Diseño de una unidad didáctica para enseñar los conceptos de trabajo y energía mecánica a partir de la cinemática del movimiento uniformemente acelerado

Abstract

En la física el concepto de energía se ha constituido en un tema transversal que tiene puntos de contacto con otras disciplinas del saber científico como la química, la biología, la fisiología y la geología. Además, este concepto se ha desarrollado hasta alcanzar, en los tiempos modernos, un importante nivel de profundización en áreas como la mecánica cuántica, la mecánica estadística, la teoría de campos y el estado sólido. Es, por lo tanto, principio fundamental y unificador. Este es, además, un núcleo básico en todo currículo de educación científica, pues ayuda a comprender mejor, a manera de ejemplo, el funcionamiento de la industria y los problemas y desequilibrios del medio ambiente; Para este trabajo de grado la pregunta orientadora es: ¿Pueden utilizarse los elementos de la cinemática para ayudar a la comprensión de los conceptos de trabajo y energía? El objetivo de este trabajo es diseñar e implementar una unidad didáctica de 12 sesiones para la enseñanza de los conceptos de trabajo, energía y potencia. De acuerdo con los resultados comparativos finales entre el pre-test y el post-test, el logro del objetivo propuesto debería ser evidente a través del diseño de una unidad didáctica para la construcción del concepto de trabajo y energía mecánica, tomando como punto de partida la descripción del proceso del movimiento uniformemente acelerado y las leyes que lo explican (las leyes de Newton). Las actividades desarrolladas se enfocan dentro del esquema del aprendizaje activo, que permite la confrontación de las ideas previas del estudiante con los hechos evidenciados por el experimento. Con este fin, la unidad didáctica se apoya especialmente en experimentos demostrativos, videos y presentaciones de PowerPoint. La propuesta se implementa con el grupo 11-13 de grado undécimo de la I.E.D. INEM “Francisco de Paula Santander” en diseño pre experimental con pre-test y post-test. Además de evidenciar una gran motivación y una mejora importante en sus capacidades de análisis y discusión, los estudiantes muestran una mejora estadísticamente significativa en su desempeño en el post-test. El trabajo aporta a la didáctica de la enseñanza de estos conceptos, y se configura como un primer paso para futuros trabajos en esta área. / Abstract. In physics, the concept of energy has constituted itself in a transversal topic, which has several points of contact with other disciplines of scientific knowledge, as chemistry, biology, physiology and geology. Besides, this concept has been developed to get, in modern times, an important level of deepening into areas as quantic mechanics, statistical mechanics, the field theory and the solid state. It is, therefore, a fundamental and unifying principle. It is also a basic nucleus in any curriculum of scientific education, for it helps to comprehend better, for instance, the functioning of industry and the troubles and misbalance of the environment. For this work, the orientated question is: can be used the elements of the kinematics to help to the comprehension of the concepts of work and energy? The objective of this work is to design and implement a didactical unit of twelve sessions for the teaching of the concepts of work, energy and potency. According to the final comparative results between the pre-test and the post-test, the achievement of the proposed objective should be evident through the design of a didactical unit to build the concepts of work and mechanical energy, taking as a point of departure, the description of the process of the uniformly accelerated motion and the laws which explain it (The Laws of Newton). The developing activities are focused into the schema of the active learning which allows the confrontation of the student’s previous ideas with the facts evidenced by the experiment. With this purpose, the didactical unit is supported, specially, in demonstrative experiments, videos and power point presentations. The proposal is implemented with the eleventh grade (11-13) of the I.E.D. INEM “Francisco de Paula Santander” in a pre-experimental design with pre-test and post-test. In addition, the students have evidenced a great motivation and an important improvement in their analysis and argumentation capacities, they show a statistically meaningful improvement in their performance in the post-test. The work contributes to the didactics of teaching of these concepts and it is configured as a first step for future works in this area