El abordaje fenomenológico como base de procesos de matematización de la FísicaResumen
Se presenta una caracterización del abordaje fenomenológico como etapa inicial de desarrollo del pensamiento físico-matemático. Esta es una investigación-acción de tipo intervención en cuatro fases: observación para una primera aproximación a las actividades del abordaje fenomenológico, diseño de la intervención, ejecución y análisis para su caracterización. El objetivo es lograr el reconocimiento de la fenomenología por medio de la experimentación. Los resultados muestran que el abordaje fenomenológico logrado por los estudiantes, consiste en la toma de conciencia de la existencia del fenómeno y la descripción de sus características, al identificar las variables con sus relaciones, el desarrollo de un lenguaje más preciso para describir lo que se observa y la formulación de preguntas genuinas, lo que abre el camino para la posterior observación sistemática y la modelización.
Palabras clave:
enseñanza de la física; didáctica de la física; aprendizaje; experimentación discrepante; fenomenología.
Abstract
A characterization of the phenomenological approach is presented as an initial stage in the development of physical-mathematical thinking. This is an action-research study of an interventional type, carried out in four phases: observation for an initial approximation to the activities of the phenomenological approach, intervention design, execution, and analysis for its characterization. The objective is to achieve recognition of phenomenology through experimentation. The results show that the phenomenological approach achieved by the students consists of becoming aware of the existence of the phenomenon and describing its characteristics, by identifying variables and their relationships, developing more precise language to describe what is observed, and formulating genuine questions, which paves the way for subsequent systematic observation and modeling.
Keywords:
physics teaching; physics didactics; learning; discrepant experimentation; phenomenology.
Introducción
La enseñanza de la física en el aula ha estado tradicionalmente ligada a la aplicación de modelos matemáticos ideales que, aunque efectivos en ciertos contextos, tienden a reducir la complejidad de los fenómenos físicos a simples algoritmos. Este enfoque ha generado una desconexión entre el fenómeno natural y la comprensión significativa por parte del estudiante, quien en muchos casos se limita a memorizar fórmulas sin entender su origen o sentido. En contraposición a esta práctica, el abordaje fenomenológico, como base fundante de un proceso de matematización de la física, ofrece una alternativa que sitúa al estudiante frente al fenómeno para su reconocimiento desde la reflexión y el reconocimiento de circunstancias o hechos que se salen del sentido común pero que son perfectamente pensables desde las estructuras de conocimiento que posee, permitiéndole una interacción multisensorial con la realidad física, lo que posibilita la construcción de un conocimiento profundo y contextualizado.
Desde la perspectiva dimensional de la didáctica planteada por Castiblanco y Nardi (2023), es necesario concebir el aula como un espacio multicultural, donde cada estudiante aporta sus propias experiencias, creencias e intereses, para ser consideradas en el proceso mismo de la planeación de la clase, no solo como datos curiosos a tener en cuenta. Bajo este enfoque, el proceso de enseñanza y aprendizaje debe ser incluyente y pertinente, propiciando escenarios en los que los estudiantes puedan vincularse sensorialmente con los fenómenos estudiados, lo que a su vez facilita la abstracción y el desarrollo del pensamiento científico. Así, desde la perspectiva de Paramero (2023), la interacción fenómeno-estudiante se convierte en la base para un proceso de matematización de la física que permita la transición desde la percepción empírica del fenómeno hacia una descripción sistemática y modelada del mismo.
La implementación de este tipo de prácticas no puede ser arbitraria ni genérica; exige de parte del docente un discurso didáctico y científico que le permita caracterizar adecuadamente a la población estudiantil y diseñar actividades coherentes con su contexto. Esta investigación parte de la necesidad de comprender cómo ocurre el abordaje fenomenológico en un proceso en el cual el estudiante logra distinguir entre lo que se observa directamente a simple vista y lo que se podría observar bajo nuevas intencionalidades. Este tipo de razonamiento no solo favorece la comprensión conceptual, sino que también propicia el desarrollo general del pensamiento.
En este sentido, el objetivo central radica en estimular la comprensión del fenómeno, lo que implica involucrar múltiples niveles de representación y análisis por parte del estudiante. En esta perspectiva, introducir la ecuación no es el fin en sí mismo sino que debe ser el resultado de un proceso cognitivo riguroso que parte del reconocimiento de las características del fenómeno, su análisis cualitativo, su abstracción y, finalmente, su modelización. Se parte de la hipótesis de que para lograr que el estudiante comprenda por qué la naturaleza se comporta de algún modo en específico, primero debe experimentar la esencia del comportamiento físico, es decir, visualizar en diferentes formatos sus regularidades y discrepancias cualitativas. Solo así, las variables involucradas y la relación entre las mismas, es decir la ecuación, emergerá como una necesidad para describir aquello que los estudiantes están viendo y analizando, y no como una simple imposición arbitraria por parte del docente.
Por ello, este trabajo se propone a caracterizar el modo como ocurrió un proceso de abordaje fenomenológico en una experiencia de enseñanza de la física, en la cual se identificaron los elementos que hacen posible esta primera etapa, que incluye la confrontación del estudiante con el fenómeno, la estructuración de un lenguaje pertinente para su descripción, y el reconocimiento de las condiciones que permiten avanzar hacia etapas más abstractas del pensamiento físico.
