: • Primera parte: Planificación teórica de la enseñanza problematizada del tema • Segunda parte: Puesta a prueba potencial de la relevancia didáctica de esta planificación • Tercera parte: Puesta en práctica en el aula de la secuencia de actividades, evaluación de los resultados y valoración de las expectativas que genera en los profesores

4. Primera partePlanificación teórica de la enseñanza problematizada de la luz y la visión

5. La planificación teórica ha supuesto: • Identificar el objetivo clave y el problema estructurante • Identificar grandes pasos necesarios y obstáculos asociados • Proponer una secuenciación según la estructura problematizada

6. Deben evolucionar, cambiar IDEAS ESPONTÁNEAS IDEAS CIENTÍFICAS fruto de fruto de Debe evolucionar, cambiar EPISTEMOLOGÍA ESPONTÁNEA EPISTEMOLOGÍA CIENTÍFICA Poca Mucha Implicación actitudinal consciente Hipótesis de la enseñanza por investigación

7. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA DE INTERÉS ÍNDICE COMO POSIBLE ESTRATEGIA DESARROLLODELA ESTRATEGIA RECAPITULACIÓN/ ANÁLISIS DE RESULTADOS PROBLEMAS ABIERTOS ¿Qué sería característico de un tema con una estructura problematizada? TÍTULO EN FORMA INTERROGATIVA • El inicio debe ser el planteamientode situaciones problemáticas estructurantes de interés. • La secuenciación de apartados debe responder a una lógica problematizada: • el índice debe ser una posibleestrategia para avanzar en su solución. • Los conceptos y modelos han de introducirse tentativamente, como hipótesis fundadas que han de ser sometidas a pruebas. • La evaluación como recapitulación y afianzamiento de lo avanzado.

8. OBJETIVO CLAVE CON SUFICIENTE ENTIDAD EXPLICATIVA: modelo de képler por recepción de haces de luz • Los objetos que vemos son fuentes luminosas • Cada punto luminoso emite luz esféricamente • Fuentes extensas como conjuntos de puntos luminosos • La luz como ente físico • Ojo modelizado como un sistema lente-pantalla • Imagen formada punto a punto a partir de haces divergentes

9. Képler superó otros modelos históricos sobre la visión • Emisión de “fuego visual” (Pitágoras) • Emanación de imágenes (Demócrito) • Modelo mixto (Platón)

10. El modelo de visión por recepción de rayos de luz (Alhazen) • El objeto que se ve es una fuente luminosa • Las fuentes extensas son conjunto de puntos de luz • La luz se representa por rayos de luz que llenan el espacio alrededor de la fuente luminosa • Ojo como cámara oscura • Un único rayo forma cada punto de la imagen

11. El modelo de visión por recepción de rayos de luz (Alhazen)

12. El modelo de visión por recepción de haces de luz (Képler)Képler se enfrentó a dos problemas: a) ¿por qué la forma de la “imagen” que se ve en una cámara oscura no depende de la forma del agujero?

13. El modelo de visión por recepción de haces de luz (Képler)

14. El modelo de visión por recepción de haces de luz (Képler)b) ¿por qué el diámetro lunar medido en una cámara oscura es mayor durante la Luna llena que durante un eclipse de Sol?

15. El modelo de visión por recepción de haces de luz (Képler)

16. ¿Cuál es el problema estructurante? • La historia revela que la óptica geométrica se desarrollo para responder a la pregunta ¿cómo vemos? ¿cómo podemos ver mejor? • Las propiedades y comportamiento de la luz (propagación, reflexión, refracción,...) fueron hipótesis realizadas para comprender la visión humana al mirar directa e indirectamente • ¿Cuál es el objetivo-clave? • Que los estudiantes se apropien del modelo de visión de Képler (ignorado habitualmente) con suficiente poder explicativo y predictivo para que sea objeto de enseñanza en el nivel de ESO y Bachillerato

17. Metas parciales y obstáculos asociados

18. ¿Qué interés tiene este estudio? -Corrección visual -Instrumentos ópticos ´¿Cómo vemos? ¿Qué es necesario para ver bien? ¿Cómo podemos ver mejor? + + + + + RECAPITULACIÓN/ ANÁLISIS DE RESULTADOS INTRODUCCIÓN Y PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA DESARROLLO DE LA ESTRATEGIA PROBLEMAS ABIERTOS ÍNDICE COMO POSIBLE ESTRATEGIA Invención de un modelo para la situación más sencilla ¿Qué hacen … Puesta a prueba del modelo Visión indirecta Corrección ametropías Diseño telescopio Visión color Objeto? Luz? Ojo? ¿Qué nos habíamos planteado? ¿Qué hemos hecho para avanzar? Limitaciones y problemas abiertos Estructura problematizada del tema “¿cómo vemos? ¿Cómo podemos ver mejor?”

