Recursos de física

L’electricitat és una de les temàtiques que destaca en el currículum de ciències naturals d’educació primària de Catalunya, dins del bloc denominat “matèria i energia”. Encara que alguns estudis mostren com aquesta temàtica és difícil d’entendre per a l’alumnat, s’han realitzat diverses aproximacions per tal de millorar la seva comprensió (García, Carmona et al., 2016).
Estudis recents demostren que la indagació científica com a metodologia o estratègia aporta bons resultats en l’ensenyament i aprenentatge de les ciències experimentals (National Research Council, 2012). Segons l’informe de la Science Education for Responsible Citizenship (Hazelkorn et al., 2015), la indagació és definida com “un procés complex per donar sentit i construir models conceptuals coherents en què l’alumnat formula preguntes, investigua per trobar respostes, contrueix noves comprensions, significats i coneixements, i comuniqua i aplica el seu aprenentatge de forma productuva en situacions desconegudes”. Tot i això, aquesta metodologia d’ensenyament/aprenentatge té poca incidència en les aules en comparació amb altres metodologies més tradicionals (Cañal et al., 2013).
Per tal de vèncer les dificultats que suposa la comprensió de l’electricitat en un context escolar, en el present estudi proposem una metodologia basada en la incorporació de recursos tecnològics per facilitar l’impuls d’un procés indagador, concretament en l’aprenentatge de l’electricitat i els circuits elèctrics en l'educació primària.

Objectius

El principal objectiu del present treball és establir una estratègia basada en l’ús de recursos tecnològics per desenvolupar indagacions satisfactòries en un context escolar per facilitar l’aprenentatge dels circuits elèctrics. Per tal de dur a terme aquest objectiu, proposem: i) aplicar una metodologia basada en l’ús de d’eines tecnològiques com el simulador informàtic i el vídeo, com a guies per investigar sobre els circuits elèctrics i ii) avaluar l’aprenentatge adquirit sobre els circuits elèctrics i l’electricitat gràcies a la introducció d’aquesta metodologia.

Metodologia

Participants

Els participants en la prova pilot van ser set estudiants de cinquè curs i set estudiants de sisè curs d’una classe de cicle superior d’educació primària. Els estudiants no tenien cap formació prèvia en circuits elèctrics ni coneixien el simulador informàtic.

Material

L’activitat desenvolupada requereix dos suports diferents: i) eines tecnològiques: simulador informàtic i vídeos de suport i ii) fitxes de treball: on es proposa a l’estudiant diverses qüestions amb la finalitat de facilitar-ne la comprensió i el treball autònom durant el desenvolupament de l’activitat.

Simulador informàtic

El programa de simulació de circuits elèctrics utilitzat va ser Physics Education Technology (PhET) (https://phet.colorado.edu/es/simulation/legacy/circuit-construction-kit-dc) (Colorado, 2014). Aquest programa permet construir circuits elèctrics virtuals amb diversos materials: bombetes, bateries, interruptors, cables, etc. i, a més, es poden realitzar mesures de diverses variables com per exemple el voltatge o la intensitat de corrent elèctric. El treball amb el simulador informàtic permet: i) establir les relacions bàsiques de l’electricitat; ii) construir circuits a partir de dibuixos esquemàtics; iii) utilitzar el voltímetre i l’amperímetre per recollir dades dels circuits i iv) determinar la resistència d’objectes quotidians a partir de “la bossa d’objectes”. El treball a partir del simulador informàtic facilita les tasques a l’alumnat, ja que s'obtenen resultats de forma immediata.

Càpsules de vídeo

Proporcionem als estudiants dos fragments de vídeo que exemplifiquen aspectes fonamentals del procés indagador: i) contextualització de l’activitat per situar l’alumnat i ii) planificació de la indagació, que aporta idees generals sobre el disseny d’una investigació. L’alumnat pot visualitzar de forma individual i lliurement els vídeos durant el desenvolupament de la investigació amb l’ajuda d’un dispositiu mòbil (tauleta) que emmagatzema i permet visualitzar fàcilment les càpsules de vídeo.

Fitxes de treball

El procés d’indagació es complementa amb l’ús d’un conjunt de fitxes de treball individuals que proposen a l’alumnat diverses qüestions amb la finalitat de facilitar-los la comprensió i el seguiment de l’activitat indagadora.

Avaluació del procés: qüestionari final

Es proporciona un qüestionari final que permetrà realitzar una anàlisi quantitativa de l’aprenentatge adquirit per l’alumnat. Aquest qüestionari està format per tres blocs de dues preguntes cadascun, que plantegen qüestions conceptuals de tipus test: i) bloc 1: distinció entre materials aïllants/conductors i el concepte de circuit elèctric ideal en què no existeix resistència elèctrica dels elements conductors i ii) bloc 2: principi de conservació de l’energia i llei d’Ohm; iii) bloc 3: relació tensió-corrent equivalent en diferents circuits atenent al principi de conservació de l’energia (annex 1).

Procediment

Aquesta activitat presenta un cronograma de 4 sessions de 90 minuts en què l’alumnat desenvolupa una investigació centrada en l’electricitat. Les dues primeres sessions són claus en el desenvolupament d’un procés indagador (contextualització i planificació) i són les etapes en què es proporciona als estudiants els fragments de vídeo com a ajuda. En la tercera sessió, l’alumnat du a terme una investigació mitjançant l’ús del simulador informàtic. Durant aquesta sessió, els estudiants deixen constància del progrés de la seva investigació (anoten els passos que segueixen, les seves idees al respecte, el material que necessiten, les variables que seleccionen i les dades que recullen, i reflexionen sobre alguna possible explicació relacionada amb aquesta investigació). En aquestes tres sessions, el docent actua com a guia de l’activitat i el seu paper es limita a resoldre els dubtes puntuals de l’alumnat per facilitar-li l’activitat (resol problemes tecnològics, controla el clima de l’aula, aporta suggeriments addicionals). Finalment, en la sessió 4, el grup classe reflexiona amb l’ajuda del mestre el procés realitzat i interpreten conjuntament els resultats obtinguts. Al finalitzar aquest conjunt de sessions, s’efectua una avaluació del procés indagador mitjançant un qüestionari per valorar l’aprenentatge de l’alumnat.

