Maestría en Educación en Ciencias Naturales · 2025
La experimentación mental en la clase de física: su contribución al desarrollo del pensamiento crítico y a la construcción de nociones de espacio-tiempo relativista
Este trabajo de investigación presenta los fundamentos teóricos y las contribuciones de una propuesta de enseñanza de la física para la educación media en Colombia, surgida en el programa de la Maestría en Educación en Ciencias Naturales de la Universidad de Antioquia (Medellín, Colombia) e inscrita en la perspectiva de investigación del grupo de Estudios Culturales sobre las Ciencias y su enseñanza- ECCE. Su propósito general fue analizar cómo la experimentación mental contribuye a articular el desarrollo de habilidades del pensamiento crítico y la construcción de nociones de espacio-tiempo relativista en estudiantes de física de nivel medio en Colombia. La investigación busca el desarrollo de estas habilidades a partir de la experimentación mental, planteando la posibilidad de que el estudiante adquiera una mirada crítica y reflexiva enriquecida por el uso de elementos narrativos y la representación geométrica del espacio-tiempo desde la perspectiva de Minkowski. La investigación se adelantó bajo el paradigma cualitativo con enfoque interpretativo, usando como método el estudio de caso instrumental. Los hallazgos evidencian que, la inserción de la experimentación mental en la clase física, promovió la creación de escenarios imaginativos provenientes de la experiencia y el entorno cotidiano del estudiante, que aterrizan el fenómeno físico a un lenguaje conocido por estos, promoviendo un intercambio de ideas significativo, en donde los estudiantes puedan respaldar sus experimentos mentales con razones y evidencias basadas en leyes físicas, con el objetivo de convencer a sus compañeros de sus posturas. Este ambiente de discusión fomentó no solo el desarrollo de habilidades críticas, sino también la construcción de un conocimiento físico del espacio-tiempo a nivel colaborativo.
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Contenido
- Resumenp. 11
- Abstractp. 12
- 1 Planteamiento del problema y justificaciónp. 13
- 2 Objetivosp. 19
- 2.1 Objetivo generalp. 19
- 2.2 Objetivos específicosp. 19
- 3 Antecedentesp. 20
- 4 Marco teóricop. 30
- 4.1 Pensamiento Críticop. 30
- 4.1.1 La argumentación y la enseñanza de las cienciasp. 37
- 4.1.2 La argumentación y la enseñanza de las cienciasp. 37
- 4.2 Experimentación mentalp. 45
- 4.2.1 El experimento mental como argumentop. 48
- 4.3 Concepción relativista del espacio-tiempop. 54
- 4.3.1 El espacio-tiempo de Minkowski y el concepto de eventop. 65
- 4.3.2 Diagramas de espacio-tiempo de Minkowskip. 68
- 4.3.3 Construcción de las coordenadas espacio temporales de otro observadorp. 71
- 5 Metodologíap. 76
- 5.1 Paradigma investigativo y método de investigaciónp. 76
- 5.2 Contexto y participantesp. 78
- 5.3 Técnicas e instrumentos de registro de la informaciónp. 79
- 5.4 Sistematización y análisis de la informaciónp. 82
- 5.5 Criterios de credibilidadp. 86
- 5.6 Consideraciones éticasp. 87
- 6 Hallazgosp. 89
- tiempop. 44
- tiempop. 44
- la argumentaciónp. 117
- 6.2.1. La experimentación mental como escenario para la revisión de perspectivasp. 117
- 7 Conclusiones y Consideraciones finalesp. 136
- Referenciasp. 141
- Anexosp. 148
- Propuesta pedagógicap. 148
- Actividad de acercamiento: Diagrama de espacio-tiempo relativistap. 148
- Actividad 2p. 150
- Actividad 3p. 151
- Actividad 5. Modelo de Debate Críticop. 158
