Review of research on students ideas on the interpretation of electromagnetic induction phenomena

La teoría de la Inducción Electromagnética (IE) es fundamental en el programa de física de Secundaria (16-18 años) y cursos introductorios en la Universidad. No es de extrañar que esta teoría y la ley de Faraday constituyan un capítulo específico en los diferentes currículos españoles e internacionales. Sin embargo, aunque la Fuerza de Lorentz y la ley de Faraday son temas comunes en la enseñanza de la IE desde hace muchos años, son recientes los trabajos que se ocupan del aprendizaje logrado por los estudiantes en este tema. En este trabajo se examinan diferentes trabajos sobre concepciones alternativas de los estudiantes de últimos cursos de Secundaria y universidad respecto a la IE y la ley de Faraday. De acuerdo con nuestro análisis, la enseñanza habitual produce poco aprendizaje en las ideas claves de la teoría científica sobre la IE en la física clásica. En general, los diferentes estudios analizados muestran que la mayoría de los estudiantes no tienen una comprensión de un modelo de la IE, ni de la ley de Faraday. Un número significativo de estudiantes no explica los fenómenos sino que los describe o recurre a conocimientos memorísticos presentados de forma incoherente. Otra parte significativa de estudiantes desconoce las causas asociadas a la IE, atribuyéndolas al campo magnético estacionario o a la corriente eléctrica.Electromagnetic Induction (EI) theory is fundamental in the physics programme for Secondary school (16-18 years old) and introductory University courses. It is not surprising that this theory and Faraday’s law have their own chapter in different Spanish and international curriculums. However, although Lorentz’s Force and Faraday’s Law have been common topics in EI teaching for many years, work done to look at the learning achieved by students on this topic is relatively recent. This article examines different projects on alternative conceptions for students in the top years of Secondary school and at University regarding EI and Faraday’s law. In accordance with our analysis, usual teaching produces little learning on scientific theory’s key ideas for EI in classic physics. In general, the different studies analysed show that most students do not understand a model for EI or Faraday’s law. A significant number of students do not explain the phenomena but describe them or resort to memorised knowledge presented incoherently. Another significant number of students did not know the causes associated with EI, attributing them to the stationary magnetic field or electric current

Aprendizaje de la teoría de inducción electromagnética en cursos universitarios de física general : una enseñanza por resolución guiada de problemas

Este estudio describe el diseño, implementación y efectividad de una secuencia de enseñanza sobre inducción electromagnética (IEM) para primer curso de grados de ciencias e ingeniería. Dicha secuencia ha sido diseñada teniendo en cuenta diversos aspectos tales como: los intereses, actitudes y valores de los estudiantes y los estándares del currículo; los resultados de los estudios empíricos sobre concepciones y razonamientos de los estudiantes, y, también, las contribuciones relativas a cómo se aprende y se enseña en el ámbito de las ciencias. La evaluación de la secuencia se ha realizado de forma «interna», comparando los resultados obtenidos por el grupo «experimental» de estudiantes antes y después de implementar la secuencia; también de manera «externa», comparando los resultados de ese grupo con uno de control. Los resultados obtenidos en el grupo experimental indican que la aplicación de la secuencia diseñada ha contribuido a la mejor comprensión de algunas ideas clave de la IEM.Aquest estudi descriu el disseny, implementació i efectivitat d'una seqüència d'ensenyament sobre inducció electromagnètica (IEM) per a primer curs de graus de ciències i enginyeria. Aquesta seqüència ha estat dissenyada tenint en compte diversos aspectes tals com: els interessos, actituds i valors dels estudiants i els estàndards del currículum; els resultats dels estudis empírics sobre concepcions i raonaments dels estudiants, i, també, les contribucions relatives a com s'aprèn i s'ensenya en l'àmbit de les ciències. L'avaluació de la seqüència s'ha realitzat de forma «interna», comparant els resultats obtinguts pel grup «experimental» d'estudiants abans i després d'implementar la seqüència; també de manera «externa», comparant els resultats d'aquest grup amb un de control. Els resultats obtinguts en el grup experimental indiquen que l'aplicació de la seqüència dissenyada ha contribuït a la millor comprensió d'algunes idees clau de la IEM.This study describes the design, implementation and effectiveness of a sequence of teaching on Electromagnetic induction (IEM) for the first course in science and engineering degrees. The script has been designed taking into account aspects such as: the interests, attitudes and values of students and the curriculum standards; the results of empirical studies on concepts and students reasoning; and also, the relative contributions to how the way we learn and are taught in the field of science. The evaluation of the sequence has been made in an «internal» way, comparing the results obtained by the «experimental» group of students before and after implementing the sequence; it has also been made in an «external» way by comparing the results of this group with a control one. The results obtained in the experimental group point out that the implementation of the designed sequence has contributed to the better understanding of some key ideas of the IEM