19. Segunda partePuesta a prueba potencial de la relevancia didáctica de esta planificación

20. ¿Es relevante didácticamente la planificación elaborada de la enseñanza de la luz y la visión? 1ª Hipótesis: “Las metas parciales y los obstáculos identificados, son relevantes para la mejora didáctica”

21. De un modo operativo: • Los alumnos tienen ideas y razonamientos similares a los obstáculos señalados, que deben contemplarse si deseamos que se apropien del modelo de visión de Képler. • La enseñanza habitual no contempla los obstáculos detectados y tiene un carácter marcadamente empirista y aproblemático Es de esperar que el conocimiento adquirido en estos estudios aportará información muy útil para el diseño de las actividades

22. Diseños experimentales para detectar que…

23. Instrumentos utilizados

24. Ejemplo de instrumento para mostrar que los alumnos de ESO tienen obstáculos al modelo de Képler En una habitación iluminada, una persona ve una manzana. Señala la mejor explicación y completa un diagrama de rayos con tus deas • Vemos porque la miramos. • Vemos porque el ojo envía “la mirada” hacia la manzana. • Vemos porque de ella sale una imagen (o un reflejo) que llega hasta el ojo. • Vemos porque de ella sale una imagen y el ojo envía “la mirada”. • Vemos porque la luz que sale de ella llega hasta el ojo. • Otra respuesta. Vemos porque ....

25. Algunos resultados: esquemas habituales sobre la visión directa de los alumnos de ESO antes de la enseñanza (n =71)

26. % de alumnos que presentan obstáculos para la comprensión del concepto de imagen

27. Ejemplo de instrumento para mostrar algunas carencias de los profesores sobre el modelo de Képler “En algunos libros de texto de ciencia elemental se suele explicar el funcionamiento de una lupa (constituida por una lente convergente) de la siguiente forma: “Cuando las lentes convergentes están enfrentadas al Sol poseen la propiedad de concentrar sus rayos” y realizan esquemas como el siguiente: El 100% de los profesores (n = 28) opina que los rayos 1 y 2 proceden de puntos distintos del Sol

28. Al planificar una secuencia didáctica ideal sobre óptica geométrica, los profesores… n = 64 % Sd No plantean un problema estructurante 95 3 No realizan referencias a actividades para mostrar el interés del estudio 87 4 No hacen referencias a la evolución histórica de los conceptos 87 4 No proponen un índice como estrategia según una lógica problematizada 100 - Proponen una secuenciación jerarquizada-empirista de los conceptos 89 4 Análisis de la planificación didáctica propuesta por los profesores

29. Representación habitual en los libros de texto de la reflexión especular y de la reflexión difusa - Nunca se representa el haz de luz (n =32 )

30. ¿Qué interés tiene este estudio? -Corrección visual -Instrumentos ópticos ´¿Cómo vemos? ¿Qué es necesario para ver bien? ¿Cómo podemos ver mejor? + + + + + RECAPITULACIÓN/ ANÁLISIS DE RESULTADOS INTRODUCCIÓN Y PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA DESARROLLO DE LA ESTRATEGIA PROBLEMAS ABIERTOS ÍNDICE COMO POSIBLE ESTRATEGIA Invención de un modelo para la situación más sencilla ¿Qué hacen … Puesta a prueba del modelo Visión indirecta Corrección ametropías Diseño telescopio Visión color Objeto? Luz? Ojo? ¿Qué nos habíamos planteado? ¿Qué hemos hecho para avanzar? Limitaciones y problemas abiertos Estructura problematizada del tema “¿cómo vemos? ¿Cómo podemos ver mejor?”

31. Ejemplo de actividades (I)Observación de una pantalla iluminada con la luz difundida en cartulinas de colores

32. ¿Qué interés tiene este estudio? -Corrección visual -Instrumentos ópticos ´¿Cómo vemos? ¿Qué es necesario para ver bien? ¿Cómo podemos ver mejor? + + + + + RECAPITULACIÓN/ ANÁLISIS DE RESULTADOS INTRODUCCIÓN Y PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA DESARROLLO DE LA ESTRATEGIA PROBLEMAS ABIERTOS ÍNDICE COMO POSIBLE ESTRATEGIA Invención de un modelo para la situación más sencilla ¿Qué hacen … Puesta a prueba del modelo Visión indirecta Corrección ametropías Diseño telescopio Visión color Objeto? Luz? Ojo? ¿Qué nos habíamos planteado? ¿Qué hemos hecho para avanzar? Limitaciones y problemas abiertos Estructura problematizada del tema “¿cómo vemos? ¿Cómo podemos ver mejor?”

33. Ejemplos de actividades (II)En una habitación de paredes negras se mira a través de varios agujeros hacia una fuente puntual ¿Qué se verá desde cada uno de ellos cuando la fuente puntual emita luz? (Chauvet et. al., 1999)

34. ¿Qué interés tiene este estudio? -Corrección visual -Instrumentos ópticos ´¿Cómo vemos? ¿Qué es necesario para ver bien? ¿Cómo podemos ver mejor? + + + + + DESARROLLO DE LA ESTRATEGIA RECAPITULACIÓN/ ANÁLISIS DE RESULTADOS INTRODUCCIÓN Y PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ÍNDICE COMO POSIBLE ESTRATEGIA PROBLEMAS ABIERTOS Invención de un modelo para la situación más sencilla ¿Qué hacen … Puesta a prueba del modelo Visión indirecta Corrección ametropías Diseño telescopio Visión color Objeto? Luz? Ojo? ¿Qué nos habíamos planteado? ¿Qué hemos hecho para avanzar? Limitaciones y problemas abiertos Estructura problematizada del tema “¿cómo vemos? ¿Cómo podemos ver mejor?” evaluación

