IDEAS DE LOS PROFESORES DE FÍSICA SOBRE LA ENSEÑANZA DE LA SOLUCIÓN DE PROBLEMAS EN EL BACHILLERATO

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1 IDEAS DE LOS PROFESORES DE FÍSICA SOBRE LA ENSEÑANZA DE LA SOLUCIÓN DE PROBLEMAS EN EL BACHILLERATO Emma Jiménez, Colegio de Bachilleres, México D.F. Pilar Segarra, Facultad de Ciencias, UNAM 1. INTRODUCCIÓN A pesar de que dar solución a problemas es considerado un aspecto primordial para el aprendizaje de la Física, las investigaciones sobre este tema invariablemente coinciden en señalar que los estudiantes logran poco éxito y que se requieren cambios en la forma en que ésta se lleva acabo. Si bien existe coincidencia en este aspecto, no existe acuerdo en la forma en qué se ha de cambiar y cómo es preciso hacerlo. Para abordar la polémica sobre la solución de problemas como estrategia de aprendizaje para la física es necesario descender hasta el fondo. Dentro de la enseñanza, diversos autores (Garret, 1995; Pozo, Postigo y Gómez, 1995; Perales, 2000), han tratado de definir lo que es un problema. A pesar de que no hay un total acuerdo entre ellos, sí es posible derivar una serie de características relevantes que comparten las situaciones a las cuales se les llama problema: es una situación para la que se demanda una respuesta es una situación que se ubica dentro de lo que en ese momento entendemos, pero que se encuentra cerca del límite de nuestras estructuras cognitivas presenta una situación nueva o sorprendente, interesante o inquietante se conoce el punto de partida y el punto de llegada, pero no los procesos mediante los cuales es posible llegar genera un conflicto para el que no se tiene una respuesta inmediata concebir a una situación como un problema está en función de los conocimientos y comprensión de la persona que se enfrenta a ella, lo que es un problema de física para los estudiantes, es muy probable que para el profesor no lo sea.

2 2. LA SOLUCIÓN DE PROBLEMAS DENTRO DE LA ENSEÑANZA DE LA FÍSICA. Las experiencias de los docentes, así como los usos, costumbres y valores de nuestro entorno hacen que los profesores conciban ideas sobre la solución de problemas que llevan consigo y ponen en juego cuando les corresponde enseñar física. Y, al igual que sucede con los alumnos estas ideas parecen funcionar satisfactoriamente. Por ejemplo: un profesor de física en un curso con estudiantes de 13 a 14 años, aplicó como parte de un proyecto de investigación un cuestionario en el que pretendía indagar qué sabían sus estudiantes sobre la ley de Ohm antes de que él abordara este tema. Este profesor, evidentemente incluyó problemas como parte del cuestionario. Uno en especial requería el uso de la fórmula I = V/R. Como este tema no la había tratado, el profesor proporcionó la fórmula (y unidades) a los estudiantes. Sorpresivamente cerca del 60% resolvieron correctamente el problema al emplear la técnica tradicional de: datos, fórmula, sustitución y operaciones, Así, en un primer momento pareciera que esta técnica sí es útil ya que permite la solución de problemas nuevos de temas que antes no se habían tratado. Por supuesto, habría que repensar si se trata verdaderamente de problemas y qué tan nuevos son éstos. Este profesor sí se enfrentó a un problema cuando otro compañero preguntó: si propones a tus estudiantes en el examen de fin de tema, problemas como el que incluiste en el examen diagnóstico, cómo podrías diferenciar si tus estudiantes aprendieron la ley de Ohm o solo aplican de manera mecánica una técnica? Ahora este joven profesor procura diseñar problemas que se alejen de los enunciados tradicionales y que impliquen formas de solución que no se reduzcan a la aplicación irreflexiva de pasos preestablecidos. 2.1 Procedimiento para indagar las ideas de los profesores. Para indagar las ideas de los profesores sobre solución de problemas y sus implicaciones en el aula, se diseñó un cuestionario con base en ideas de Hobden (1998), Segarra (2000) y Jiménez (1996). Éste se aplicó a 56 profesores de 3 bachilleratos públicos en la Ciudad de México que cuentan con programas de estudio diferentes: Colegio de Bachilleres, Colegio de Ciencias y Humanidades y Escuela Nacional Preparatoria. En el primero se aplicó en dos ocasiones, una al inicio de un curso sobre solución de problemas y otra al final. En los otros dos grupos se aplicó una sola vez dentro de un curso de didáctica de física.