- Transcripción Debate 1. Grupo de discusiónp. 162
- Transcripción Debate 2. Grupo de discusiónp. 169
- Guías de experimentación mental. Situación 1p. 175
- Guías de experimentación mental. Situación 2p. 176
- Tabla 1. Matriz de categorías y subcategorías que representan los niveles de pensamiento críticop. 23
- Tabla 2. Etapas de implementación MDCp. 42
- Tabla 3. Sistema de codificaciónp. 82
- Tabla 4. Simbología empleada en la transcripciónp. 84
- Tabla 5. Categorías y subcategorías de análisis con los indicios correspondientesp. 85
- Tabla 6. Ejemplo de selección de algunas UA para la segunda categoría de análisisp. 86
- Tabla 8. Guía de experimentación mentalp. 156
- Tabla 9. Situación hipotética relativistap. 157
- Tabla 10. Transcripción Debate 1p. 162
- Tabla 11. Transcripción Debate 2p. 169
- subcategorías que representan los niveles de pensamiento críticop. 24
- of the Earth and the Luminiferous Ether” de 1887p. 60
- además de un observador M equidistante de A y Bp. 64
- Minkoswskip. 66
- Ilustración 5. Representación bidimensional del espacio-tiempo de Minkowskip. 69
- Ilustración 6. Eventos pasados y futuros dentro y fuera del cono de luzp. 70
- espacio-tiempo de un observador 𝑂1 con una mosca que da vueltas alrededor de élp. 71
- Ilustración 8. El eje del tiempo de un marco cuya velocidad es 𝑣p. 72
- Ilustración 9. Luz reflejada en 𝑎 , medida por 𝑂′p. 73
- Ilustración 10. La reflexión en la figura 1.3, medida en 𝑂p. 74
- Ilustración 11. Diagramas espacio temporales de 𝑶 (izquierda) y 𝑶′(derecha)p. 75
- Ilustración 12. Plan de recolección y organización de la informaciónp. 79
- Ilustración 13. Diagrama de la línea de vida del participante PAp. 91
- Ilustración 14. Diagrama de la línea de vida del participante PBp. 92
- Ilustración 15. Diagrama de la línea de vida del participante PCp. 93
- Ilustración 16. Diagrama de la línea de vida del participante PEp. 94
- Ilustración 17. Diagrama de la línea de vida del participante PDp. 94
- Ilustración 18. Representación de algunas situaciones físicas en un diagrama de espacio-tiempop. 95
- Ilustración 19. Situaciones físicas y representaciones previstas por el investigadorp. 96
- el grupo GP en un diagrama de espacio-tiempop. 97
- el grupo GO en un diagrama de espacio-tiempop. 97
- tiempop. 44
- tiempop. 44
- GO, ilustración b) en un diagrama de espacio-tiempop. 100
- GO, ilustración b) en un diagrama de espacio-tiempop. 101
- relativista. A la izquierda se muestra la representación de los sucesos contempladosp. 102
- corresponde al número de participantesp. 103
- Ilustración 28. Situación hipotética puesta en consideración para construir un experimento mentalp. 107
- respectivamentep. 111
- Ilustración 31. Diagramas de espacio-tiempo construidos por PA, PB y PC respectivamentep. 115
- (al lado derecho)p. 118
- tiempo (al lado izquierdo) y la interpretación del diagrama (al lado derecho)p. 120
- tiempop. 44
- tiempo (al lado izquierdo) y la interpretación del diagrama (al lado derecho)p. 120
- dada por el grupo GO, (ilustración b) en un diagrama de espacio-tiempop. 123
- Ilustración 37. Situación hipotética puesta en consideración para el debate críticop. 125
- astronauta ganaría la apuestap. 126
- viajero espacial ganaría la apuestap. 127
- victoria del astronautap. 130
- participantes del informe de investigaciónp. 137
- dimensionesp. 148
- Ilustración 43. Acercamiento de un diagrama de espacio tiempo-relativistap. 149
- color negro, y el marco de referencia de Rigo de color azulp. 152