Dificultades de aprendizaje de los estudiantes universitarios en la teoría del campo magnético y elección de los objetivos de enseñanza

El objetivo principal de este trabajo es analizar las ideas que tienen los estudiantes sobre cuál es la naturaleza del campo magnético. Hemos supuesto que el conocimiento significativo de la fuente del campo magnético es un prerrequisito básico para que los estudiantes razonen sobre los fenómenos electromagnéticos. Para analizar las explicaciones de los estudiantes hemos tenido en cuenta que las personas construimos representaciones mentales para ayudarnos a comprender el funcionamiento de un sistema físico y que estas representaciones mentales incluyen diferentes categorías explicativas de la realidad en un mismo individuo dependiendo del contexto y del contenido que se trate. Así pues, hemos diseñado un cuestionario de preguntas de tipo abierto con énfasis en las explicaciones, para analizar el razonamiento empleado por los estudiantes. Los resultados obtenidos parecen confirmar que los estudiantes presentan serias dificultades en el aprendizaje de la teoría del campo magnético.The aim of this study is to analyse students' ideas about the nature of magnetic field. We have assumed that a significant knowledge of the source of magnetic field is a basic prerequisite when students are to reason about electromagnetic phenomena. In order to analyse students' explanations, we have taken into account the fact that individuals build mental representations to help themselves understand the functioning of a physic system and that these mental representations include different explanatory categories of reality in one same individual depending on the context and the contents concerned. Therefore, we have designed an open-question questionnaire with an emphasis on explanations so as to analyse the students' reasoning. The results found seem to confirm that students do have serious difficulties in learning the theory of magnetic field

Análisis de los argumentos elaborados por estudiantes de cursos introductorios de Física universitaria ante situaciones problemáticas

En este artículo analizamos la calidad de los argumentos utilizados por los estudiantes universitarios que siguen una enseñanza tradicional en primer curso de Ingeniería cuando, ante una situación problemática de física, deben optar por la estrategia o vía de resolución más adecuada. Valoramos lo apropiado de sus conclusiones, la pertinencia de las leyes y principios que han considerado para llegar a una conclusión (pertinencia conceptual), la calidad de las pruebas manejadas y si sus conclusiones se encuentran validadas por la coherencia de los razonamientos (suficiencia del razonamiento). Las deficiencias más destacables han surgido ligadas a la ausencia de pruebas que sustenten la conclusión y al hecho de que, cuando se consideran estas pruebas, a menudo no se razona adecuadamente la relación entre ellas y las conclusiones.In this article, we analyse the quality of the arguments used by the college students who follow a traditional teaching in first engineering course when, faced with a problematic situation of physics, must choose by the strategy or most appropriate resolution path. We value the appropriateness of their conclusions, the pertinence of the laws and principles that have been considered to reach a conclusion (conceptual pertinence), the quality of the evidence managed and if its conclusions are validated by the consistency of reasoning (sufficiency of the reasoning). The most noteworthy shortcomings have arisen relating to the lack of evidence supporting the explanation and the fact that, when considering this evidence, often, it is not properly reasoned the relationship between the evidence and the conclusions.En aquest article analitzem la qualitat dels arguments utilitzats pels estudiants universitaris que segueixen un ensenyament tradicional en primer curs d'Enginyeria quan, davant d'una situació problemàtica de física, han d'optar per l'estratègia o via de resolució més adient. valorem l'apropiat de les seves conclusions, la pertinència de les lleis i principis que han considerat per arribar a una conclusió (pertinència conceptual), la qualitat de les proves manejades i si els seus conclusions es troben validades per la coherència dels raonaments (suficiència del raonament). Les deficiències més destacables han sorgit lligades a l'absència de proves que sustentin la conclusió i al fet que, quan es consideren aquestes proves, sovint no es raona adequadament la relació entre elles i les conclusions

