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Guía de uso - Introducción - Temas principales - Textos complementarios - Experimentos - Física avanzada - Memoria - Bibliografía

Memoria:

INTRODUCCIÓN
En esta memoria se explica cómo fue la preparación, el desarrollo y los resultados de esta experiencia con un grupo de alumnos de enseñanza secundaria, así como algunas sugerencias que, quizás, pudieran ser de utilidad a otros profesores en el uso de los contenidos y actividades puestas a prueba.

CARACTERÍSTICAS DEL ALUMNADO
La experiencia se llevó a cabo con dos grupos, uno de 3º y otro de 4º de la ESO. El grupo de 3º estaba formado por 19 alumnos con un nivel de conocimientos medio. El grupo de 4º estaba formado por 18 alumnos, 10 de los cuales participaban en un programa de diversificación*. El nivel de conocimiento de los alumnos de 4º era medio, salvo en el caso de dos alumnos de diversificación cuyo nivel de conocimientos, y motivación, era muy bajo. La presencia del grupo de diversificación se planteó como un reto, ya que las ideas presentes en los contenidos requerían no sólo capacidad, sino hábito de concentración por parte de los alumnos para alcanzar un resultado satisfactorio. No obstante, la capacidad de abstracción, el mecanismo lógico y la curiosidad natural estaban desarrollados de forma adecuada en todos los alumnos.

(*) El programa de diversificación trataba de facilitar la titulación de los alumnos en vista de las especiales dificultades apreciadas en su historial académico y de los límites de edad prescritos por la LOGSE.

ORGANIZACIÓN DE LA EXPERIENCIA
Los contenidos se desarrollaron a lo largo de cuatro horas lectivas y dentro de una misma semana. Para cada hora se eligió uno de los cuatro puntos del temario de Gravitación adjunto y algunos experimentos sencillos. El grueso de la explicación correspondió al investigador, mientras que el profesor aclaró o matizó algunos conceptos -principalmente terminología-, intentando disminuir las dificultades conceptuales inherentes al tema. Las clases se desarrollaron sin más recursos didácticos que dos pizarras y un ordenador conectado a Internet. El resto del material fue fabricado con anterioridad, con elementos sencillos como se describe en otro lugar. Se dejó a los alumnos la elección de tomar o no apuntes, pero se informó de la necesidad de hacer un pequeño trabajo posterior donde describieran la experiencia y dieran una opinión del resultado. La experiencia en el aula se realizó durante el primer trimestre del curso 2001/2002 y, por lo tanto, antes de someter a los alumnos a ninguna evaluación más que la evaluación inicial, sin nota, de principio de curso. El horario de estas clases fue de mañana, a horas diversas, incluidas la primera hora de un lunes y la última de un viernes.

OBJETIVOS
Los objetivos específicos del equipo han sido:

  • Investigar la capacidad de los alumnos de estos niveles para comprender ideas de física avanzada, incluyendo alumnado con especiales dificultades de aprendizaje y escasa motivación.
  • Reflejar en el contenido la evolución de las teorías sobre gravitación, haciendo hincapié en la idea de la gravitación como una deformación del espacio-tiempo (teoría de Einstein) y, mostrando la posibilidad de que la gravitación sea el efecto de una partícula elemental interactiva (teoría del gravitón).
  • Probar la eficacia de algunos experimentos, realizados con materiales accesibles, que ayuden en la introducción de geometrías no euclidianas.
  • Despertar en el alumnado un espíritu crítico que les permita cierta autonomía a la hora de discernir la calidad de una teoría, basándose, fundamentalmente, en la validez formal de los razonamientos.
  • Incorporar en la terminología de los alumnos términos relativos a avances de la astrofísica, cuyo significado, a través de los medios de comunicación o de la cinematografía, ha sido deformado, dándoles un significado exacto y permitiéndoles comprender informaciones que, hasta este momento, aparecían a sus ojos confusas y crípticas.

PREPARACIÓN
El equipo formado por el investigador y el profesor organizó, desde antes del principio de curso, los contenidos, tarea que resultó difícil, debido a las muchas ramificaciones que tiene la gravitación universal y al uso tan amplio que la técnica hace de estos conocimientos. Se prepararon y ensayaron también los experimentos, teniendo en cuenta cuáles eran los materiales más fáciles de conseguir y las dificultades prácticas que podrían encontrar otros profesores. Tras una larga discusión, se decidieron los temas clave y se dejaron otros "opcionales", que pudieran servir a los profesores que vayan a utilizar este material, como ampliación de conocimientos o como base previa.

