Nuestro trabajo trata de las dificultades que aparecen a nivel de universidad en el análisis del funcionamiento de circuitos sencillos de corriente continua que incluye los conceptos de energía y de corriente eléctrica

Guisaola Aranzabal, J.

Montero Moreno, A.

Diposit Digital de Documents de la UAB

UN MODELO ENERGÉTICO PARA LA ENSEÑANZA DELCONCEPTO DE FUERZA ELECTROMOTRIZ. DIFICULTADES DELOS ESTUDIANTES Y PAUTAS PARA UNA SECUENCIA DEENSEÑANZA.MONTERO MORENO, A. (1) y GUISASOLA ARANZABAL, J. (2)(1) Física y Química. Universidad del País Vasco a.montero.m@telefonica.net(2) Universidad del País Vasco. jenaro.guisasola@ehu.esResumen  Nuestro trabajo trata de las dificultades que aparecen a nivel de universidad en el análisis delfuncionamiento de circuitos sencillos de corriente continua que incluye los conceptos de energía y decorriente eléctrica.      OBJETIVOS              Nuestro trabajo trata de las dificultades que aparecen a nivel de universidad en el análisis delfuncionamiento de circuitos sencillos de corriente continua. Mulhall et al. (2001) concluyen que losprofesores presentan dificultades para describir en un marco coherente las transformaciones energéticasque tienen lugar en un circuito.         Un conjunto de razones convergen en la elección del concepto de fuerza electromotriz en el ámbito delos circuitos eléctricos de corriente continua (Guisasola et al. 2005). En primer lugar el concepto estáincluido en los programas de Secundaria pos obligatoria (16-18 años), así como en los primeros cursosuniversitarios de ciencias e ingeniería. En segundo lugar, se trata de una noción imprescindible para explicarel funcionamiento de un circuito de corriente continua. En tercer lugar, las pilas, que podemos concebircomo aplicación tecnológica del concepto de fem, constituyen en la actualidad un mecanismo que haconformado nuestro confortable mundo tecnológico. Ni las comunicaciones (teléfonos, ordenadoresVIII CONGRESO INTERNACIONAL SOBRE INVESTIGACIÓN EN LA DIDÁCTICA DE LAS CIENCIAS (ISSN 0212-4521)http://ensciencias.uab.espág 227portátiles…), las aplicaciones médicas (marcapasos, audífonos…) o el ocio (con su pléyade de juegos detodo tipo) serían lo que son sin las pilas y baterías clásicas, por no hablar de la esperanza que suponen laspilas de última generación en el capítulo de los transportes.   MARCO TEÓRICO  Partimos de la idea de “indicador de aprendizaje” como referencia para nuestro análisis. La noción deindicador de aprendizaje nos permite secuenciar las etapas que los profesores tenemos que abordarcuando diseñamos programas de enseñanza (Guisasola et al 2008).               Desde el punto de vista de la física, es bien sabido que para tener una corriente entre dos puntos deun hilo conductor es necesaria la existencia de una diferencia de potencial entre esos puntos. Una forma degenerar una diferencia de potencial es mediante la separación de cargas de distinto signo, y en el caso delos circuitos de corriente continua esta función la realiza la pila. En el contexto de circuitos eléctricossencillos, la fuerza electromotriz es la magnitud que cuantifica la energía cedida a cada unidad de carga, loque sucede en el interior de la pila a través de una serie de acciones eléctricas no electrostáticas.Mientras que la diferencia de potencial cuantifica la transferencia de energía de la unidad de carga entre dospuntos del circuito exterior a la pila. Ambas magnitudes cuantifican una transferencia de energía queinvolucra a la unidad de carga que se mueve por el circuito, pero su ámbito de aplicación es diferente; lafem es una magnitud característica de la pila, la diferencia de potencial es una magnitud que opera en laparte del circuito exterior a la pila.      METODOLOGÍA              Para investigar las dificultades de los estudiantes se utilizó un cuestionario basado en el análisis delmarco teórico y epistemológico de la Física. Se propuso a estudiantes de 3º curso de Físicas en situaciónde examen.              Las contestaciones de los estudiantes fueron examinadas de forma independiente por dos miembrosdel grupo de investigación, buscando similitudes y diferencias, seleccionando enunciados significativos ycomparándolos entre sí para obtener casos de acuerdo o de variaciones, y después agrupar dichosenunciados en categorías (Watts et al. 1997). Una vez se establecieron las categorías iniciales se reunieronlos investigadores para discutir las que cada uno había encontrado y revisarlas hasta llegar a un consensode categorías finales. El cuestionario fue cumplimentado por la totalidad de los 56 estudiantes del  3er cursode Físicas en la Universidad de Granada.              