Kaunoa nettiin : Kirjasammon käyttöliittymän mallintaminen

Tämän toiminnallisen opinnäytteen tavoitteena oli mallintaa käyttöliittymä kehitteillä olevalle kauno-kirjallisuuden verkkopalvelulle, Kirjasammolle. Mallintamisella tarkoitetaan tässä tapauksessa luonnosten laatimista sivuston eri sioista, mikä sisälsi muun muassa hakutoimintojen, käytettävyyden ja tilankäytön suunnittelua. Käytännön työ tapahtui helmikuun ja huhtikuun välillä 2009, ja valmiita malleja syntyi palvelun ja kirjailijahaun etusivuista, teosten ja kirjailijoiden viitelistauksista, yksittäisten teosten ja kirjailijoiden tietosivuista sekä käyttäjäprofiilista. Opinnäyte tehtiin Turun Kaupunginkirjaston toimeksiannosta, mutta mallinnusten suunnitteluun osallistuivat myös Vaasan kaupunginkirjaston KITKA-projektiryhmä sekä kirjastot.fi. Työryhmä kokoontui neljä kertaa opinnäyteprosessin aikana. Valmistuneet mallit esiteltiin kokouksissa ja ne toimitettiin toimeksiantajalle pääsääntöisesti internetsivujen muodossa. Tässä opinnäytteessä esitellään mallinnustyön eteneminen vaiheittain alusta loppuun. Työryhmän eri osapuolet työskentelevät kokousten ulkopuolella hajautetusti, mikä aiheuttaa haasteita viestinnälle. Opinnäytteen teoriaosiossa esitellään sähköpostin luonnetta viestimenä, sähköpostin käyttötapoja sekä viestimen valintaan vaikuttavia tekijöitä.The aim of this functional thesis was to model the user interface for Kirjasampo. Kirjasampo is a public Internet literature service currently under construction. In this case, modelling meant making drafts of different parts of the service, which included, among other things, designing search functions, usability, and space utilization. The practical work took place between February and April 2009. Complete models were made of front pages of the service and author search, the reference listings of books and authors, the information pages of individual books and authors, and of the user profile. The thesis was made on behalf of the Turku city library's assignment. However, the Vaasa city library's KITKA project group and kirjastot.fi also had a significant impact on designing the models. The work group assembled four times during the thesis process. The models completed after the last meeting were presented to the group next time and they were mostly delivered to the client in form of Internet pages. In this thesis the progress of the modelling work is presented in stages from the beginning to the end. The different parties of the work group operate in different cities outside the meetings, which presents a challenge to the communication. The theory chapter discusses the nature of email as a media, the ways of using email, and the factors influencing people's media choice

Campo magnético : diseño y evaluación de estrategias de enseñanza basadas en el aprendizaje como investigación orientada

Este trabajo se inspira en una secuencia de enseñanza constructivista; más concretamente en el modelo conocido por «enseñanza aprendizaje como investigación orientada». De acuerdo con esta base teórica, hemos desarrollado una investigación empírica que se enmarca dentro de la enseñanza del magnetismo en el ámbito universitario. Se ha desarrollado una «secuencia de actividades», así como un «plan de instrucción» para grupos experimentales. El diseño que hemos realizado nos ha permitido evaluar el nivel de aprendizaje conseguido por los estudiantes, en lo que se refiere a los contenidos de tipo conceptual, procedimental y actitudinal. Los resultados obtenidos parecen indicar que los materiales desarrollados, así como la forma en que hemos trabajado con ellos, han contribuido a un aprendizaje más significativo y han favorecido que los estudiantes tengan una actitud más positiva hacia el aprendizaje de esta área de la física.The aim of this study is to analyse students' ideas about the nature of the magnetic field. We have assumed that a signifi cant knowledge of the source of magnetic fi eld is a basic prerequisite when students are to reason about electromagnetic phenomena. In order to analyse students' explanations we have taken into account the fact that individual build mental representations to help them understand the functioning of a physic system. These mental representations include different explanatory categories of reality in one same individual depending on the context and the contents concerned. Therefore, we have designed an open-question questionnaire with emphasis on explanations so as to analyse the students' reasoning. The results found seem to confirm that students do have serious difficulties in learning the theory of magnetic field

Propuesta de enseñanza en cursos introductorios de física en la universidad, basada en la investigación didáctica : siete años de experiencia y resultados