3 2.2 Ideas de los profesores. Un análisis global de las respuestas y comentarios de los profesores apuntaron a identificar la noción que ellos tienen sobre lo que es un problema y la forma en se les trata dentro de la enseñanza de la física. A grandes rasgos, para estos profesores un problema es una situación acotada en la que se precisan los datos, números principalmente, y la incógnita; que no requiere de especificar supuestos; que se resuelve mediante la aplicación de una fórmula; y cuya respuesta es un número. Para enseñar este tipo de situaciones en el aula: Se explica el tema y se introduce la fórmula matemática correspondiente, se resuelven algunos problemas ilustrativos, los cuales son explicados con orden y claridad, y finalmente se dejan problemas de tarea a sus estudiantes. Existe un método correcto para la solución que es el que el profesor revisó en el aula y que consiste generalmente en obtener los datos, identificar la fórmula y aplicarla. La articulación de varios temas en un problema no es pertinente ya que confunde a los estudiantes, quienes se abocan sólo al tema que se trata en esos momentos. Los problemas cualitativos dudosamente logran que el estudiante aprenda física. El profesor no requiere diseñar problemas, éstos se encuentran en los libros a fin de cada capítulo. Y pueden ser resueltos por un buen estudiante. En cuanto a la evaluación: Los problemas son un ingrediente esencial de la evaluación. La solución de problemas por parte de los estudiantes permite saber cuándo un estudiante sabe física. 3. CONSECUENCIAS DE LAS IDEAS DE LOS PROFESORES EN LOS ESTUDIANTES. Las ideas de los profesores sobre el tratamiento de la solución de problemas dentro del aula; tienen consecuencias en las expectativas en los estudiantes (Jiménez y Segarra, 2001; Hobden 1998). Dentro de las más frecuentes se encuentran: Que los problemas estén bien definidos. Los problemas que no están acotados son considerados como problemas capciosos o mal planteados. Que se puedan resolver en poco tiempo. Los estudiantes consideran que no deben emplear mucho tiempo (más de 10 a 15 minutos) en la solución de un problema ya que el profesor en clase resuelve el problema hasta en menos tiempo. Aunque él

4 nunca menciona cuánto tiempo le tomó resolverlo por primera vez y antes de presentarlo al grupo. Que se resuelvan sin errores. Los estudiantes esperan que una vez iniciada la solución de un problema, finalizarán satisfactoriamente sin cometer errores, como lo hace el profesor en el pizarrón frente al grupo. Que sean sobre un solo tópico. Específicamente del que están revisando en esos momentos. Los alumnos no conciben que se puedan articular diferentes temas para dar solución a un problema. Que tengan un método de solución correcto. Los estudiantes esperan que los problemas se resuelvan solo por un método y que éste sea el correcto. Así, consideran que no hay cabida para métodos alternativos, que por otro lado, son sancionados por el profesor. Las expectativas de los estudiantes están asociadas a la forma en que se aborda el trabajo en el aula (Schoenfeld, 1992), de esta manera cuando se enfrentan a problemas que no son rutinarios, como en algunos exámenes de admisión o de concurso, su fracaso está casi asegurado. Esto puede explicar cómo estudiantes con calificaciones relativamente buenas durante el curso, no tengan éxito en exámenes mucho más abiertos como los de admisión. 4. LAS IDEAS DE LOS PROFESORES SE PUEDEN MODIFICAR!... Y CONSECUENTEMENTE LAS EXPECTATIVAS DE SUS ESTUDIANTES. A partir de varias experiencias con estudiantes y profesores (Segarra, 2000), se ha encontrado que las estrategias de conflicto cognitivo impactan de manera diferente a unos y a otros. Mientras que para los primeros el no saber algún contenido en la mayoría de los casos no les preocupa, los segundos sí llegan a engancharse con el conflicto. Esto está asociado a que los profesores, en general, piensan que ya saben enseñar física, y al darse cuenta de que no tienen un dominio pleno sobre esto, se desconciertan. El cambio en las ideas de los profesores se promueve haciendo que pongan en cuestión sus prácticas en el aula, al reflexionar sobre los logros de sus estudiantes a través de ellas.

