Eliane Veit

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II CURSO BOLIVIANODE ENSEÑANZA DE LA
FÍSICACarrera de Física, UMSA
Diagrama AVM un instrumento heurístico para la
reflexión y análisis de actividades de modelado
computacional

• Eliane Veit
• Instituto de Física - UFRGS
• La Paz
• Agosto 2005

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En esta presentación

• Por qué modelado computacional en la enseñanza de
  Física?
• Modelos científicos (físicos)
• Modelado esquemático en la solución de problemas
• Método Predecir Observar Explicar (P.O.E.)
• El Diagrama AVM

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Objetivos del modelado computacional en la
enseñanza de la Física

• facilitar la comprensión de modelos físicos.
• facilitar la construcción e investigación de
  situaciones-problemas.
• desarrollar la capacitad de predecir, evaluar y
  analizar predicciones.
• posibilitar el tratamiento de problemas más
  generales y actuales.

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Qué es un modelo en Física?

• representación simplificada e idealizada de un
  sistema o fenómeno físico.
• Aceptado por los científicos
• constituido por proposiciones semánticas
• representaciones (externas) y modelos matemáticos
  subyacentes

Son abstracciones creadas por los científicos,
que no existen en la naturaleza!
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Ejemplo

• Modelo de un gas ideal
• el gas es constituido por partículas puntuales
  (con toda la masa concentrada en un punto)
• que interactúan vía colisiones perfectamente
  elásticas.
• No hay en la naturaleza tal sistema. Ésta es una
  idealización de los físicos, que sirve como punto
  de partida para la descripción de propiedades
  características de los gases, como presión,
  volumen y temperatura

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Ejemplo

• Modelo planetario
• En la descripción del movimiento de translación
  de los planetas, estos son considerados como
  partículas puntuales, en una clara idealización.
• En la descripción del movimiento de rotación,
  pasan a ser tratados como cuerpos esféricos,
  rígidos, aunque que en la realidad su forma no
  sea esférica y tampoco sean rígidos.

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Con respecto a modelos

• Es esencial darse cuenta que la Ciencia tiene
  origen en la mente de los científicos.
• O sea, es una construcción humana que busca
  describir el universo, a través de teorías,
  modelos, probando hipótesis e sometiendo a la
  evaluación empírica.
• Los modelos no son cristalizados en su forma de
  creación, sino reformulados, mejorados o
  abandonados, dependiendo de su éxito en la
  descripción de los resultados experimentales o
  con razonamiento teóricos.
• Presentan contexto de validez y distintos grados
  de precisión.

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Praxis científica

• crear modelos científicos.
• verificar se describen bien los fenómenos.
• determinar su contexto de validez.
• mejorar la precisión de los resultados.
• e hacer predicciones.

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Modelado

• Modelado de un sistema físico es el proceso
  cognitivo de construcción de un modelo científico
  para describir este sistema.
• Este proceso, que suele ser guiado por una teoría
  subyacente, es denominado por Halloun como
  modelado esquemático, pues como otros esquemas
  científicos (conceptos, leyes y otras estructuras
  compartidas por los científicos)
• utilizan un número limitado de características
  básicas casi independientes de las idiosincrasias
  individuales de los científicos, y
• son desarrollados y aplicados según esquemas
  genéricos de modelado.

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Cinco pasos en el modelado esquemático
Halloun

• Selección Se identifica el sistema en estudio y
  se selecciona um modelo de alguna teoría conocida
  para describirlo.
• Construción Se especifican los componentes del
  modelo, los descriptores, los agentes externos,
  la estructura. El modelo se expresa en forma de
  un modelo matemático preliminar.
• el modelo es procesado
• Validación y
• Análisis se verifica si el modelo describe
  satisfactoriamente la situación física deseada.
• mejoramiento o extensión del modelo

pari pasu
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Modelado computacional

• Para nosotros modelado esquemático de Halloun
• la computadora para los
  cálculos
• O sea selección
• construcción
• validación
• análisis
• extensión del modelo

Que metodología utilizar para implementarla?
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Método Predecir Observar Explicar(P. O. E.)

• Predecir cómo evolucionará una determinada
  situación-problema
• Observar lo que de hecho ocurre en una simulación
  del evento
• Explicar eventuales divergencias entre lo
  esperado y lo observado

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Diagrama V o V de Gowin

• es un instrumento heurístico para el análisis del
  proceso de producción de conocimiento
• o para extraer conocimientos documentados en
  artículos de investigación, libros, etc.
• el formato en Ve pone de manifiesto la
  interacción entre el dominio teórico-conceptual y
  el metodológico en el proceso de producción del
  conocimiento

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Cinco preguntas-clave

• Cuál(es) son la(s) preguntas(s)-foco?
• Cuál(es) los conceptos-clave?
• Cuál(es) lo(s) método(s) usado(s) para responder
  la(s) preguntas(s)-foco?
• Cuál(es) el conocimiento producido?
• Cuál(es) el valor del conocimiento producido?

