Marín Martínez, Nicolás

Segura García, Luis Manuel

Repositorio da Universidade da Coruña

CONSTRUCCIÓN DE UN CUESTIONARIO SOBRE OPERADORESA1ECÁNICOS l. INTRODUCCIÓN Marín Martínez, Nicolás Universidad de Almería Luis Manuel Segura García Colegio Virgen del Mar. Almería El objeto de investigación en este trabajo será el contenido "Operadores mecánicos", el cual supone una propuesta relativamente novedosa en la enseñan-za del Medio Natural para Primaria en la LOGSE. Algunas de las razones por las que se ha elegido son: • El contenido es importante en la medida que permite al alumnado de Primaria una mejor adaptación al entorno cotidiano en el que se desen-vuelve. Dicho medio está lleno de operadores mecánicos (cerradura, abrelatas, tijeras, etc), eléctricos (enchufe, interruptor, secador, etc), térmicos (horno, calentador, termo, etc) y electrónicos (TV, ordenador, mando, etc). " Su vinculación con construcciones sencillas de máquinas simples y aparatos, material didáctico y lúdico, hace que el contenido se encuen-tre en la línea de potenciar la educación tecnológica tal y como sugiere la LOGSE, distintos proyectos curriculares (Unesco, 1982; SCIIS, 1985) y las tendencias de enseñanza de las Ciencias sugeridas en CTS (Solbes y Vilches, 1992; Acevedo, 1996; Membiela, 1997). " Su componente procesual ("saber hacer") es muy importante, ya que permite desarrollar en el alumno su pensamiento lógico, llenando de significado muchos algoritmos matemáticos y lógicos (función lineal, proporciones, transformaciones matemáticas, etc), que sin este tipo de soporte físico es más difícil o casi imposible de adquirir. Por otro lado, permite el desarrollo del pensamiento hipotético-deductivo del discente ya que el objetivo de construir un operador "que funcione" le lleva a 395 LA DIDÁCTICA DE LAS CIENCIAS. TENDENCIAS ACTUALES reglajes cognoscitivos que lo encaminan en esta dirección (Inhelder y Piaget, 1972). El concepto de "operador mecánico" que se contempla en la enseñanza del Medio Natural de Primaria es mucho más amplio y recoge mejor la realidad natural cotidiana del alumno que el viejo contenido que sustituye: "máquinas simples" que invariablemente se solía reducir al estudio de la palanca y sus tres géneros. En efecto, existen un gran número de operadores: eléctricos, electróni-cos, térmicos, luminosos, etc. En este trabajo centramos nuestro estudio en la construcción de un cuestionario para delimitar el conocimiento inicial que los alumnos tienen sobre los operadores mecánicos, considerando como tales los objetos, piezas o combinación de éstos que al aplicarles de forma adecuada una fuerza mecánica la transforman en alguno de sus atributos. Este diseño se apoya, por un lado, en el estudio lógico del contenido y, por otro, en la aplicación de un cuestionario previo a fin de tener una primera toma de contacto con las concepciones del alumnado y acomodar el cuestionario definitivo a éstas. 2. TIPOS DE OPERADORES: UN ESTUDIO DEL CONTENIDO Un paso previo para construir un cuestionario que determine el conoci-miento del alumno sobre los operadores mecánicos, es establecer criterios para realizar un estudio sistemático de los tipos de operadores existentes; se intenta con esto conocer por nuestra parte, con cierta profundidad y extensión, todos los elementos que pertenecen al conjunto de los "operadores mecánicos", así como las diversas transformaciones posibles que pueden realizar sobre una fuerza mecánica. Lo anterior también es válido para explicitar el conocimiento que tene-mos sobre operadores, conscientes de que el proceso de delimitar las concepcio-nes del alumno supone una interacción entre el conocimiento de los constructo-res del cuestionario y de k>s que lo responden (Marín, 1998). El conjunto de operadores que serán objeto de estudio se ha reducido a las "piezas sólidas que