Una revisión de literatura sobre el uso de modelación y simulación computacional para la enseñanza de la física en la educación básica y media

Abstract

Este artículo presenta una revisión de la literatura que aborda los principales referentes epistemológicos, psico-pedagógicos y didácticos en las investigaciones sobre actividades de Modelación y Simulación Computacional (MSC) en la enseñanza de la física (en los niveles de educación básica y media). La búsqueda principal se llevó a cabo en las siguientes bases de datos: Science Direct, Scopus, Web of Science y Google Scholar considerando artículos publicados entre 2003-2013 y en busca de las siguientes palabras clave: “computational modeling”; “computational simulation”; physics teaching”; “research in physics teaching” (también las correspondientes palabras clave en español y portugués fueron usadas en la búsqueda). Después de la lectura de los artículos seleccionados, consideramos sólo las implementaciones de MSC que tenían como propósito contribuir al aprendizaje de conceptos físicos. Los resultados muestran que: i) las investigaciones se basan en las ideas epistemológicas contemporáneas, excepto un artículo con concepciones positivistas; ii) hay varias teorías cognitivistas siendo utilizadas (Piaget, Ausubel, Vergnaud,…), pero Vygostky es el más prominente; iii) estrategias que promueven las interacciones sociales son preponderantes en las actividades de resolución de problemas, simulaciones integradas con experimentos y modelación. De hecho, sólo dos (2) estudios entre los 21 encontrados sobre MSC en educación básica y media hacen uso de Modelación Computacional, lo que demuestra que es necesario un poco de esfuerzo para introducir e investigar este tipo de actividad en la enseñanza de la física. Sin embargo, identificamos una tendencia a aplicar un fundamento principalmente pedagógico y didáctico para la implementación de actividades de MSC en el aula de clase.

Point Charge between Two Grounded and Conducting Planes Forming a 60° Angle and for Yukawa’s Potential and Coulomb’s Potential

“…The motivation for this work coincides with the results of the study carried out by López et al [8] on the modeling and simulation of phenomena of physics, chemistry and biology in articles published and existing in various databases. It was found that publications on simulating greatly outnumber those on modeling.…”

Metodología para la Enseñanza del Movimiento Oscilatorio mediante Simulación Computarizada

“…La interacción del usuario con una simulación tiene un carácter exploratorio, mientras que en una modelación el usuario tiene acceso a la estructura básica y está en capacidad de construir el modelo desde cero, modificarlo o reconstruirlo conforme desee (Lopez et al, 2016). En este sentido la mayor parte del software disponible sobre fenómenos físicos incluido el proyecto Phet, funcionan como simuladores.…”

“…Tabla 1: algoritmos utilizados para construir las simulaciones en geogebra. La mayoría de las investigaciones orientadas a la implementación de software en las aulas de clase de física se enfocan en la utilización de simulaciones, poca utilización se da a las actividades de modelación computacional, probablemente debido a que implica aparte del conocimiento de los modelos matemáticos conocimientos en la utilización de un lenguaje de programación especifico (Lopez et al, 2016). En este sentido la investigación que se presenta en este artículo contiene elementos de modelación dado que los escenarios de los fenómenos estudiados fueron construidos desde cero a partir de sus modelos matemáticos, sin embargo, el producto de estos modelos computacionales se presenta al estudiante como una serie de simulaciones, en las cuales debe manipular variables y observar el comportamiento presentado.…”

Modelación de sistemas dinámicos de la mecánica clásica

“…En la actualidad, la utilización de los métodos numéricos en la modelación de los sistemas mecánicos ha aumentado debido a la posibilidad de realizar los cómputos numéricos con gran rapidez y grandes volúmenes de datos en sistemas de cómputo de todo tipo. No obstante, su principal cualidad consiste en su aplicación a ecuaciones de movimiento no lineales que analíticamente son difíciles o imposibles de resolver [13]. Operativamente la aplicación de métodos numéricos a la modelación de diferentes sistemas mecánicos bajo la misma estrategia de cálculo permite profundizar sobre el análisis analógico y comparativo de la física de estos sistemas mecánicos sin entrar necesariamente en complejidades matemáticas [14].…”