“La experimentación en el aprendizaje de la física : su incidencia en la construcción de conceptos referidos a la óptica ondulatoria”

• Autores: Bravo, Silvia del Valle
• Año de publicación: 2016
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Pesa, Marta Azucena
• Materia: Fisíca; Enseñanza superior; Enseñanza de las ciencias; Óptica ondulatoria; Fenómenos físicos; Tesis de doctorado
• Institución: Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires

Esta tesis doctoral tiene como propósito investigar el aprendizaje de estudiantes universitarios sobre la interferencia y difracción de la luz, en el ámbito de un laboratorio de física. La investigación surgió a partir de la necesidad de articular inquietudes e interrogantes que surgen de la práctica docente, con las posibilidades que brindan distintos marcos teóricos desde la investigación en educación en ciencias para comprender cómo es el proceso de aprendizaje. La teoría de campos conceptuales de Vergnaud se constituye en el principal referente teórico para esta investigación. Se rescatan además, los puntos de encuentro del marco teórico de Vergnaud con la teoría sociolingüística de Vigotsky y la teoría de aprendizaje significativo de Ausubel. Los estudios preliminares en el marco de la tesis se basan en un relevamiento bibliográfico exhaustivo. Éste abarca las dificultades en el aprendizaje de la óptica ondulatoria, las distintas concepciones de los trabajos prácticos de laboratorio en la enseñanza de la ciencia y los aportes de la epistemología e historia de la ciencia para comprender las dificultades de los estudiantes. Se incluye, además, un análisis crítico del desarrollo de la temática en los principales libros de texto de nivel universitario básico. El aporte de esta tesis consiste en continuar y profundizar las investigaciones existentes sobre el aprendizaje de óptica ondulatoria, en el contexto particular del laboratorio de física. Fundamentada en los resultados de los estudios preliminares y en los principales lineamientos del marco teórico, se diseña una propuesta didáctica que apunta a integrar permanentemente los aspectos conceptuales, con las competencias básicas para la formación experimental. Se ha planteado una secuencia de actividades experimentales que contempla la progresividad del aprendizaje. Cada una de ellas permite la revisión de conceptos ya abordados en la actividad anterior y agrega un nivel más de complejidad al estudio de los fenómenos. Mediante la implementación de la propuesta didáctica, se investiga el modo en que los estudiantes construyen su conocimiento a medida que abordan las distintas actividades. Las implicaciones que tiene el marco teórico que guía esta investigación y los objetivos que se han definido para la misma, llevan al planteo de un enfoque metodológico de tipo cualitativo, en una perspectiva interpretativa. El diseño de la investigación se puede situar dentro de las características de la investigación-acción, donde el investigador actúa en el rol de docente mientras se recoge la información. La propuesta se implementó en dos cohortes, con alumnos del ciclo básico de ingeniería y con alumnos de licenciatura en física. La primera implementación, a modo de prueba piloto, permitió realizar algunos ajustes a la propuesta didáctica y a los procedimientos para recoger datos. La siguiente implementación de la propuesta estuvo dirigida a identificar los esquemas de algunos estudiantes en un estudio diacrónico, para obtener indicios de los logros cognitivos, y a evaluar los resultados generales obtenidos con la propuesta. Se presenta una caracterización de los logros individuales de los estudiantes, para mostrar de qué manera se van desarrollando/modificando sus esquemas. Se presentan también los resultados generales, en términos de competencias que se evalúan individualmente al finalizar la implementación de la propuesta. Los resultados obtenidos en esta investigación indican un aprendizaje satisfactorio, a nivel individual y colectivo, para los estudiantes de ingeniería y licenciatura en física. Permiten también identificar cuestiones factibles de ser profundizadas en futuras investigaciones.
