Planteamiento y solución de diagramas de cuerpo libre: una propuesta didáctica

Abstract

La fuerza es el concepto central de la mecánica y es la base para comprender el funcionamiento de las máquinas y de muchos fenómenos de la vida cotidiana. Por su parte, los diagramas de cuerpo libre son de gran ayuda para modelar las situaciones donde actúan las fuerzas y predecir cómo cambia el movimiento de los cuerpos. Sin embargo, su uso correcto enfrenta dificultades relacionadas principalmente con la comprensión del concepto de fuerza, y, en menor medida, con las herramientas de álgebra y trigonometría necesarias para predecir a partir de ellos. Este trabajo presenta una secuencia didáctica para la enseñanza del concepto de fuerza y el uso de diagramas de cuerpo libre en grado décimo. La propuesta, inspirada en los principios del aprendizaje significativo, enfatiza en la identificación de las ideas previas de los estudiantes, en la realización de actividades participativas en las cuales puedan utilizar sus conocimientos y habilidades para predecir lo que sucede en experimentos demostrativos o en situaciones cotidianas y en la generación de contenido donde expliquen a otros lo aprendido. La propuesta se implementó con los estudiantes de grado décimo del Colegio Newman School en Cajicá (Colombia). Dicha propuesta se evaluó por medio de una prueba escrita de selección múltiple que se aplicó al inicio (Pretest) de la implementación y nuevamente al final (Postest), con el fin para ver su efectividad, complementada con una descripción cualitativa de los cambios observados en el manejo que los estudiantes dan a los conceptos de fuerza y al uso de los diagramas de cuerpo libre. El análisis estadístico de los resultados evidencia un incremento significativo en el desempeño de los estudiantes, que muestra la eficacia de la secuencia propuesta. Además, la observación cualitativa a lo largo de las clases muestra un aumento en la participación y el empoderamiento de los estudiantes y de su motivación hacia los temas de física. El trabajo constituye, por lo tanto, un aporte valioso a la enseñanza del concepto de fuerza y del empleo de diagramas de cuerpo libre para estudiantes de educación media (Texto tomado de la fuente).

Force is the central concept of mechanics and is the basis for understanding the operation of machines and many phenomena in everyday life. For their part, free body diagrams are of great help to model the situations where forces act and predict how the movement of bodies changes. However, their correct use faces difficulties related mainly to understanding the concept of force, and, to a lesser extent, to the algebra and trigonometry tools necessary to predict from them. This work presents a didactic sequence for teaching the concept of force and the use of free body diagrams in tenth grade. The proposal, inspired by the principles of meaningful learning, emphasizes the identification of students' previous ideas, the carrying out of participatory activities in which they can use their knowledge and skills to predict what happens in demonstration experiments or in everyday situations. and in the generation of content where they explain to others what they have learned. The proposal was implemented with the tenth-grade students of the Newman School in Cajicá (Colombia). This proposal was evaluated through a multiple-choice written test that was applied at the beginning (Pretest) of the implementation and again at the end (Posttest), in order to see its effectiveness, complemented with a qualitative description of the changes observed in the handling that students give to the concepts of force and the use of free body diagrams. The statistical analysis of the results shows a significant increase in the students' performance, which shows the effectiveness of the proposed sequence. Furthermore, qualitative observation throughout the classes shows an increase in the participation and empowerment of students and their motivation towards physics topics. The work constitutes, therefore, a valuable contribution to the teaching of the concept of force and the use of free body diagrams for secondary school students.