35. Ejemplos de actividades (III)Con frecuencia, para explicar la formación de una imagen con una lente convergente, se realizan trazados como el siguiente: Con el modelo de visión elaborado, explica por qué no puede ser considerado correcto. En concreto por qué no explica: • Que la imagen se forme en una única posición • Que el tamaño de la imagen no cambie al tapar parte de la lente • Que el ojo no participe en el sistema óptico

36. Como conclusión de los resultados obtenidos en la contrastación de la primera hipótesis: • Los obstáculos señalados están presentes en los alumnos de ESO antes de la enseñanza y persisten incluso en Bachillerato • La enseñanza habitual (libros y profesores) no los contempla • La enseñanza habitual (libros y profesores) presentan carencias para la comprensión del modelo de Képler • Habitualmente la enseñanza se estructura de forma aproblemática • El conocimiento obtenido en la contrastación de la hipótesis aporta información muy útil para el diseño de las activiades Cabe esperar que una enseñanza problematizada y con atención a dichos obstáculos mejore esta situación

37. Tercera partePuesta en práctica en el aula de la secuencia de actividades¿Se producirán mejoras respecto a la situación actual?

38. 2ª Hipótesis “La secuencia de enseñanza con estructura problematizada produce mejoras sustanciales respecto a la enseñanza habitual” • De un modo operativo… • Genera oportunidades para aprender con comprensión • Produce una mayor comprensión conceptual • Produce una mejora de la apropiación y en la actitudes • Genera en los profesores expectativas muy positivas sobre su potencialidad

39. Diseños experimentales para detectar que…

40. Instrumentos utilizados

41. Instrumento para la mostrar que la secuencia de enseñanza genera oportunidades de aprendizaje Realizad una recapitulación de tema que estamos estudiando en donde se recoja: a) ¿qué problema hemos planteado? b) ¿qué estrategia hemos seguido? c) ¿cómo explicamos la visión directa de los objetos? d) ¿qué hipótesis hemos realizado respecto a las fuentes luminosas, al comportamiento de la luz y al comportamiento del ojo? i) ¿qué problemas vamos a abordar como consecuencia del modelo de visión directa elaborado?

42. Instrumento para asignar el nivel global de comprensión del modelo de visión de Képler(Hogan y Manglienti, 2001)Nivel 0: Ninguna característica relevante del modeloNivel 1: Ojo como receptor de luz en visión directa, ningún otro aspecto relevante Nivel 2: Ojo como receptor de luz en visión directa e indirecta, luz independiente y no visible, errores en gráficos y en el concepto de imagenNivel 3: Se alcanzan todos los aspectos relevantes del modelo, errores en algunos ítems, razonamiento expositivoNivel 4:Se alcanzan todos los aspectos relevantes del modelo y se utiliza un razonamiento argumentativo

43. % medio de error en cada obstáculo

44. Después de la enseñanza habitual Después del tratamiento ESO(Experimental/Recuerdo) ESO n=183 % Sd BAC n=59 % Sd Exp n=147 % Sd Rec. n=28 % Sd Nivel 0 58 4 20 5 12 3 0 - Nivel 1 36 4 31 6 16 3 32 9 Nivel 2 6 2 46 6 38 4 57 9 Nivel 3 0 - 3 2 29 4 11 6 Nivel 4 0 - 0 - 5 2 0 - Nivelmedio 0,5 0,5 1,3 0,8 2,0 1,0 1,8 0,6 %nivel funcional 0 - 3 2 34 4 11 6 Nivel de comprensión en el modelo de visión de Képler

45. Comparación del nivel de comprensión de los alumnos de ESO de control con los alumnos experimentales

46. Comparación del nivel de comprensión de los alumnos de bachillerato de control con los experimentales

47. Resultados que muestran la mejora de la apropiación y actitudes en los alumnos

48. Triple valoración de los profesores, después de un curso de formación (n=25)

49. Conclusiones (I) • Respecto de la planificación elaborada: • - La enseñanza debería estructurarse a partir del problema ¿Cómo vemos? ¿Cómo podemos ver mejor? • - El objetivo clave del tema es conseguir que los estudiantes se apropien del modelo de Képler • - Hemos identificado un conjunto de metas parciales y obstáculos asociados que la enseñanza debe contemplar • - Los obstáculos identificados están presentes en los alumnos antes de la enseñanza y la enseñanza habitual no permite superarlos

50. Conclusiones (II) • La puesta en práctica en el aula ha permitido mostrar que: • - Los alumnos tratados reducen grandemente los porcentajes de error en todos los obstáculos (incluso un año después del tratamiento) • - Se alcanza un alto nivel de comprensión global • - La secuencia de enseñanza genera en el aula oportunidades para que los alumnos se apropien de lo tratado mejoren sus actitudes