Como ejemplo se presenta la cuestión Q2, que tiene como objetivo indagar sobre la comprensión delos estudiantes de los conceptos de diferencia de potencial y de fem.   VIII CONGRESO INTERNACIONAL SOBRE INVESTIGACIÓN EN LA DIDÁCTICA DE LAS CIENCIAS (ISSN 0212-4521)http://ensciencias.uab.espág 228  Q2. Como conoces en el generador de Van der Graaf el rozamiento de una cinta de material aislante enmovimiento da lugar a una separación de cargas negativas en la esfera metálica (zona A) y positivas en lazona B (ver figura). Si se coloca un cable conductor entre la zona A y la zona B, dos estudiantes hacen lasiguiente predicción:    E1: Se produce una corriente eléctrica debido a la diferencia de potencial entre ambas zonas.  E2: En el generador no hay fuerza electromotriz ya que no es una pila y por tanto no habrá paso decorriente.  ¿Cuál de las anteriores crees que es la predicción correcta? Justifica tu respuesta.              El 46,5% (N= 26) de las respuestas señalan que el estudiante E1 realiza la predicción correcta, perosólo el 16% (N= 9) explican que es la diferencia de potencial entre dos puntos la causa de la corrienteeléctrica. La mayoría de estas respuesta (N=17) explican que existirá corriente debido a la diferencia de“cantidades de carga” acumuladas en ambas zonas (N=12), o bien, porque se acumulan cargas de diferentesigno y se atraerán (N=5). De las 9 respuestas que justifican correctamente la predicción del estudiante E1,cinco (9%) explican también por qué es incorrecta la predicción del estudiante E2, al señalar que el trabajorealizado para separar las cargas es la fem, como consecuencia tendremos la diferencia de potencial quehace mover las cargas por el cable entre la zona A y la B. Sin embargo, de las 25 respuestas al comentariodel estudiante E2 la gran mayoría (N= 17) se centran en que no es posible que exista fem en un generadorde Van der Graaf.               Otras preguntas del cuestionario están relacionadas con el balance energético de un circuitoformado por una pila, cables y bombillas. Se presentarán la totalidad de los resultados y su convergencia.   VIII CONGRESO INTERNACIONAL SOBRE INVESTIGACIÓN EN LA DIDÁCTICA DE LAS CIENCIAS (ISSN 0212-4521)http://ensciencias.uab.espág 229  CONCLUSIONES               Las dificultades de los estudiantes parecen fuertemente relacionadas con la ausencia de un análisisdel balance energético que tiene lugar en el conjunto del circuito, lo que se agrava si en las explicaciones sehacen intervenir las magnitudes trabajo o campos eléctricos ya sean conservativos o no. Será necesariodiseñar tareas y problemas que lleven a comprender que la diferencia entre las magnitudes fuerzaelectromotriz y la diferencia de potencial viene dada por medir  diferentes tipos de acciones producidas porcausas radicalmente diferentes. En la primera están implicadas fuerzas y campos eléctricos noconservativos y en la segunda fuerzas y campos eléctricos conservativos.      BIBLIOGRAFÍA  Guisasola, J., Montero, A. y Fernández, M. (2005). Concepciones de futuros profesores de ciencias sobreun concepto ‘olvidado’ en la enseñanza de la electricidad: la fuerza electromotriz, Enseñanza de lasCiencias 23(1), 47-60.  Guisasola, J., Furió, C. and Ceberio, M. (2008) Science Education based on developing guided research,Edited by M.V. Thomas in Science Education in Focus p. 55-85. Nova Science Publisher.  Mulhall P., Mckittrick B. & Gunstone R. 2001. A perspective on the resolution of confusions in the teaching ofelectricity, Research in Science Education 31, 575-587.  Watts, M, Gould, G. & Alsop, S., 1997. Questions of understanding: Categorising pupils’ questions inScience.  School Science Review, 79, 57-63.  CITACIÓNMONTERO, A. y GUISASOLA, J. (2009). Un modelo energético para la enseñanza del concepto de fuerza electromotriz.dificultades de los estudiantes y pautas para una secuencia de enseñanza.. Enseñanza de las Ciencias, Número ExtraVIII Congreso Internacional sobre Investigación en Didáctica de las Ciencias, Barcelona, pp. 227-230http://ensciencias.uab.es/congreso09/numeroextra/art-227-230.pdfVIII CONGRESO INTERNACIONAL SOBRE INVESTIGACIÓN EN LA DIDÁCTICA DE LAS CIENCIAS (ISSN 0212-4521)http://ensciencias.uab.espág 230

Un modelo energético para la enseñanza del concepto de fuerza electromotriz. dificultades de los estudiantes y pautas para una secuencia de enseñanza

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