El objetivo de este trabajo es presentar los resultados de una innovación educativa en primer curso de física basada en un modelo de enseñanza como investigación orientada. Este modelo ha sido presentado en diferentes trabajos anteriores y se articula en la idea de que el aprendizaje y la enseñanza de las ciencias pueden desarrollarse como un proceso de (re)construcción de conocimientos en un contexto inspirado en el propio de la investigación científica y guiado por el profesorado. La propuesta se ha llevado a cabo en dos escuelas de ingeniería de la Universidad del País Vasco. Se presentan los resultados conseguidos durante varios años y se comparan con los obtenidos en la enseñanza habitual de las mismas escuelas. La innovación realizada aporta evidencias de que una enseñanza que engloba los aspectos conceptuales, procedimentales y actitudinales hace posible obtener resultados mejores en el aprendizaje de la física en primer curso de universidad.The objective of this work is to present the results of an educational innovation in first year physics based on a oriented research teaching approach. This model has been presented in different previous works and is based on the idea that learning and teaching of sciences can be developed as a process of (re)constructing knowledge in a context which is inspired by scientific research and guided by the teaching staff. This innovation has been done in two Engineering Schools in the University of the Basque Country. The results from several years of didactic innovation are presented and compared with those obtained from the usual teaching style in the same Schools. The innovation provides evidence that a teaching method which encompasses concepts, procedures and attitudes can produce better results in learning physics in the first year at university

La resolución de problemas basada en el desarrollo de investigaciones guiadas en cursos introductorios de física universitaria

En este artículo, frente a la instrucción tradicional en resolución de problemas, proponemos la metodología denominada «resolución de problemas como desarrollo de investigaciones guiadas» que se encuentra enmarcada en el amplio abanico de propuestas de resolución de problemas como actividad basada en la investigación (Inquiry-Based Problem Solving). Los objetivos de este artículo son, en primer lugar, indagar cómo la implementación de la estrategia de resolución de problemas basada en el desarrollo de investigaciones guiadas (Guisasola et al., 2008) puede ayudar a que los estudiantes mejoren sus habilidades en procedimientos propios de la metodología científica para resolver problemas. En segundo lugar, mostrar evidencias de la mejora en resolución de problemas de los grupos experimentales frente a grupos de estudiantes que siguen una enseñanza tradicional y, en tercer lugar, explorar el efecto de la propuesta de resolución de problemas en las actitudes de los estudiantes. Se aportan evidencias de los resultados de la implementación con estudiantes de primer curso de Ingeniería.Compared to traditional instruction on solving problems, this article is proposing a methodology known as «problem solving by developing guided research» which is framed within the wide range of problem solving proposals in Inquiry-Based Problem Solving. This article firstly aims to investigate how implementing a problem solving strategy based on developing guided research (Guisasola et al., 2008) can help students to improve their skills in scientific methodology procedures to solve problems. Secondly, it aims to provide evidence of improvements in problem solving within experimental groups compared to groups of students following traditional teaching and thirdly, to explore the effect of the problem solving proposal on students' attitudes. Evidence is provided from the results of implementing this methodology among first year university engineering students

Dificultades persistentes en el aprendizaje de la electricidad : estrategias de razonamiento de los estudiantes al explicar fenómenos de carga eléctrica

Este trabajo analiza las formas de razonamiento de estudiantes universitarios en las explicaciones sobre procesos de carga eléctrica en cuerpos. Al indagar en las formas de razonamiento utilizadas por los estudiantes para explicar estos fenómenos, se ha utilizado una combinación de diseños cuantitativos y cualitativos, cuestionarios y entrevistas, con objeto de tener en cuenta los múltiples aspectos de las concepciones de los estudiantes. La investigación desarrollada muestra que los fenómenos de carga eléctrica de cuerpos, que se encuentran entre la electrostática y la electrocinética, presentan serias dificultades de aprendizaje. En particular, se muestra que conceptos importantes de la teoría eléctrica como carga, diferencia de potencial y capacidad eléctrica no son utilizados científicamente por una mayoría de estudiantes, incluso después de haber realizado cursos introductorios de física, al intentar explicar los procesos de carga eléctrica de un cuerpo.This research studies university students' reasoning when they explain electrical charge phenomena. Different designs were used for this research (quantitative and qualitative schemes, tests and surveys) in order to try to get an idea of the students' knowledge. It showed that students do not use potential difference and electrical capacity in a scientific way to explain the phenomena of the electrical charge of the body, although they had taken elementary physics courses