pueden transformar la fuerza mecánica"; en un inicio del estudio se encontraron 15 transformaciones posibles que se corresponden con todas las combinaciones posibles de los cuatro atributos que definen a la fuerza que se aplica sobre el operador: punto de aplicación, intensidad, dirección y sentido. La progresión del estudio de los operadores sirvió para percibir que la mayoría suponían la rotación de una o dos piezas unidas en el punto de giro (pinzas, tijeras, alicates, palancas, etc), o dicho de otro modo, lo que transforman 396 CONSTRUCCIÓN DE UN CUESTIONARIO SOBRE OPERADORES MECÁNICOS la mayoría de los operadores son momentos de la fuerza y no la fuerza misma. Consecuentemente, fue añadido un nuevo criterio al considerar el tipo de movi-miento transformado entre la entrada (E) y la salida (S), el cual podía ser de traslación o de rotación; ésto aportó 4 posibilidades E-S sobre las anteriores combinaciones, con lo que se obtenía un total de 60 posibilidades lógicas de transformación. Un número tan alto de tipos de transformación no es nada práctico para diseñar un cuestionario y exige una reducción, la cual es posible si se cambian los criterios o si se aprecian que algunas transformaciones lógicas no son posi-bles físicamente y tampoco en el caso de existir relaciones de covarianza o de relación causal entre factores. Se optó por esta última solución y así se pudo apreciar que: • Un operador mecánico no puede ser puntual, requiere una extensión pa-ra que se produzca una transformación. Por tanto, no puede existir cambios en la intensidad si no hay también cambios en el punto de aplicación. • El atributo "punto de aplicación" debe tomarse en un sentido amplio (también como cambio en el área de aplicación entre E y S) para dar cabida a operadores tan importantes como la púa, el punzón o el cuchi-llo. • Si hay cambio de dirección también lo hay de sentido. Lo contrario no es cierto. " La dirección y sentido de una sola fuerza de entrada coincide con el movimiento de entrada. La dirección y sentido de la fuerza de salida coincide con el movimiento de salida. • Para que un operador actúe como tal, es decir, transforme la fuerza de entrada, debe aplicarse sobre algún objeto o pieza material. La misma acción "en el aire" no transforma nada. La aplicación de las restricciones a las 60 posibilidades iniciales limitan éstas a sólo 24 transformaciones posibles, las cuales se han estructurado en la tabla l. Respecto a las agrupaciones de operadores realizadas en la tabla habría que resaltar lo siguiente: 397 lA DIDÁCTICA DE lAS CIENCIAS. TENDENCIAS ACTUALES • En las transformaciones traslación-traslación hay algunos grupos de operadores que merece la pena ser considerados en el cuestionario dado que tienen una notable incidencia en el ámbito cotidiano: los operado-res sin cambio de intensidad pero con cambio del área de aplicación de la fuerza mecánica (punzón, púa, cuchillo, cúter, etc) y los que cambian la intensidad (combinación de poleas, cuña, plano inclinado, etc); este último grupo con menor incidencia. • El tipo de operador con más presencia en el entorno cotidiano es rota-ción-rotación con cambio en la intensidad. Ejemplos de éste operador son: palanca,. pinzas, tijeras, abrelatas, llave inglesa, martillo, destorni-llador, etc. Es plausible pensar que dichos operadores son los que con más frecuencia interacciona el alumnado. • Por el contrario, existen otros operadores con transformaciones lógicas definidas por rotación-traslación o viceversa, sin cambios en la intensi-dad que no tienen uso en situaciones cotidianas (ver tabla 1). Ahora bien, habría que destacar por su incidencia en el ámbito cotidiano los operadores con cambio de intensidad (sacacorchos, rueda, carreta, tor-nos y émbolos). En definitiva, el trabajo de clasificar operadores aporta una sistemática útil para