5 4.1 Cambios en algunas ideas de los profesores. En el Colegio de Bachilleres, se trabajó con 26 profesores en un curso de verano de 30 horas de duración, sobre solución de problemas. El cuestionario sobre las ideas de los profesores se aplicó al inicio y al final del curso. A grandes rasgos, la forma de trabajo en el curso consistió en promover el conflicto cognitivo al pedir que resolvieran inicialmente un problema rutinario (lo cual hicieron incorrectamente). Posteriormente reflexionaron sobre su proceder y analizaron las situaciones a las cuales denominaban problema dentro de la enseñanza. Esto permitió diferenciar entre problema abierto, problema cerrado y ejercicio. Finalmente se analizaron y aplicaron diferentes heurísticos para la solución de problemas y se diseñaron problemas abiertos y con contexto para ser trabajados en el aula durante el siguiente ciclo escolar. Al comparar las respuestas de los profesores al cuestionario sobre ideas en la solución de problemas antes y después del curso, se encontró que: a. Inicialmente los profesores señalaron que los problemas que se trabajan en clase, debían tener bien definidos los datos y las incógnitas. Al finalizar el curso, los profesores señalaron que no es necesario que los problemas estén totalmente acotados. Tal es el caso de los problemas abiertos que ellos ubican ahora como una buena posibilidad para el aprendizaje de la física. b. La mayoría de los profesores consideraba que la solución de problemas de física debía incluir despeje, sustitución y operaciones de un modelo matemático. Sin embargo durante el curso al revisar la relevancia de los problemas cualitativos y la existencia de diferentes métodos para resolver problemas, ellos terminaron por considerar que un problema de física no necesariamente debe ser resuelto con el uso exclusivo de una fórmula y con los procedimientos que ello implica. c. Al inicio los profesores pensaban que los problemas en clase debían tratar justo sobre el tema que en ese momento se estuviera revisando. Durante el curso se discutió la pertinencia de abordar problemas que requirieran para su solución la articulación de varios temas. d. Los profesores consideraron al término del curso que el tratamiento de la solución de problemas en clase es complejo y requiere poner en juego muchas más acciones que sólo obtener los datos, y aplicar una fórmula. Dentro de sus comentarios se señala que: se requiere dedicar más tiempo a esta actividad; es

6 necesario modelar las soluciones haciendo explícitos los razonamientos que en general no se hacen evidentes; se deben diseñar problemas diferentes a los que aparecen en la mayoría de los textos proporcionándoles un contexto adecuado y con significado para los estudiantes; y se requiere identificar cuáles son las ideas y las expectativas de los estudiantes sobre la solución de problemas. e. Se considera que la inclusión de problemas en exámenes es fundamental, aunque sus argumentos antes y después del curso cambiaron en función del tipo de problemas que consideran que se debe incluir. Al inicio del curso los profesores hacían referencia a problemas repetitivos y con un grado de dificultad asociado a las matemáticas requeridas para su solución. Mientras que al final, los profesores señalan que los problemas de examen debieran poner en juego conceptos de física (y no de matemáticas) para su solución. f. Finalmente, al conjuntar las respuestas a este cuestionario con otros productos y discusiones efectuadas durante el curo se encontró que las ideas de los profesores sobre solución de problemas están vinculadas con sus ideas sobre evaluación, trabajo experimental y papel del estudiante y del profesor entre otras. Como producto de este curso se hizo una selección de 62 problemas diseñados por los profesores. Principalmente se trata de problemas abiertos y/o con contexto del tipo: Hasta dónde puede ascender un globo lleno de aire caliente? Seis meses después se envió otro cuestionario a los profesores con el propósito de indagar si los cambios identificados al finalizar el curso persistían y si los problemas de la selección fueron trabajados en el aula. De los 26 profesores que participaron en el curso inicial sólo 7 enviaron respuesta. A partir de su análisis se identificó qué: Se trabajaron entre 30 y 40 problemas durante el curso semestral, que incluye problemas explicados por el profesor, resueltos en clase y tarea. De éstos 8 en promedio fueron retomados de la selección producto del curso de profesores. Del total de problemas trabajados en el aula 1 de cada 10 es abierto. Requiere mucho tiempo que los estudiantes los resuelvan en clase y aunque se pueden dejar de tarea es difícil revisar su solución en grupos de 50 a 60 alumnos, como son los de Colegio de Bachilleres. Se sigue empleando un solo método en el aula, aunque este es un heurístico en lugar de un algoritmo asociado a cada tema como inicialmente se hacía.