DESARROLLO
El nivel de complejidad escogido fue el mínimo. Para ello, se dejaron de lado varios "Textos complementarios" y ampliaciones de "Física avanzada" (ver Guía de Uso) que figuraban en el texto original, y que pueden ser utilizados en cursos superiores.

La metodología se basó en una combinación de experimentos y discusión con los alumnos, aunque sin incluir todos los experimentos.

El Texto complementario 5: Ecuaciones y potencias se explicó antes de la primera sesión en clase, para que los alumnos tuvieran menos problemas en la discusión sobre la fórmula de Newton. También se les comunicó cuáles eran los objetivos del proyecto y se solicitó la colaboración de todos.

La primera sesión trató sobre la Gravitación según Newton (Tema 1), y se empleó el Experimento 2: Piedra girando con una honda. Durante esta clase, se discutió brevemente el Texto complementario 2: Atracción gravitatoria y atracción sentimental. Al final de la sesión se buscó en Internet la página web que se nombra en el Texto complementario 6: Órbitas planetarias en internet, y se mostró a los alumnos las variaciones de velocidad en el giro de una masa respecto de otra, dependiendo del valor de las masas y de la distancia entre ellas, de acuerdo con la ecuación de Newton. En esta sesión se mezclaron los Temas 1: Concepto de Gravitación y 2: Reflexion sobre la fórmula de Newton, aunque el 2 sólo puntualmente.

La segunda sesión se dedicó a la visión einsteniana de la gravedad (continuando con el Tema 1). Se realizaron los Experimentos 3: Líneas "rectas" en el globo terráqueo y 4: Simulación de la deformación del espacio-tiempo con una tela elástica y una masa. y se aprovechó una imagen de lentes gravitacionales proporcionada por el IAC para hacer una pequeña introducción a lentes gravitacionales (Física avanzada 1). Con la red del Experimento 4, se hicieron varias visualizaciones en dos dimensiones de las deformaciones del espacio-tiempo cuatridimensional y de sus consecuencias: el cambio de concepto de fuerza a deformación geométrica, la desviación de una masa en movimiento al acercarse a otra y la velocidad de escape necesaria para salir de la deformación creada por una masa en el espacio-tiempo.

La tercera sesión se dedicó al Tema 3: Ciencia y Pseudociencia, que trata del método científico. Se hizo un interesante experimento propuesto por el físico norteamericano J. Randi consistente en repartir a los alumnos una "carta astral" (obtenida aleatoriamente en uno de los muchos sitios de Internet que la proporcionan) con el nombre y fecha de nacimiento de cada uno de ellos, para someterla a un estudio individual de su grado de acierto en lo que respecta a las características personales de cada uno. En una calificación de 1 a 5, donde 1 representaba ningún parecido con la realidad y 5 una perfecta descripción de quien lo leía, los alumnos de tercer grado dieron una media de 3,8 y los de cuarto grado de 3,7, lo que indica que estuvieron de acuerdo en que la carta astral reflejaba, en un alto grado, sus características personales. Es interesante hacer notar que ningún alumno o alumna calificó su carta con un 1, mientras que el 20% la calificó con un 5. Tras esta votación, se rogó a los alumnos que intercambiaran su carta con la del compañero o compañera que tuvieran a su lado. Comprobaron que la carta astral era la misma para todos y que sólo difería en los datos personales de cada uno en el encabezado. Como consecuencia inmediata, todos reconocieron que se sintieron identificados con una carta astral que no era la suya, de donde se deduce la facilidad con que podrían ser engañados por este tipo de prácticas. A continuación, se dieron unas pautas de reconocimiento de una teoría científica (desarrollando el Tema 3) y se invitó al alumnado a desarrollar su espíritu crítico en cualquier circunstancia.

La cuarta sesión se dedicó a los temas más avanzados y complejos de la astrofísica actual en relación con la gravitación universal. Se hicieron los Experimentos 5: Simulando ondas gravitacionales y 6: Simulando agujeros negros y se aprovechó la presencia de la red para ilustrar el texto de Física avanzada 4 sobre la existencia de materia oscura. El profesor de Tecnología hizo una introducción a la física de partículas y se repartió la tabla que figura en el Texto complementario 9: Partículas elementales justificando la existencia del gravitón dentro de una cuasi-unificación que permitiría comprender todo el Universo (materia, energía, fuerzas) con las partículas contenidas en la Tabla. Los enigmas de la física en el momento actual, con búsquedas -de momento indirectas- de agujeros negros, materia oscura, ondas gravitacionales y gravitones, cerraron la parte formal de esta última clase, dando lugar a un breve espacio para preguntas de los alumnos sobre aspectos muy variados de estos últimos avances científicos. Tras acabar con la experiencia, los alumnos prepararon por escrito un trabajo denominado "Actividad complementaria 1" donde describieron el contenido de las cuatro clases y comentaron su calidad y la posible traslación de la experiencia a cursos inferiores.