construir el cuestionario, a la vez que explícita el conocimiento de los investigadores sobre este tema. 398 CONSTRUCCIÓN DE UN CUESTIONARIO SOBRE OPERADORES MECÁNICOS 3. UNA PRIMERA APROXIMACIÓN AL CONOCIMIENTO DEL ALUM-NADOSOBRELOSOPERADORES El nivel de conocimientos usado para realizar la anterior clasificación de operadores puede estar más cerca o más lejos del que posee el alumnado sobre el tema; el único modo de conocer la "distancia" entre ambos conocimientos es realizando un primer sondeo. Un modo de acercarnos al conocimiento del alumnado sobre operadores es realizando una revisión bibliográfica; desgraciadamente, hasta donde se ha revisado, no se ha encontrado en la bibliografía ningún trabajo sobre concepcio-nes en operadores, al menos en los 20 últimos años, lo que nos obliga a realizar la aproximación al conocimiento del alumno casi desde cero. Sobre una muestra de primaria de 41 alumnos se ha pasado un cuestiona-rio dividido en cuatro tareas: Tarea 1: Trata de hacer la primera aproximacwn al conocmnento del alumnado sobre operadores, intentando discernir la necesidad de un operador para solucionar un problema cotidiano y en qué medida éste facilita la tarea. Tarea 2: Trata de diferenciar entre la acción de la mano y la del operador ante una diversidad de situaciones. Tarea 3: Evalúa la adecuación de los operadores para resolver algunas actividades más o menos cotidianas. Tarea 4: Trata de discriminar las situaciones con operadores que facilitan la actividad de aquellas que no lo hacen. En el anexo 1 se expone dicho cuestionario. Una vez que se administró y agrupados los datos, se realiza el análisis de éstos: La pregunta la versa sobre la necesidad de herramientas para realizar di-versas actividades. Cuando éstas son sencillas, como "clavar una púa" o "abrir una lata de atún" toda la muestra sabe que es necesario usar una herramienta, ahora bien, esta claridad de ideas se dispensan para "abrir una botella de agua" donde 16 alumnos opinan que se requiere una herramienta y aún más para las acciones de "correr" y "escribir" donde 17 y 36 respectivamente ven la necesidad de herramientas. Puede que en "escribir" consideren que el lápiz o el bolígrafo son las herramientas, lo que sería una equivocación conceptual, pero no así "co-rrer". 399 LA DIDÁCTICA DE LAS CIENCIAS. TENDENCIAS ACTUALES En la pregunta lb, complementaria a la anterior, se pide valorar la mayor facilidad o dificultad de usar cada herramienta en una deterrrrinada actividad. Nuevamente encontramos que para actividades sencillas valoran bien, así es fácil usar una goma para borrar (39), encender la luz con un interruptor (37) o recortar un dibujo con las tijeras (38) y más difícil descorchar una botella con un martillo (28; 7 no lo saben) o clavar una púa con una rueda (25; 8 no lo saben). Sin em-bargo en otros casos hay confusión (ver tabla 2). Tabla 2 Fácil Regular Dificil No saben Partir un boligrafo con un cúter 17 11 11 2 Sacar una púa con un cortaúñas 6 6 17 12 Lijar madera con destornillador 6 3 25 6 Atornillar con llave inglesa 11 7 18 5 Así pues, con los datos de la y lb se puede decir que, ante interacciones de actividades de cierta envergadura con herramientas, las previsiones o valora-ciones son difusas. En la cuestión 2a se intenta ponderar la capacidad del alumnado de dis-criminar entre el uso de la mano y la herramienta para abordar con éxito un problema, nuevamente encontramos situaciones donde parece tenerlo claro (ver tabla 3). Tabla3 Mejor con nna Mejor con la No lo saben herramienta mano Sacar un tornillo 38 2 o Abrir botella de agua 1 37 o Abrir una nuez 34 4 o Mientras en otras situaciones, se percibe que aumenta la confusión (ver tabla 4). Tabla 4 Mejor con nna Mejor con la No lo saben herramienta mano Abrir cartón de zumo 7 34 o Leer un libro 15 19 5 400 CONSTRUCCIÓN DE UN