La modelización computacional con diagrama AVM y su contribución para el aprendizaje significativo de conceptos físicos y el desarrollo de una visión crítica sobre la ciencia y la modelación científica

Teniendo en consideración que la formación integral de un profesor de Física implica que éste tenga un dominio de su campo disciplinar, una concepción crítica sobre la ciencia que enseña y su enseñanza; se presenta en este trabajo el diseño e implementación de una propuesta didáctica que tiene como principal propósito considerar los principios de la Teoría del Aprendizaje Significativo Crítico de Moreira en el aula de clase, a través de la introducción y discusión de elementos fundamentales de la modelación científica a partir de actividades de modelación computacional. Estas actividades están apoyadas en el uso del diagrama AVM (Adaptación de la V de Gowin a la Modelación Computacional) y tienen como propósito favorecer el aprendizaje significativo de conceptos físicos y la formación de futuros profesores de Física con visiones más críticas y reflexivas en relación con el conocimiento científico, la modelación científica y la enseñanza de las Ciencias

La imaginación y la enseñanza de las ciencias naturales en la educación básica primaria

RESUMEN : En este trabajo se presenta una revisión de literatura en el marco de una tesis doctoral que tiene como principal objetivo analizar los procesos de la Actividad Imaginativa de niños de la Educación Básica Primaria (6 a 10 años) en la construcción de Modelos Mentales relativos al fenómeno día-noche. La revisión se realizó en un periodo comprendido entre los años 2009 y 2018, en la perspectiva de la investigación documental. Se tuvieron en cuenta aquellos trabajos que contemplaban estrategias y actividades para la Enseñanza de las Ciencias Naturales, centrando la mirada en las que establecen algún tipo de relación con la imaginación. Entre los principales hallazgos se destaca la escasez de este tipo de trabajos, las pocas investigaciones llevadas a cabo en el contexto de la Educación Básica Primaria en comparación con otros niveles educativos y el énfasis dado, tanto al componente biológico como a los procesos de lecto-escritura y de pensamiento numérico. Estos resultados sugieren el desarrollo de estudios que permitan la construcción e implementación de estrategias pertinentes para la enseñanza, aprendizaje y desarrollo de habilidades científicas en los primeros niveles de escolaridad. Además, resaltan la necesidad de incluir la imaginación como un elemento que transversalice dichas estrategias y actividades de enseñanzaABSTRACT : This paper presents a literature review within the framework of a doctoral thesis that aims to analyze the processes of the Imaginative Activity of elementary school children (6 to 10 years old) in the construction of Mental Models related to the day-night phenomenon. This review was carried out in a period between 2009 and 2018, from the outlook of documentary research. Those works that contemplated strategies and activities for the teaching of Natural Sciences were considered, focusing on those that establish some relationship with the imagination. Among the main findings, there are shortage of this type of work, a few research carried out in the context of elementary school compared to other educational levels, and the emphasis given on biological component, reading-writing and and number thinking processes. These findings suggest the development of studies that require the construction and implementation of relevant strategies for teaching, learning, and developing scientific skills in the first levels of schooling. In addition, the need to include the imagination as an element that intertwines those teaching strategies and activities is highlighte

Binding energy and density of shallow impurity states in GaAs–(Ga, Al)As quantum wells : effects of an applied hydrostatic stress

ABSTRACT: The effects of hydrostatic stress on the binding energy and the density of shallow-donor and shallow-acceptor impurity states in a GaAs–(Ga, Al)As quantum well are calculated using a variational procedure within the effective-mass approximation. Results are for different well widths and hydrostatic stresses, as a function of the impurity position along the growth direction of the structure. We have found that in the low-pressure regime the binding energy changes linearly for both donor and acceptor impurities, independently of the sizes of the well. However, for high pressures (greater than 13.5 kbar) this is valid for acceptors but not for donors due to the -X crossover. We have shown that there are two special structures in the density of impurity states, one associated with on-centre and the other with on-edge impurities. Also, we have observed that the density of impurity states depends strongly on the applied hydrostatic stress

A variational method for the description of the pressure-induced image mixing in GaAs-based quantum wells

ABSTARCT: The mixing between Γ and X conduction band valleys in GaAs–Ga1-xAlxAs quantum wells is investigated along the lines of a variational model. Trial wavefunctions are depending on a weighting variational parameter that accounts for the mixing by acting as a coefficient in the combination of both uncorrelated Γ and X states in the system. The dependencies of the calculated binding energy of a donor impurity and the correlated electron–hole photoluminescence peak energy upon hydrostatic pressure and quantum well width are presented

Tilted electric-field and hydrostatic pressure effects on donor impurity states in cylindrical GaAs quantum disks