EVALUACIÓN DE LOS RESULTADOS
Hay que diferenciar dos tipos de resultados. Por un lado, está el resultado concreto de esta experiencia puntual en un instituto y con alumnos determinados, que tiene un cierto valor experimental, pero es difícil de repetir, puesto que se contó con la presencia del investigador en persona, lo que representó, para los alumnos, una experiencia totalmente nueva. Por otro lado, se probaron experimentos y materiales al alcance de cualquier profesor de enseñanza secundaria, investigando la capacidad de abstracción de los alumnos, no especialmente destacados, para comprender las ideas complejas de la física avanzada. El comportamiento de los alumnos, su grado de interés generalizado, el tipo de preguntas que aparecieron a lo largo de las sesiones y sus comentarios posteriores -plasmados en un trabajo sobre esta actividad complementaria- no dejan lugar a duda sobre el impacto que les ocasionó la presencia de un investigador profesional en el aula de Tecnología. La presencia de dos profesores simultáneamente y la entrega de algún pequeño material (una carpeta con fotos de galaxias, un cartel con una foto ampliada y la Tabla de partículas) supuso para ellos un aliciente. Parece evidente que cualquier esfuerzo de medios, por discreto que sea, es considerado por el alumnado como una atención hacia ellos, que cataliza su interés y les predispone para una labor intelectual que precisa de concentración. Los alumnos de más difícil comportamiento pasaron inadvertidos, imbuidos del interés general, y participaron en las discusiones sobre los temas de actualidad relacionados con lo explicado. Los alumnos más desmotivados mostraron cierto interés, cosa que no les había ocurrido en otras clases. Entre los alumnos de 4º, dos declararon haberse aburrido en ciertos experimentos por explicarlos demasiado. Entre los alumnos de 3º ninguno reconoció haberse aburrido en ninguna sesión. El grado de comprensión de los conceptos se evaluó cualitativamente mediante la observación del tipo de preguntas de los alumnos, sus reacciones a los experimentos y los trabajos escritos posteriores. De todo esto cabe deducir que:

  • Para el tercer grado hubo un alto nivel de comprensión de las tres primeras sesiones, siendo la última la más difícil y, dentro de ésta, la física de partículas la que menos recordaron al final.
  • Para el cuarto grado hubo un alto grado de comprensión de la primera y la tercera sesión y sólo medio de la segunda (deformación del espacio-tiempo). La cuarta sesión la recordaban con más dificultad, con los mismos problemas que sus compañeros del tercer grado. Sin embargo, el único comentario completo sobre el gravitón se debió a una alumna que lo había tomado en apuntes y lo plasmó en su trabajo; una alumna del grupo de diversificación.

Estos resultados hacen meditar sobre la posibilidad de que los grupos de diversificación estén lastrados por el prejuicio existente sobre su capacidad conceptual, que les impide a ellos avanzar y a sus profesores canalizar ese avance. Ante una experiencia como ésta, en que es notoria la igualdad de trato para unos alumnos y otros y donde el peso de la enseñanza es llevado por un divulgador ajeno al centro, parece que las capacidades de los alumnos se igualan casi automáticamente, recobrando, los que peor considerados estaban, una estima por su valía personal que se traduce de inmediato en interés y aprendizaje. Por otro lado, y en lo que a la participación de ambos sexos se refiere, hay que reseñar que el primer día se caracterizó por preguntas casi exclusivamente formuladas por alumnos. Según fueron avanzando las sesiones pareció que las alumnas vencían la timidez poco a poco, aunque siguieron preguntando menos que los alumnos. Sin embargo, la evaluación las sitúa en el mismo grado de comprensión que sus compañeros, lo que indica una tendencia a pasar a un segundo plano ante una novedad, dejando a sus compañeros cierto protagonismo inicial. Sin embargo, hubo más alumnas que alumnos que tomaran apuntes voluntariamente, lo que se tradujo posteriormente, en mejores trabajos escritos. Esto conviene tenerlo en cuenta para el futuro, tratando de compensar, desde la acción del profesorado, esta desproporción apuntes-participación entre chicos y chicas.