CUESTIONARIO SOBRE OPERADORES MECÁNICOS La cuestión 3a ofrece manifestaciones del conocimiento de los alumnos sobre operadores ricas en detalles: sólo cuatro situaciones problemáticas son seleccionadas usando la herramienta adecuada: cortar un alambre (37 toman los alicates), sacar un tomillo (31 lo hacen con destornillador), alisar un papel (con rodillo, 37) y cortar pan (que 38 usan el cuchillo), en las demás situaciones se hacen propuestas que denotan una comprensión del funcionamiento de los ope-radores que no siendo la más adecuada, tampoco es incorrecta; a destacar las siguientes combinaciones: Para coger la pila-botón proponen la mano (17) y las pinzas (21 ), para mover una piedra pesada proponen usar palancas (11), una polea (19) o un tomo (6), para hacer un agujero en la pared se requiere una chincheta (7), un martillo (3), un sacacorchos (3) o un taladro (27), etc. La cuestión 4a supone un acercamiento al conocimiento del alumno so-bre los cambios de intensidad en los operadores; los resultados aunque sencillos, son muy concluyentes: muestran la necesidad de seguir indagando en esta direc-ción en sucesivos trabajos ya que ante la sencillez de las situaciones presentadas los alumnos sólo parece dominar los cambios de intensidad en la palanca (sólo un 7% de errores), no así para operadores donde intervienen engranajes, poleas y destornilladores donde los errores son iguales y superiores al 50%. 4. COMENTARIO SOBRE DIRECCIONES DE TRABAJO EN EL FUTURO CUESTIONARIO Los resultados que arroja el cuestionario previo y el estudio de los tipos de operadores nos marcan diferentes direcciones para desarrollar el cuestionario definitivo. En primer lugar se aprecia que los operadores es una temática de investi-gación realmente compleja ya que, por un lado, el conocimiento sobre los opera-dores se aparta de los contenidos académicos que usualmente han integrado la Física Clásica para acercarse al conocimiento tecnológico (cremalleras, cizallas, engranajes cónicos, inclinación de la rosca, etc), por otro, las primeras indaga-ciones sobre el conocimiento del alumnado dejan entrever que, en términos globales (mayor o menor conocimiento de los distintos operadores), se puede delimitar éste, sin embargo, si el trabajo se quiere llevar a cabo con mayor preci-sión considerando los problemas de la transmisión de los distintos atributos de la fuerza mecánica conlleva problemas de dirección y sentido, de cambios de inten-sidad, de reglas cuantitativas entre causa y efecto (por ejemplo, la ley de la pa-lanca), que abren nuevas direcciones de investigación que deberán ser abordadas en sucesivas investigaciones. 401 LA DIDÁCTICA DE LAS CIENCIAS. TENDENCIAS ACTUALES Además, trabajos piagetianos realizados sobre problemas de dirección, sentido e intensidad (Piaget, 1946; 1973) muestran que su resolución exigen un pensamiento formal. Por ejemplo, problemas sencillos donde se exige aplicar la regla del paralelogramo para encontrar la solución, incluso sujetos del nivel operacional formal tienen dificultades para resolver problemas donde no hay simetría en la composición de fuerzas (Piaget, 1975). 5. REFERENCIAS ACEVEDO, J.A. 1996, La formación del profesorado de enseñanza secundaria y la educación CTS. Una cuestión problemática. Revista Interuniversitaria de Formación del Profesorado, Nº26, pp. 131-144. INHELDER, B. y PIAGET, J. 1972. De la lógica del niño a la lógica adolescente (Paidos, Buenos Aires). (Ver.orig. De la logique de l'enfant a la logique de l'adolescent. Presses Universitaires de France. París. 