ABSTARCT: In this work we are devoted to the study of donor impurity states in a cylindrical GaAs quantum disk under the effects of tilted applied electric field and hydrostatic pressure. A variational procedure has been performed within the effective mass and parabolic-band approximations. For the hydrostatic pressure effects we consider the Γ-X mixing via a phenomenological procedure

Absorción óptica relativa a impurezas donadoras en pozos cuánticos de GaAs-(Ga,Al)As bajo efectos de presión hidrostática

RESUMEN: En este trabajo se presentan resultados teóricos sobre los efectos de presión hidrostática en el espectro de absorción óptica relativo a impurezas donadoras en pozos cuánticos de GaAs-(Ga,Al)As. Hemos calculado el espectro de absorción óptica relativo a impurezas donadoras considerando diferentes anchos del pozo cuántico y valores de la presión hidrostática. Nuestros resultados muestran dos estructuras bien definidas en el espectro de absorción: una de ellas asociadas con impurezas localizadas cerca al centro del pozo y la otra para impurezas cerca de las paredes de la estructura. Adicionalmente, asociado con la variación con la presión del gap (brecha) en el GaAs, se muestra un importante corrimiento al azul del espectro de absorción

A literature review about computational modeling and simulation in physics education in middle and high school levels

RESUMEN: Este artículo presenta una revisión de la literatura que aborda los principales referentes epistemológicos, psico-pedagógicos y didácticos en las investigaciones sobre actividades de Modelación y Simulación Computacional (MSC) en la enseñanza de la física (en los niveles de educación básica y media). La búsqueda principal se llevó a cabo en las siguientes bases de datos: Science Direct, Scopus, Web of Science y Google Scholar considerando artículos publicados entre 2003-2013 y en busca de las siguientes palabras clave: “computational modeling”; “computational simulation”; physics teaching”; “research in physics teaching” (también las correspondientes palabras clave en español y portugués fueron usadas en la búsqueda). Después de la lectura de los artículos seleccionados, consideramos sólo las implementaciones de MSC que tenían como propósito contribuir al aprendizaje de conceptos físicos. Los resultados muestran que: i) las investigaciones se basan en las ideas epistemológicas contemporáneas, excepto un artículo con concepciones positivistas; ii) hay varias teorías cognitivistas siendo utilizadas (Piaget, Ausubel, Vergnaud,…), pero Vygostky es el más prominente; iii) estrategias que promueven las interacciones sociales son preponderantes en las actividades de resolución de problemas, simulaciones integradas con experimentos y modelación. De hecho, sólo dos (2) estudios entre los 21 encontrados sobre MSC en educación básica y media hacen uso de Modelación Computacional, lo que demuestra que es necesario un poco de esfuerzo para introducir e investigar este tipo de actividad en la enseñanza de la física. Sin embargo, identificamos una tendencia a aplicar un fundamento principalmente pedagógico y didáctico para la implementación de actividades de MSC en el aula de clase.ABSTARCT: This paper presents a literature review covering the central epistemological, psychopedagogical and didactical framework on researches about Computational Modeling and Simulation (CMS) activities in physics education (Middle and High School levels). The main search was performed in the following databases: Science Direct, Scopus, Web of Science and Google Scholar considering articles published between 2003-2013 and looking for the following keywords: “computational modeling”; “computational simulation”; physics teaching”; “research in physics teaching”. (Also the corresponding keywords in Spanish and Portuguese were used in the search). After reading the selected articles, we kept only those implementations of CMS aiming to contribute to the learning of physics concepts. The results show that: i) the investigations are based on contemporary epistemological ideas, except one paper with positivist conceptions; ii) there are various cognitivist theory being used (Piaget, Ausubel, Vergnaud,…), but Vygostky is the most prominent; iii) strategies that promote social interactions are preponderant in activities of problem solving, simulations integrated with experiments and modeling. In fact, only two (2) studies among the 21 found about CMS at Midle and Hich School make use of Computational Modeling, showing that it is necessary some effort to introduce and investigate these kind of activity in physics education. Nonetheless, we identify a tendency to apply a mostly pedagogical and didactical basis towards the implementation of CMS activities within the classroom

The Computational Modeling with AVM diagram to train physics teachers: a contribution to the development of a critical view of science and scientific modeling

