ENSEÑANZA DE CONCEPTOS BÁSICOS DE LA TEORÍA ESPECIAL DE LA RELATIVIDAD EN LA ESCUELA SECUNDARIA COLOMBIANA

Resumen

Esta tesis es parte de un proyecto de investigación que adopta una concepción desarrollista y pragmática de la conceptualización basada en la Teoría de los Campos Conceptuales (Vergnaud, 2013).  Se ha diseñado, implementado y evaluado una secuencia didáctica y sus continuas reformulaciones para enseñar las nociones fundamentales de la TER en la escuela secundaria y estudiar la conceptualización (Otero & Arlego, 2016, 2018, Arlego & Otero, 2017; Otero, Arlego & Muñoz, 2016, 2018, 2019).

Los estudios previos reportan que los estudiantes no comprenden el concepto de sistema de referencia y confunden el "sistema de referencia" con el "punto de vista", así, cada observador constituiría un marco de referencia distinto (Scherr 2001). Los estudiantes tendrían una concepción pre-galileana del movimiento, al que consideran absoluto (Dimitriadi & Halkia, 2012). Estas ideas sobreviven a la enseñanza escolar de la cinemática clásica, y cuando se intenta enseñar la cinemática relativista, se busca que los estudiantes tomen conciencia de la ruptura conceptual entre la física newtoniana y la moderna (Villani y Arruda, 1998).

El trabajo de investigación presentado en la tesis pretende identificar cómo el proceso de conceptualización de las nociones básicas de la teoría especial de la relatividad (TER) es favorecido por el abordaje previo de las nociones de la cinemática clásica, (Sistemas de referencia, velocidad relativa, adición de velocidades de galileo, principio de relatividad Galileano) y, por el estudio amplio de la noción de simultaneidad.  Para ello se propone analizar en profundidad la actividad de los estudiantes en situación de clase, mediante la inferencia inductiva de los invariantes operatorios considerados como la forma predicativa del conocimiento, y así deducir cómo los estudiantes hacen frente a las tareas que les son asignadas a partir en situaciones cotidianas, forma operatoria del conocimiento.

La investigación se realiza en dos dimensiones, en la dimensión cognitiva, se pretende identificar cómo el proceso de conceptualización de las nociones básicas de la TER es favorecido por el abordaje previo de las nociones de la cinemática clásica y por el estudio amplio de la noción de simultaneidad.

Para determinar las nociones tratadas en la secuencia de situaciones, se propone una estructura conceptual de referencia (ECR) (figura 1), partiendo de la inexistencia de un sistema de referencia único.  El saber “sabio” de la física no es la referencia absoluta y obligada que “legitima” la física escolar, o la física propuesta para ser enseñada en la escuela. A partir de lo anterior, es menester construir y establecer una referencia desde la cual sea factible “mirar los hechos didácticos” (Otero, 2019).

Los elementos principales de la ECR se sintetizan en la figura 1. Como puede observarse el concepto de simultaneidad juega un rol central. La razón de ello es que, la simultaneidad ofrece el camino más directo hacia la relatividad de Einstein.