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Diagrama AVM (Adaptación del diagrama V para el
Modelado Computacional)

• es un instrumento heurístico para el análisis del
  proceso de modelado computacional
• el formato en Ve pone de manifiesto la
  interacción entre el domínio teórico-conceptual y
  el metodológico en el proceso de modelado
  computacional

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Diagrama AVM (Adaptación del diagrama V para el
Modelado Computacional)
fenómeno de interés Pregunta(s)-foco
DOMINIO METODOLÓGICO
DOMÍNIO CONCEPTUAL
Posibles generalizaciones y expansiones del
modelo Afirmaciones del modelo Validación del
modelo Categorización del modelado Representacio
nes Elementos interactivos Registros
Filosofia(s) Teoria(s) Princípios y
Idealizaciones(contexto de validez) Entidades/Sig
nos Conceptos Variables Parámetros Relaciones
Resultados conocidos Predicciones
Implementación y exploración del modelo
computacional
Concepción del modelo computacional
Interación
Situaciones-problema
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Diagrama AVM - Ilustración
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(No Transcript)
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Formas de aplicación del diagrama AVM Modelo
(exploratorio o de creación) dirigido
fenómeno de interés Pregunta(s)-foco
DOMINIO METODOLÓGICO
DOMINIO CONCEPTUAL
?
?
Interacción
Situaciones-Problema en investigación
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Formas de aplicación del diagrama AVM Modelo
(exploratorio o de creación) abierto
Fenómeno de interes ? Pregunta(s)-foco ?
DOMINIO METODOLÓGICO
DOMINIO CONCEPTUAL
?
?
Interación
Situaciones-problema en investigación ?
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Dónde se sitúa el modelado computacional ?
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Defendemos

• el uso de la computadora como herramienta
  cognitiva.
• o sea, como ampliación de la capacitad humana
  para resolver problemas.
• el modelado como herramienta potencialmente útil
  para facilitar al estudiante el aprendizaje de
  Física.
• Pero es necesario tener en cuenta que la
  metodología es parte fundamental del proceso
• y que la interactividad del estudiante con los
  otros estudiantes, con el profesor y con la
  tecnología es indispensable

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Agradecimientos

• Agradeco
• - la invitación para participar de este evento,
• para mí fue muy agradable mi estadía aquí,
• -la hospitalidad de todos
• -la Profa Zulma Gangoso que tradujo las
  presentaciones.
• En caso de dudas al respecto de mi charlas,
  espero que me escriban a eav_at_if.ufrgs.br.

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Referências

• ARAUJO, I. S. VEIT, E. A. MOREIRA, M. A.
  Diagrama AVM
• Texto de Apoio preparado para a disciplina de
  pós-graduação Bases Teóricas e Metodológicas para
  o Ensino Superior, Instituto de Física, UFRGS,
  2004.
• HALLOUN, I. Schematic modeling for meaningful
  learning of physics. Journal. Research in Science
  Teaching, New York, v. 33, n. 9, p. 1019-1041,
  Nov. 1996.

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Seleción del modelo

• Cuál sistema físico se desea describir?
• Cuál(es) son los objectos que pertenecen al
  sistema?
• Cuál(es) objectos externos interagen con el
  sistema?
• Qué tipos de movimiento (translación, rotación)?
• Qué modelo es más apropiado?

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En la construción del modelo

• Qué coordenadas son más apropiadas en el sistema
  de referência escojido?
• Qué parâmetros son requeridos para cada objecto
  (masa, momento de inércia,...)
• Qué conceptos cinemáticos son necesários? Que
  axiomas o definiciones son requeridos para estes
  conceptos?
• Qué agentes actuam en cada objecto? Qué força es
  ejercida pelos diversos agentes?
• Qué lei causal descreve el estado del objecto
  (Lei de Newton, de Euler, ...?) Como expresar
  estas leis matematicamente?

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Validación del modelo

• El modelo así construído describi adecuadamente
  el(los) resultados conocidos?
• Las condiciones de contorno son satisfeitas?
• La pregunta que se desea responder está en el
  domínio del modelo?

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Análisis del modelo

• El modelo construído representa apropiadamente
  los objectos do problema o da situación?
• La pregunta que se pretende responder está
  dentro do limite de validade do modelo?
• Hay elementos incluídos en el modelo que podriam
  ser desconsiderados?
• El modelo matemático construído es suficiente
  para responder la pregunta deseada?

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Extensión del modelo

• Quál(es) aspectos del problema y de su solución
  reforzam sus conocimientos?
• ...complementam...
• ...contradizem...
• ...son nuevos para usted?
• Cómo pueden el problema y su solución serem
  estendidos para outras situaciones?