Una estrategia alternativa para la enseñanza de las Leyes de Newton: La Biomecánica

Abstract

La fuerza y las leyes de Newton que la gobiernan son los conceptos centrales de la mecánica clásica, pero su enseñanza encara obstáculos serios, pues las ideas erróneas que los estudiantes construyen antes de su enseñanza formal parecen más cercanas a la realidad que los cálculos algebraicos abstractos que suele proponer el docente. Este trabajo diseña e implementa una secuencia didáctica para la enseñanza del concepto de fuerza y de las leyes de Newton en grado décimo utilizando elementos de la biomecánica como las sensaciones y movimientos de nuestros propios cuerpos y las fuerzas generadas por nuestros músculos. De esta manera se pretende hacer más familiares estos conceptos a los estudiantes. La secuencia propuesta consta de ocho sesiones: cuatro de una hora y cuatro de dos horas, que cubren los temas de: 1) Posición, desplazamiento y vectores, 2) Velocidad, 3) Primera Ley de Newton: Inercia, 4) Segunda Ley de Newton: Fuerza, 5) Tercera Ley de Newton: Acción-Reacción 6) Palancas 7) Acción muscular a nivel macroscópico y 8) Acción muscular a nivel microscópico. Las temáticas se desarrollan por medio de actividades en las que el estudiante usa su propio cuerpo, junto con prácticas demostrativas que permitan su participación activa. La estrategia se pone a prueba en un diseño pre-experimental con pretest y postest a cincuenta y cuatro estudiantes de los grados decimo de jornada tarde del Colegio Ciudad Bolívar Argentina. El análisis estadístico de los resultados muestra una mejora estadísticamente significativa en el desempeño de los estudiantes, junto con una mayor conciencia de sus propios cuerpos. El trabajo evidencia que incluir conceptos y actividades de la biomecánica contribuye a la comprensión de la fuerza y las leyes de Newton.

Abstract: Force and Newton’s laws are the central issues in Classical Mechanics, but teaching them in high school faces remarkable obstacles, because the erroneous ideas the students developed before instruction seem closer to reality that the abstract algebraic manipulations the teacher uses to employ. This work designs and implements a didactic sequence for the teaching of force and Newton’s laws to tenth graders by using elements of Biomechanics, like the sensations and movements of our own bodies and the forces generated by our own muscles, to make them more familiar to students. The sequence has eight sessions: four for one hour and four for two hours, covering the following subjects: 1) Position, displacement and vectors, 2) velocity, 3) First Newton’s law: Inertia, 4) Second Newton’s law: force, 5) Third Newton’s law: action-reaction 6) Levers 7) Muscular force at the macroscopic level and, 8) Muscular force at the microscopic level. Those subjects are introduced through activities where the students use their own bodies, together with demostrative experiments that allow them to take part. The strategy was assessed in a pre-experimental design with pre and pos-test with 54 students of the afternoon at the Colegio Ciudad Bolívar Argentina High School. The statistical analysis of the results show a significative improvement in students’ scores, together with a better consciousness of their own bodies. The work evidences that including concepts and activities of the Biomechanics contributes to a better understanding of the concepts of force and Netwon’s laws.