RESUMEN: La formación integral de un profesor de ciencias implica, más allá del dominio de su campo disciplinar, una concepción crítica sobre la ciencia y su enseñanza. A partir de esta reflexión elaboramos una propuesta didáctica cuyo principal objetivo fue valorar aspectos disciplinares, epistemológicos y didácticos, que propiciasen al estudiante una mejor comprensión del proceso de construcción del conocimiento científico. Tal propuesta se fundamenta en la implementación de los principios de la Teoría del Aprendizaje Significativo Crítico de Moreira (TASC) y en el proceso de modelación científica con fines didácticos, haciendo uso del diagrama AVM (Adaptación de la V de Gowin a la Modelación Computacional). En este artículo son presentados resultados de investigación en la enseñanza de la mecánica con alumnos que ya cursaron asignaturas de Física General (siete estudiantes del programa de Física de la Universidad de Antioquia, Colombia, en un total de 36 horas de clase). Cada estudiante se constituye en un caso de estudio, investigado por medio de entrevistas, respuestas a test (sobre la concepción de ciencia y de modelación, y el FCI –Force Concept Inventory–) y el desarrollo de actividades de modelación computacional. Se encontró que era posible aplicar los principios de la TASC por medio de la modelación didáctica científica, lo que lleva a los estudiantes a enriquecer sus concepciones sobre ciencia, además de profundizar en su conocimiento disciplinar.ABSTARCT: A comprehensive training of science teachers involves not only proficiency in their disciplinary field, but also a critical conception of science and its teaching. From this reflection we developed a didactical proposal, whose main goal is to value disciplinary, epistemological and didactical aspects, in order to provide a better understanding of the construction of scientific knowledge for the students. This proposal is based on the implementation of the principles of Moreira’s Critical Meaningful Learning Theory (CMLT), and the process of scientific modeling with didactical purposes, the use of computational models and AVM diagram (Adaptation of the Gowin’s V for Computational Modeling). This article presents results of a research involving students who have attended courses of General Physics (seven students from the Physics program at the University of Antioquia, Colombia, for a total of 36 h-class), enrolled in a Mechanics course. Each student constituted a case study, investigated through interviews and their responses for tests about conceptions of science, scientific modeling and Mechanics (FCI - Force Concept Inventory). Also, the student’s results on computational modeling activities were analyzed. We found it is possible to apply the principles of CMLT through didactical scientific modeling, leading students to enrich their conception of science, and to deepen their disciplinary knowledge

The use of AVM diagram as a tool for implementing the principles of the critical meaningful learning theory in computational modeling activities for physics teaching

RESUMEN: Teniendo en consideración que la formación integral de un profesor de Física implica que éste tenga un dominio de su campo disciplinar, una concepción crítica sobre la ciencia que enseña y su enseñanza; presentamos en este trabajo el diseño de una propuesta didáctica que tiene como principal propósito considerar los principios de la Teoría del Aprendizaje Significativo Crítico de Moreira en el aula de clase, a partir de la implementación de actividades de modelación computacional. Estas actividades están apoyadas en el uso del diagrama AVM (Adaptación de la V de Gowin a la Modelación Computacional) y tienen como propósito favorecer el aprendizaje significativo de conceptos físicos y la formación de futuros profesores de Física con visiones más críticas y reflexivas en relación con el conocimiento científico, la modelación científica y la enseñanza de las Ciencias.ABSTARCT: This paper presents a didactical proposal that aims to help the mastery of Physics contents and the developing of critical thinking on Physics and its learning by pre-service teachers. The proposal was designed to embed the principles of Moreira’s Critical Meaningful Learning Theory into computational modeling activities through the use of a heuristic instrument known as AVM diagram (Adaptation of Gowin’s V for Computational Modeling). A detailed description of the proposal and some of its possible implications for Physics teaching are discussed

The formulation of questions in the classroom : evidence of critical meaningful learning

RESUMEN: En este trabajo se muestran los principales resultados de un estudio que tuvo como propósito valorar la implementación de una propuesta didáctica constituida por diferentes actividades de modelación computacional haciendo uso del diagrama AVM – Adaptación de la V de Gowin a la Modelación Computacional –, así como su contribución en la habilidad adquirida por los estudiantes para formular preguntas en la clase de Física. El estudio fue realizado con un grupo de siete estudiantes de Física de la Universidad de Antioquia, Colombia; y estuvo fundamentado en la Teoría del Aprendizaje Significativo Crítico de Moreira – basada en las ideas de Postman y Weingartner de la enseñanza como una actividad subversiva- y en la modelación computacional con diagrama AVM. Los principales hallazgos develan que la implementación de la propuesta didáctica favoreció un progreso significativo en la habilidad de los estudiantes para formular preguntas de interés sobre la dinámica Newtoniana como campo de conocimiento.ABSTARCT: This paper presents the main results of a study aimed to assess the implementation of a didactic proposal made up of computational modeling activities, using the AVM diagram – an adaptation of Gowin’s V to computational modeling-, and its impact on empowering students to formulate questions in physics class. The investigation was carried out with a group of seven students of physics from the Universidad de Antioquia, Colombia. The study is theoretically grounded in the principles of Moreira’s Critical Meaningful Learning Theory -based on Postman and Weingartner’s ideas of teaching as a subversive activity- and also in computational modeling using the AVM diagram. The main results reveal that the implementation of the didactic proposal had a positive impact in the development of students’ ability to formulate questions about Newtonian dynamics as a field of knowledge