Resumen de Enseñanza de nociones básicas de la Teoría Especial de la Relatividad (TER) en la Escuela Secundaria
Fabiana Prodanoff
- español
Este trabajo de Tesis tiene por objeto diseñar, implementar y evaluar una secuencia de didáctica para la enseñanza de las nociones básicas de la Teoría especial de la Relatividad (TER) en la Escuela Secundaria, utilizando la Teoría de los Campos Conceptuales de Gérard Vergnaud.
El diseño comprende una etapa de elaboración y definición de la Estructura Conceptual de Referencia, que toma en cuenta tanto el conocimiento científico acerca de la TER cómo las condiciones, restricciones y disposiciones que operan en la institución donde se propone la enseñanza: la Escuela Secundaria. Luego, se define la estructura Conceptual Propuesta para Enseñar a partir del diseño de la secuencia, es decir de un conjunto de situaciones que deberían conducir a la emergencia de los conceptos centrales de la TER. La implementación de la secuencia permite analizar la Estructura Conceptual Efectivamente Enseñada y conduce a sucesivas reformulaciones de las estructuras anteriores, pues ellas se encuentran mutuamente interconectadas.
La implementación de la secuencia se realizó en una escuela de la ciudad de Ensenada, Provincia de Buenos Aires, Argentina en los años 2013 y 2014 en dos cursos del último año de nivel medio (estudiantes de 17-18 años). La secuencia está estructurada en tres fases 1) Relatividad de Galileo 2) Transición entre la Relatividad de Galileo y la de Einstein y 3) Relatividad de Einstein. Las fases se despliegan en nueve situaciones y algunas actividades complementarias. Uno de los desafíos principales es arribar a los principales resultados de la TER como la pérdida de simultaneidad, la dilatación del tiempo y la contracción de la longitud sin recurrir a la formulación matemática habitual de las transformaciones de Lorentz, que no resultan accesibles para los estudiantes.
El proceso de conceptualización se analiza utilizando la Teoría de los Campos Conceptuales (TCC) de Vergnaud. A partir de las producciones de los estudiantes en el aula se identifican algunos de los Conceptos en Acto y Teoremas en Acto que ellos utilizan en cada situación. Este análisis condujo a varias reformulaciones de la secuencia y la propuesta de la última versión disponible que se presenta en este trabajo. Los resultados permiten afirmar la viabilidad de las secuencias para enseñar las nociones básicas de la TER, con base en el conocimiento disponible por los estudiantes del sexto año de la escuela secundaria, según lo prescribe el currículo. La secuencia se revela entonces como un dispositivo didáctico mínimo y con una estructura necesaria, a la vez que abierta a adaptaciones y reformulaciones que cada profesor podría establecer sobre esta base. Así mismo, la investigación amplía el alcance de la TCC en Física, pues no se conocen trabajos que utilicen esta teoría en su doble proyección didáctica y cognitiva para la enseñanza de la TER en ningún nivel de la escolaridad.
- English
This thesis aims to design, implement and evaluate a didactic sequence for teaching the basics of the Special Theory of Relativity (STR) in High School, using the theory of the conceptual fields (TCC) of Gerard Vergnaud.
The design comprises a phase of development and definition of the Reference Conceptual Structure, which takes into account both scientific knowledge about the STR, as well as the conditions, restrictions and regulations operating in the institution where the teaching is proposed: high school. After that, the Teaching Proposal Conceptual Structure is defined based on the sequence design, namely, a set of situations that should lead to the emergence of the central concepts of SRT.
The implementation of the sequence allows to anlyze the Effectively Taught Conceptual Structure, leading to successive reformulations of the mentioned Structures, as they all are mutually interconnected.
The implementation of the sequence was carried out in a school of Ensenada city, Buenos Aires Province, Argentina, during 2013 and 2014, in two last year courses, (composed by 17-18 years old students).
The sequence is divided into three phases: 1) Galileo's Relativity, 2) Transition from Galileo's to Einstein's Realtivity and 3) Einstein's Realtivity. The phases are organized in nine situations and some complementary activities. One of the main challenges is to arrive at the main results of the STR, as loss of simultaneity, time dilation and length contraction, without resorting to the usual mathematical formulation of the Lorentz transformations, which are not accessible to students of this level.
The conceptualization process is analyzed by means of the TCC. Based on the classroom student's productions, some of the concepts and theorems in action that students use in every situation are identified. This analysis give rise to several reformulations of the sequence including the latest version of the proposal presented in this work.
The results confirm the viability of the sequence to teach the basics of the STR, based on the knowledge available for sixth year secondary school students, as prescribed by the curriculum. The sequence is then revealed as a didactic device with a minimal necessary structure, open to adaptations and reformulations that every teacher may set on this basis. The research also extends the scope of the TCC in Physics, since that no studies using this theory in its double, didactic and cognitive, projection for teaching TER at any level of schooling is known.
- français
Les objectifs de cette recherche sont dessiner, implementer et evaluer une sequence didactique pour l'enseignement des notions élementaires sur la Théorie spéciale de la Relativite dans l'ecole secondaire en argentine, en utilisent la Theorie des Champs conceptuels de Gérard Vergnaud.
D'abord, le dessine contourne une étape d'élaboration et definition de l'structure conceptuelle de réference, y compris la connaissance scientifique autour de la Théorie speciale de la Relativite aussi que les conditions, les contraints et dispositions qui operent dans l'institution ou l'enseignement a ete propose: l'ecole secondaire. Apres, la structure conceptuelle proposée a enseigner a ete elabore d'une maniere solidaire avec l'elaboration de la sequence, elle s'agisse d'un ensemble des situations lesquelles devraient de conduire a l'emergence des concepts basiques de la TSR.
L'implmentation de la sequence permet d'analyser la structure conceptuelle effectivement enseignee et l'analyse a conduit a successives reformulations des structures déjà mentionnées, donc elles sont toutes interconnectées.
L'implémentation de la séquence a été développée dans une école secondaire de la ville Ensenada de la province de Buenos Aires en argentine, pendent les années 2013 et 2014, avec des étudiants de la dernière année (17-18 ans). La sequence est structurée dans trois phases: 1) Relativite de Galileo 2) Transition entre la Relativité de Galileo et la relativité d'Einstein et 3) Relativité d'Einstein. Les phases se débrouillent dans neuf situations et quelques activités complémentaires. Un des principaux défis est celui d'arriver aux principaux resultats de la TSR comme la perdre de la simultaneite, la dilatation du temps et la contraction de la longueur, sans utiliser des transformations de Lorentz comme il se fait d'habitude, parce que celles-ci ne sont pas accessibles aux élèves de ce niveau.
Le processus de conceptualisation est analysé avec la Théorie des champs conceptuels (TCC) de Vergnaud. En partent des productions des eleves dans la salle de classe, quelques invariants operatoires sont identifiees dans chaque situation. L'analyse a conduit a nombreux changements de la sequence, que l'on a proposee ici dans sa dernière et non définitive version.
Les données permettent d'affirmer la viabilité de la séquence pour enseigner des notions basiques de la TSR, en s'appuient sur la connaissance disponible des eleves de la sixieme annee de l'ecole secondaire en argentine, selon il est etablie par le programme scolaire. La séquence se révele comme un dispositif minimum, avec une structure necessaire et a la fois ouverte aux reformulations que chaque enseignant pourrait proposer. Au même temps, la recherche etendre l'utilisation de la TCC dans le domaine de la Physique, puis il n y a pas des travaux de recherche lesquels utilisent cette théorie dans sa double projection à la fois didactique et cognitive dans l'enseignement de la TSR dans aucune niveau de la scolarité.