APLICABILIDAD DE LA EXPERIENCIA
Pero hay otro aspecto de la experiencia que tiene un interés más general. Vamos a examinar, a continuación, lo que puede resultar más útil a todos aquellos profesores que no puedan contar con un científico-divulgador en el aula y que deseen saber qué interés tendría esta experiencia para poner a disposición de sus alumnos conocimientos muy avanzados.

En primer lugar, todo concepto teórico que se apoye en una experiencia visible en el aula y, a poder ser, realizada por los propios alumnos, es más fácilmente asimilable. Esto es una experiencia didáctica de sobra conocida. Lo que podemos aportar ahora es que sencillos experimentos realizados con material fácil de adquirir, permiten a los alumnos llegar a conceptos de una abstracción no acostumbrada en este nivel académico. Aunque el salto teórico realizado entre la teoría de Newton y la de Einstein para la gravitación necesitó más de trescientos años poblados con los físicos más famosos de la historia (siglos XVII al XX) nuestros alumnos fueron capaces, en dos sesiones, de aceptar que podría no existir la fuerza de Newton y que una deformación del espacio-tiempo explicaba igual o mejor los fenómenos de la gravitación. Esto, quizás, se debió a la ausencia de prejuicios sobre el origen de la interacción gravitatoria, ya que en este nivel aún no se ha estudiado con detalle la teoría de Newton. En segundo lugar, los conceptos especialmente difíciles como los agujeros negros o la materia oscura son más abordables cuando la deformación del espacio-tiempo no constituye sólo una frase ininteligible. Desde el momento que se consigue que los alumnos pierdan el miedo a la terminología, los nuevos conceptos no representan más que un pequeño salto abstracto, que demostraron ser capaces de dar. Sin embargo, la naturaleza del gravitón no fue asimilada. Quizás influyó el hecho de que fuera explicada casi en su totalidad por el profesor de tecnología y no por el divulgador. También es cierto que los conocimientos sobre física de partículas son muy escasos en la enseñanza secundaria obligatoria, aunque todos ellos habían oído hablar de protones, neutrones y electrones. Finalmente, hay que destacar el impacto beneficioso y automático que tuvo el experimento de Randi para el desarrollo del espíritu crítico de los alumnos. Para todos quedó claro que no hay que creer todo lo que oímos y que la mejor crítica la podemos hacer nosotros mismos sin más herramienta que la lógica. Parece altamente recomendable utilizar experiencias parecidas con los alumnos de este nivel, ya que su edad los hace especialmente sensibles a fraudes y engaños de todo tipo. La discriminación adecuada de informaciones con arreglo al método científico debe ser parte importante de una formación seria.

CONCLUSIONES
Desde el punto de vista didáctico, hay que concluir que la capacidad de los alumnos del segundo ciclo de la enseñanza obligatoria (de 14 a 16 años) es suficiente para comprender teorías abstractas, con tal de dedicarle el tiempo adecuado y de diseñar procedimientos que permitan visualizar el concepto investigado. En lo que respecta al tema de la gravitación universal, esto nos permite deducir que, a casi 100 años de la formulación de la teoría de la relatividad, sería lógico plantear en este nivel educativo la deformación del espacio-tiempo como una teoría más amplia y ambiciosa que la de Newton. Quizás la figura del gravitón debería abordarse en el primer curso de bachillerato, pero, en ningún caso, dejar que se acabara esa etapa sin una idea clara de las tres teorías. El desarrollo de la capacidad crítica de los alumnos se debería plantear a edades más tempranas; pudimos comprobar que, en el segundo ciclo de la enseñanza obligatoria, hubo alumnas que se desilusionaron con la experiencia de Randi, pues otras influencias extraescolares ya habían sembrado una peligrosa aceptación de las pseudociencias, sin que el colegio o el instituto hubieran hecho nada para evitarlo. Otras materias (y no solo del ámbito científico-tecnológico) pueden también beneficiarse de la experiencia realizada, adaptando algunas de las ideas y experimentos expuestos. La conclusión más importante es que la capacidad de razonar y el grado de abstracción posible a estas edades va más allá de la comprensión de las teorías científicas, y permite su aplicación en otros campos, constituyendo el arma más preciosa para garantizar la autonomía, la seguridad y la libertad de nuestros estudiantes.