This doctoral thesis aims to study the learning process among university students on the topic of interference and diffraction of light in the context of a physics laboratory. This topic of research arose from a need of articulation between questions that may emerge during teaching, and the potential answers provided by various theoretical frameworks as regards research on the teaching of sciences in order to understand the learning process. Vergnaud‘s theory of conceptual fields is the main theoretical reference for this research. Besides, the meeting points among Vergnaud‘s work theoretical framework, Vigotsky‘s sociolinguistic theory and Ausubel‘s theory of meaningful learning have also been considered. Preliminary research in this thesis is based on a deep bibliographical survey. It comprises the difficulties on the study of wave optics, the different notions of practical laboratory work on the teaching of this science and its contributions on epistemology and history to help understanding the students‘ learning difficulties. Furthermore, a critical analysis of the development of this topic in the main textbooks of basic university level is included. The contribution of this thesis consists in advancing and going deeper into current research on the study of wave optics within the context of a physics laboratory. Based on preliminary research results and on the main guidelines of the theoretical framework, a didactic proposal was designed. It aims to permanently combine the conceptual aspects of experimental training and the basic skills needed to carry it out. A series of experimental practices has been planned in order to survey learning progress. Each one of them allows checking concepts that have already been dealt with in the previous activity and adds a level of complexity to the study of different phenomena. Through the implementation of this didactic proposal, I will study the way in which students build up knowledge as they address different activities. The implications of the theoretical framework leading this investigation, along with the objectives posed, led to the choice of a qualitative research method, from an interpretive approach. The design of the investigation can be placed within the features of the action research method, in which the researcher acts as a teacher while he collects the data. This approach was applied in two cohorts; one including engineering students in their first year, and other including students from an undergraduate course in physics. Firstly, a pilot test was carried out, which allowed performing changes to the didactic proposal and data collection procedures. Secondly, a diachronic study was carried out in order to identify the schemes of some students, seeking to obtain signs of cognitive achievement and evaluate the overall results obtained. A description of the students‘ individual achievements is introduced so as to show the changes and modifications of their schemes. Overall results are also shown, regarding different skills that are evaluated individually at the end of the assessment process. The final results obtained from this research paper show satisfactory learning at individual as well as collective level regarding the engineering and physics students. This results also allow identifying matters that could be examined in depth in future research.
Cette thèse de doctorat est le résultat d‘une recherche sur l‘apprentissage de l‘interférence et la diffraction de la lumière par des étudiants universitaires, dans l‘espace d‘un laboratoire de physique. Cette recherche s‘inscrit dans la nécessité d‘articuler des soucis et des interrogations issus de la pratique enseignante et les possibilités offertes par les différents cadres théoriques de l‘éducation en sciences, pour arriver à comprendre le processus d‘apprentissage. La théorie des champs conceptuels de Vergnaud constitue le référent théorique principal de cette recherche. Nous retenons aussi, les points de rencontre du cadre théorique de Vergnaud avec la théorie sociolinguistique de Vigotsky et celle de l‘apprentissage significatif d‘Ausubel. Dans le cadre de la préparation de cette thèse, les études préliminaires ont donné lieu à une recherche bibliographique exhaustive. Elle comprend les difficultés dans l‘apprentissage de l‘optique ondulatoire, les différentes conceptions des travaux pratiques de laboratoire dans l‘enseignement de la science et les apports de l‘épistémologie et de l‘histoire de la science en vue de comprendre les difficultés éprouvées par les étudiants. En plus, on inclut une analyse critique du développement de cette thématique retrouvé dans les principaux manuels de niveau universitaire élémentaire. Cette thèse contribue à poursuivre et à approfondir des recherches existantes sur l‘apprentissage de l‘optique ondulatoire dans le contexte particulier du laboratoire de physique. Sur la base des résultats obtenus à partir des études préliminaires et des apports théoriques principaux, on est parvenu à construire une proposition didactique susceptible d‘intégrer en permanence les aspects conceptuels et les compétences fondamentales pour la formation empirique. On est arrivé à établir une séquence d‘activités d‘expérimentation qui contemple la progressivité de l‘apprentissage. Chaque séquence conduit à la révision de concepts ayant été développés dans l‘activité antérieure et ajoute un nouveau niveau de complexité à l‘étude des phénomènes. À travers l‘implémentation de cette proposition didactique, on étudie la façon dont les étudiants construisent connaissances au fur et à mesure qu‘ils avancent sur les différentes activités. La portée du cadre théorique ainsi que la définition des objectifs déterminent du point de vue méthodologique une approche de type qualitatif dans une perspective interprétative. D‘après la conception et les caractéristiques de la recherche entreprise, on est en condition de la définir en tant que recherche-action, c‘est-à-dire la recherche où le chercheur remplit le rôle d‘enseignant pendant qu‘on collecte l‘information. Cette proposition s‘est développée sur deux cohortes, avec des étudiants du premier cycle des formations en ingénierie et des étudiants de la licence en physique. Une première mise en place, à titre expérimental, nous a permis de faire d‘ajustements à la proposition didactique et aux procédés de récolte des donnés. Une deuxième implémentation visait l‘identification des schèmes de certains étudiants dans une étude diachronique afin d‘obtenir des indices relevant des réussites cognitives ainsi que l‘évaluation des résultats généraux obtenus à partir de cette proposition. On présente une caractérisation des réussites individuelles des étudiants pour montrer comment leurs schèmes se développent ou se modifient. On présente encore les résultats généraux en termes de compétences qui s‘évaluent individuellement au terme de la proposition. Les résultats obtenus dans cette recherche indiquent un apprentissage satisfaisant, aussi bien à niveau individuel que collectif pour les étudiants des formations en ingénieries et ceux de la licence en physique. Ils permettent également d‘identifier des questions susceptibles d‘être approfondies dans des prochaines recherches.
Fil: Bravo, Silvia del Valle. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas; Argentina.
Fil: Pesa, Marta Azucena . Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Tucumán; Argentina.