Resultats i discussió

En el present estudi ens centrarem exclusivament en l’anàlisi conceptual a partir del qüestionari final realitzat per l’alumnat (annex 1). En un nivell general d’anàlisi, els resultats mostren que la meitat de l’alumnat ha respost correctament totes les preguntes, mentre que 6 de 14 ha respost cinc preguntes adequadament. Només existeix el cas d’un alumne que ha respost correctament quatre de les sis preguntes, fet que es podria atribuir a la seva absència durant la primera sessió de l’activitat.
A partir de l’estructura del qüestionari i basant-nos en els conceptes i idees científiques treballades en cada pregunta, podem distingir tres blocs principals. El primer, que agrupa les preguntes A i B, fa referència a la distinció entre materials aïllants i conductors i al concepte de circuit ideal en el qual no hi ha resistència elèctrica dels elements conductors (annex 1). Els resultats de la pregunta A mostren que la majoria dels estudiants (13/14) distingeix els materials conductors dels aïllants en consonància amb el treball de García- Carmona et al. (2016), i també comprèn que el circuit ha d’estar tancat perquè hi pugui passar el corrent fins qur s'encén la bombeta, de manera que té uns resultats semblants a l’estudi de Kukkonen et al., (2009). Tot i això, a la pregunta B s’evidencia que 4 de 14 alumnes pensen que si el circuit ideal té menys elements conductors, la bombeta lluirà més (vegeu la figura 1).

El segon bloc, recull les preguntes C i D, que evidencien el principi de conservació de l’energia i la llei d’Ohm (annex 1). Els resultats manifesten l’alt nivell de comprensió d’aquest bloc, en el qual s’observen les millors puntuacions del qüestionari. En la pregunta C gairebé tots els estudiants han estat capaços d’establir la relació directa entre el voltatge de la pila i la brillantor de la bombeta. Aquests resultats demostren la comprensió de la relació i la importància d’obtenir un feedback constant i qualitatiu (brillantor de la bombeta) que facilita el treball amb el simulador informàtic (Jaakkola i Veermans, 2014). Respecte a la pregunta D, els estudiants han detectat que algunes de les dades recollides en una taula tensió-corrent eren errònies i assenyalen, en la majoria dels casos, quines eren incorrectes (vegeu la figura 1).

Finalment, en el tercer bloc, format per les preguntes E i F, que incideix en la relació tensió-corrent i en la seva equivalència en els diferents circuits proposats atenent al principi de conservació de l’energia (annex 1). A la pregunta E, tots els alumnes hi responen correctament, cosa que vol dir que han assimilat aquesta relació. Finalment, considerem que la pregunta F és la que té una complexitat més gran per interpretar-ne els resultats a partir de la gràfica tensió-corrent de cadascun dels circuits proporcionats. Malgrat això, els resultats observats són molt positius, ja que 10 de 14 alumnes han respost correctament aquesta última pregunta plantejada (vegeu la figura 1). La interpretació dels resultats i la reflexió de les idees és una de les etapes del procés indagador que requereix més esforç per part de l’alumnat, tot i això, els resultats són molt positius i demostren l’èxit de la metodologia dissenyada com a guia per treballar un procés indagador científic en un context escolar.

Conclusions

En definitiva, els resultats mostren que la integració de la metodologia aplicada basada en l’ús del simulador informàtic i amb el suport del vídeo facilita el desenvolupament d’un procés indagador promovent l’aprenentatge del contingut científic centrat en l’electricitat i els circuits elèctrics. A més, és important destacar l’actitud positiva de l’alumnat al llarg de l’activitat i l’especial motivació cap al treball amb recursos tecnològics.

Agraïments

Els autors agraeixen a l’alumnat i a l’equip docent del centre educatiu la participació i disposició a compartir el material en el present estudi. Aquest treball s’emmarca dins del Projecte Programa de Promoció de la Recerca 2016 -AUDL - Ajuts de la Universitat de Lleida.

Referències bibliogràfiques

Cañal de León, P., Criado García-Legaz, A. M., García Carmona, A., & Muñoz, G. (2013). La enseñanza relativa al medio en las aulas españolas de Educación Infantil y Primaria: concepciones didácticas y práctica docente. Investigación en la Escuela, 81, 21-42.
Colorado, U. D. (2014). PHET Interactive Simulations. https://phet.colorado.edu/es/simulation/legacy/circuit-construction-kit-dc.
García-Carmona, A., Criado, A. M., & Cruz-Guzmán, M. (2016). Primary pre-service teachers’ skills in planning a guided scientific inquiry. Research in Science Education, 1-22.
Hazelkorn, E., Charly, R., Constantinos, C., Ligia, D., Michel, G., … Welzel-Breuer, M. (2015). Science education for responsible citizenship. Brussels: European Commission.
Jaakkola, T., & Veermans, K. (2015). Effects of abstract and concrete simulation elements on science learning. Journal of Computer Assisted Learning, 31(4), 300-313.
Kukkonen, J., Martikainen, T., & Keinonen, T. (2009). Simulation of electrical circuit in instruction by fifth graders. Education, 21, 158-164.
Research Council. (2012). A framework for K-12 science education: Practices, crosscutting concepts, and core ideas. National Academies Press.