1955). MARÍN, N. 1998. Fundamentos de Didáctica de las Ciencias Experimentales (Servicio de Publicaciones de la Universidad de Almería, Almería). M.E.C. 1993. Ley Organica de Ordenación General del Sistema Educativo (LOGSE) (BOE (31-12-93), Madrid). MEMBIELA, P. 1997. Una revisión del movimiento educativo cien-cia-tecnología-sociedad. Enseñanza de las Ciencias, Vol.l5, Nºl, pp. 51-57. PIAGET, J. 1946. Les notions de mouvement et de vitesse chez l'enfant (P.U.F., Paris). PIAGET, J. 1975. La composición de la fuerzas y el problema de los vectores (Morata, Madrid). (Ver.orig. La composition des forces et le probleme des vecteurs. P.U.F. Paris. 1973). SCIIS. 1985. Science Curriculum Improvement Study (Delta Education, Nashua. NH). SOLBES, J. y VILCHES, A. 1992. El modelo constructivista y las relaciones cien-cia/técnica/sociedad (C/T/S). Enseñanza de las Ciencias, Vol.lO, Nº2, pp. 181-186. Unesco. 1982. Nuevo Manual de la Unesco para la enseñanza de las Ciencias (Sudamericana, Buenos Aires). 402 CONSTRUCCIÓN DE UN CUESTIONARIO SOBRE OPERADORES MECÁNICOS ANEXO! TAREA Nº 1 ¿CUÁNDO SE ESTÁ UTILIZANDO UN OBJETO COMO OPERADOR? la. Como sabrás en muchos trabajos se necesitan utilizar máquinas y en otros no. Rellena la siguiente tabla, colocando una X en la casilla correspondiente. Al final coloca el nombre de la máquina que creas necesaria. ACTIVIDAD NO NECESITAMOS HERRAMIENTA NECESITAMOS HERRAMIENTA CLAVAR UN CLAVO CORRER SACAR UN CUBO DE UN POZO ESCRIBIR ABRIR UNA LATA DE ATÚN ABRIR UNA BOTELLA DE AGUA lb. En muchas situaciones cotidianas utilizamos herramientas para que nos faciliten nuestro trabajo en una determinada tarea. Rellena la siguiente tabla, señalando la casilla que creas correspondiente en cada caso. ACTIVIDAD HERRAMIENTA Es FÁCIL NI FÁCIL NI DIFÍCIL Es DIFÍCIL NO LOSE BORRAR GOMA ELEVAR UN GRAN PAQUETE POLEA CORTAR UN ALAMBRE ALICATES ENCENDER LA LUZ INTERRUPTOR PARTIR UN BOLÍGRAFO CúTER SACAR UN CLAVO CORTAÚÑAS DESCORCHAR UNA BOTELLA MARTILLO LUAR UNA MADERA DESTORNILLADOR RECORTAR UN DIBUJO TUERAS ATORNILLAR UN TORNILLO LLAVE INGLESA CLAVAR UN CLAVO RUEDA 403 lA DIDÁCTICA DE lAS CIENCIAS. TENDENCIAS ACTUALES TAREA Nº2 DIFERENCIACIÓN DE LA ACCIÓN DE LA MANO Y EL OPERADOR 2a. Rellena la siguiente tabla, colocando en cada una de las situaciones que se te plantean, que utilizarías para realizar la tarea con más facilidad, según tu criterio. TAREA Uso UNA HERRAMIENTA Uso LA MANO NO LOSE ~ ABRIR UNA BOTELLA 4., ~SACAR UN TORNILLO p ~ ABRIR UN CARTÓN DE ZUMO (liD LEVANTAR UN TONEL LLENO ' 1i1 CAMINAR ~ ~ l.EERUNUBRO Q ABRIR BOTELLA DE AGUA IJ ABRIR UNA NUEZ TAREA Nº3 ADECUACIÓN DEL OPERADOR AL PROBLEMA 3a. Observa y lee la siguiente lista de herramientas y operadores, con ella vas a rellenar la tabla de la actividad siguiente. Rellena la siguiente tabla, colocando tres de los operadores que te puedes encontrar en la lista anterior, ordenándolos por orden de utilidad, colocándolos de izquierda a derecha, del más útil al menos útil. ~ ~ ' ~ ' 4 ALICATES CHINCHETA CORTAFRÍO CORTAÚÑAS CUCHILLO MANo ' ' 0 ~ ' ~ DESTORNILlADO CúTER R ENGRANAJE GATO LLAVE INGLESA CUÑA ' ~ ' (i ~ ~ MARTILLO PALANCA PINZAS POLEA RoDILLO SACACORCHOS ~ ~ ~ TALADRO MANUAL TIJERAS TORNO 404 CONSTRUCCIÓN DE UN CUESTIONARIO SOBRE OPERADORES MECÁNICOS TAREA Nº4 PREVISIÓN DE CAMBIOS DE INTENSIDAD 3a. Existen numerosas situaciones en las cuales las herramientas nos ayudan a realizar un esfuerzo con la utilización de una menor fuerza, compara cada par de situaciones e indica en el recuadro sombreado en cual realizarías menos esfuerzo. TAREA HERRAMIENTA ÚTIL TAREA HERRAMIENTA ÚTIL ABRIR UNA LATA ALISAR UNA HOJA CORTAR UN ALAMBRE COGER UNA PILA-BOTÓN PARTIR UNA HOJA ABRIR UN TRONCO MOVER UNA GRAN PIEDRA ELEVAR UN CUBO SACAR UN TORNILLO ABRIR UNA LATA DE REFRESCO AGUJEREAR UNA PARED CORTAR EL PAN ELEVAR UN GRAN PESO PICAR UNA HOJA DESTAPAR UNA BOTELLA DOBLAR ALAMBRE DE ACERO 405 

Construcción de un cuestionario sobre operadores mecánicos

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Construcción de un cuestionario sobre operadores mecánicos

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