7 Muy pocos vinculan diversos temas a través de un problema, aunque todos procuran vincular con situaciones cotidianas. Para la enseñanza, los profesores continúan proporcionando un ejemplo y una explicación inicial, pero ahora solicitan que sus estudiantes resuelvan problemas en equipos de 2 a 4 personas y en los casos polémicos o difíciles, discuten la solución con el grupo. En específico con los cambios detectados al finalizar el curso para profesores, es posible señalar que: persiste la idea de que las situaciones acotadas pueden ser problemas útiles para el aprendizaje de la física, aunque la cantidad de alumnos por grupo lo dificulta; igualmente persiste la idea de que para la enseñanza de la solución de problemas no es suficiente el despeje, la sustitución y las operaciones, aunque lo que es necesario incluir difiere de unos profesores a otros; finalmente aunque los profesores señalaron al concluir el curso la importancia de vincular varios temas en la solución de un problema, no lo llevan a la práctica en el aula. 4.2 Cambios en algunas expectativas de los estudiantes. Se realizó una entrevista abierta a dos profesores que respondieron al cuestionario antes y después del curso, y que procuraron trabajar en mayor medida con problemas abiertos. A través de sus respuestas se trató de identificar cómo habían recibido sus estudiantes los cambios en el abordaje de la solución de problemas. Ellos señalaron que cuando se trabaja con problemas abiertos, al inicio los estudiantes manifiestan desconcierto y desconfianza, pero después aceptan que un problema de aprendizaje puede ser una situación no acotada. También, los estudiantes llegan a identificar que la solución de un problema puede requerir un tiempo relativamente largo y no pocos minutos como le toma al profesor, quien ya estudió la situación con anterioridad. Admiten que durante el proceso de solución se cometen errores y que de esto se puede aprender. Finalmente aceptan la posibilidad de emplear otros métodos que no sean los revisados por el profesor, aunque esto es más aventurado. Estos hallazgos dan evidencias de que se requiere un estudio más detallado de cómo se modifica la percepción de los estudiantes sobre la solución de problemas cuando su profesor cambia algunas de las ideas que posee.

8 5. CONCLUSIONES Los profesores poseen ideas previas sobre la solución de problemas asociadas a la aceptación acrítica de los usos y costumbres en la enseñanza de la física. Las ideas que poseen los profesores sí pueden ser modificadas, siempre y cuando se les conduzca a su cuestionamiento. Las ideas que poseen sobre la solución de problemas de física no se encuentran aisladas, sino que forman un entramado con sus ideas y creencias sobre evaluación, enseñanza, trabajo en laboratorio de física y muchas otras derivadas de su experiencia. El papel que los profesores otorguen efectivamente a la solución de problemas estará influenciado por: su realidad en el aula, es poco probable que profesores con 7 a 8 grupos de 50 a 60 estudiantes por grupo puedan trabajar con problemas abiertos siempre; su realidad laboral, en nuestro país la mayoría de los profesores de este nivel trabajan dos turnos en diferentes instituciones y carecen de tiempo para planear; su realidad institucional, existen presiones por cubrir programas de estudio muy extenso que no dan cabida a dedicar mucho tiempo a problemas abiertos. BIBLIOGRAFÍA GARRET, R. (1995). Resolver problemas en la enseñanza de las ciencias. La resolución de problemas. Alambique. Didáctica de las ciencias experimentales. 5, pp HOBDEN, P. (1998). The role of routine problem tasks in science teaching. En B. FRASER Y K. TOBIN (Eds.), International Handbook of Science Education. Inglaterra. Kluwer Academic Publishers. JIMÉNEZ, E. (1996). Diagnóstico y análisis de la enseñanza de la física en el Colegio de Bachilleres ( ). Tesis de Maestría. México: Escuela Nacional de Estudios Profesionales Aragón, UNAM. JIMÉNEZ, E. Y SEGARRA P. (2001). Creencias de los profesores y expectativas de los estudiantes sobre la solución de problemas. XLIV Congreso Nacional de Física. Suplemento del Boletín de la Sociedad Mexicana de Física. Morelia. Sociedad Mexicana de Física.

9 PERALES, J. (2000). Resolución de problemas. Madrid. Síntesis Educación. POZO, J., POSTIGO, Y. Y GÓMEZ, M. (1995). Aprendizaje de estrategias para la solución de problemas en ciencias. Alambique. Didáctica de las Ciencias Experimentales. 5, pp SCHOENFELD, A, (1992) Learning to think Mathematically: Problem solving, Metacognition, and Sense Making in Mathematics. En GROWS, D. (Ed.), Handbook of Research on Mathematics Teaching and Learning. Toronto. Macmillan Publishing Company. SEGARRA, P. (2000). La formación y profesionalización del profesorado de física en el nivel bachillerato. Tesis Doctoral. México. Universidad La Salle.