Les representacions externes com a eina de construcció del model de força al Grau de Mestre d'Educació Primària

Abstract

El context d’aquesta investigació és l’assignatura obligatòria semestral de Didàctica de la Matèria, l’energia i la interacció (DMEI) del Grau de Mestre d’Educació Primària de la Universitat de Barcelona, que dura un semestre. Se sap que la majoria d’estudiants arriben al Grau amb uns coneixements molt pobres de Física i Química. En la majoria dels casos, l’últim curs en què van estudiar Física és durant l’Educació Secundària Obligatòria (quan tenien 14-15 anys). Això és degut a que la majoria d’ells van escollir els batxillerats social o d’humanitats. D’altra banda, hi ha una percepció generalitzada per part dels futurs mestres que un dels temes més difícils del contingut de ciències que han de treballar a l’Educació Primària són les forces i la seva relació amb situacions quotidianes. A partir d’aquest context, els propòsits de doctorat són explorar quins són els models mentals de força de l’alumnat, quin ús fan de les representacions externes i analitzar de quina manera la seva interrelació pot ajudar a una millora de l’aprenentatge del model de força. Per a fer-ho es dissenyaran materials nous i per a utilitzar durant les sessions d’aula. Tenint en compte el nombre reduït de sessions dedicades al tema de les forces durant el curs DMEI, s’ha optat per centrar la recerca en una de les idees de força més fonamentals, però menys intuïtives: la força com a interacció entre dos objectes o sistemes. S’han dissenyat un estudi de cas i un qüestionari per a analitzar quins són els diferents models de força i representacions que tenen els estudiants abans i després de les sessions de classe, com les representacions gràfiques ajuden els futurs mestres a explicitar els seus models mentals i les principals dificultats en l’ús del model de força per a explicar diferents situacions. Amb els resultats obtinguts per aquests instruments i la investigació bibliogràfica sobre representacions gràfiques alternatives, s’ha dissenyat una nova representació que s’ha posat en pràctica durant les sessions de DMEI del curs 2017/18. Aquesta nova representació gràfica s’ha pensat com a instrument per ajudar pensar en termes d’interacció les forces que es donen en diferents situacions. I es planteja amb l’objectiu de facilitar l’anàlisi de la situació plantejada i poder arribar a la representació de les forces que actuen sobre un cos amb el diagrama de cos lliure. El nombre de respostes dels qüestionaris que mencionen la força com a interacció entre cossos és més gran durant el curs 2017/18, de manera que podem dir que la nova representació ajuda a promoure el model de força d’interacció. A més, l’ús d’aquesta representació gràfica com a eina per resoldre problemes ha estat ben rebuda pels futurs mestres. Durant l’examen de DMEI no era obligatori utilitzar-la, però hi va haver una part d’alumnat que l’havia treballat que la va començar a utilitzar espontàniament per resoldre el problema de forces proposat.Tot i que la representació gràfica funciona i la identificació de les forces presents en una situació ha millorat, encara es troben problemes en la realització del dibuix del diagrama del cos lliure que es poden continuar treballant.

The context of this research is the semi-annual course on Didactics of the Matter, the Energy and the Interaction (DMEI) addressed to Teacher Training in the Primary Education Degree atthe Universityof Barcelona. This is a compulsory course in the second year of the Degree. It is known that the majority of students arrive at the Degree with a very poor knowledge on Physics and Chemistry. In most cases, the last course in which they studied Physics is at compulsory secondary education (when they were 14-15 years old). That’s because most of them chose a Social and Humanities major at Secondary High Education (16-18 years old). On the other hand, there is a widespread perception that one of the most difficult topicsin the pre-service primary teacher education is the forces and its relationship with everyday situations. According to this, the PhD purposes are to explore how mental models; the use external representation and their interrelationship improve the learning of the concept of force and to design materials and practices to develop a better understanding of the concept. Given the small number of sessions devoted to the topic of forces in the DMEI course, in our PhD we chose to focus only on one of the most fundamental but less intuitive ideas of force: the force as an interaction between two objects or systems. A case study and a questionnaire weredesigned to analyse the main difficulties in the modelling of forces, how graphic representations help pre-service teachers to do it and which are the different force models and representations that students have before and after the class sessions. With the results obtained by these instruments and the literature research on alternative external representations done we have designed a new representation that was used during de 2017/18 DMEI sessions. An adaptation of the 2016/17 sessions is carried out. The only change done to the sessions was the inclusion of a new graphic representation as an instrument to think with the different given situations in terms of interactions with the aim to be able to reach the representation of the forces on a body with the free body diagram. The number of responses that mention force as an interaction between bodies is higher during the 2017/18 course, so we can say that the new representation helps them to promote the interaction force model. In addition, the use of this graphic representation as a tool for solving problems has been well received by pre-service teachers. During the DMEI exam it was not mandatory to use it, but there was a part of them who used it spontaneously to solve the problem of forces proposed. Although the identification of the forces present in a situation has improved, problems are still encountered in therealization of the drawing of the free body diagram.