Marco de referencia
Sobre la transformación de los discursos en la formación docente
La enseñanza de la física implica más que la transmisión de conceptos; requiere una comprensión profunda de los modos en que el conocimiento científico se construye, se comunica y se transforma en la clase. En este sentido, la perspectiva dimensional de la didáctica de la física propuesta por Castiblanco y Nardi (2023), ofrece una estrategia de construcción conceptual que transforma el discurso didáctico-científico del profesor, con el fin de que desarrolle autonomía intelectual, lo que a su vez, le habilita para crear estrategias metodológicas propias. Esta perspectiva propone educar al docente en al menos tres dimensiones interdependientes entre sí, en lo disciplinar, sociocultural e interaccional. Es de resaltar que el docente investigador de este trabajo recibió formación previa en esta perspectiva, lo que se vio reflejado en su habilidad para el diseño y desarrollo de las intervenciones.
La dimensión disciplinar, según Castiblanco y Vizcaíno (2018), educa al docente en habilidades para la metacognición, esto es, para cuestionar su propio dominio conceptual y para que sea capaz de problematizarlo y situarlo en contextos escolares. Para ello, resulta fructífero abordar los conceptos desde su historia, filosofía y epistemología, promoviendo la reconstrucción y comprensión de la física a partir del reconocimiento de la dimensión epistémica del conocimiento físico.
La dimensión sociocultural, según Castiblanco (2023) se orienta a comprender la relación entre las ciencias sociales, naturales y humanas, para aprender a contextualizar la enseñanza de la física. Esto implica crear procesos de enseñanza de la física a partir del reconocimiento de las relaciones entre el saber disciplinar, el saber contextual del medio en el que se enseña, y el saber de las condiciones humanas y culturales de sus estudiantes, promoviendo una actitud crítica frente a los fines de la educación científica y su relación con los discursos que circulan en la escuela.
Finalmente, la dimensión interaccional según Castiblanco (2016), se enfoca en el aprendizaje para la creación de recursos de apoyo y dinámicas de interacción en la clase, que propicien diversos tipos de relaciones entre los participantes, que habiliten el diálogo, la participación activa y el reconocimiento del otro en el proceso de aprendizaje y de enseñanza. Esta dimensión impulsa al docente a innovar en sus estrategias de interacción, propiciando entornos de aprendizaje colaborativos y significativos a partir del aprendizaje de tipologías de experimentación, tipologías de literatura y tipologías de tecnologías.
Sobre el desarrollo del pensamiento físico-matemático
Desde esta perspectiva, la matematización no constituye un punto de partida del aprendizaje, sino el resultado de un proceso de estructuración del fenómeno. La emergencia de magnitudes, variables y relaciones funcionales se produce cuando ciertas regularidades observadas requieren ser expresadas y comunicadas con mayor precisión. Así, la matemática aparece como un recurso epistemológico que permite estabilizar y organizar la experiencia fenomenológica, y no como un formalismo impuesto externamente, y mucho menos como el todo del lenguaje de la física. En este sentido Karam y Pietrocola (2009) asumen que enseñar física implica crear escenarios para que el fenómeno se vuelva pensable, es decir, para que los estudiantes aprendan a observarlo de manera sistemática, a identificar regularidades y a formular interrogantes que orienten su comprensión. Esta concepción desplaza el énfasis desde la transmisión directa de conceptos hacia la construcción progresiva de sentido a partir de la experiencia sensorial.
Castiblanco y Vizcaíno (2024) desarrollan una propuesta de educación del docente para la preparación de clase y evaluación de los procesos de desarrollo del pensamiento matemático en tres fases. La primera se trata de propiciar ambientes para el abordaje fenomenológico, es decir, para que el estudiante reconozca la ocurrencia de ciertos hechos que ameritan ser estudiados porque se salen de lo que se puede explicar desde el sentido común, así, la introducción del fenómeno natural en la clase no se reduce a describir teóricamente un hecho observable aislado, sino que constituye una experiencia estructurada que requiere ser descrita, delimitada y problematizada por los estudiantes. A partir de lo que se logre allí, se puede pasar a la fase de observabilidad de la naturaleza, en donde el estudiante debe aprender a identificar variables, constantes y parámetros en el fenómeno natural en estudio, y finalmente, cuando hayan suficiente nivel de conciencia sobre las problemáticas del fenómeno, se podrá pasar a la fase de modelización en donde se construyen explicaciones y se desarrollan líneas argumentativas sobre el porqué de la ocurrencia.
Desde esta visión contemporánea de la enseñanza, el fenómeno físico deja de entenderse como una simple ilustración empírica de modelos previamente establecidos y pasa a concebirse, según Vizcaíno (2013), como un objeto epistémico central del aprendizaje. Una de las múltiples formas de intervenir en la clase para esta fase, es a través de experimentos que evidencien la existencia de fenómenos físicos, como se muestra en Castiblanco y Vizcaíno (2023) en donde se describen tipologías de experimentación como la ilustrativa, casera, recreativa, crucial, discrepante, por investigación y virtual, sabiendo que cada tipología le permite al docente cambiar su rol y ampliar la interacción con los estudiantes, lo que facilita desarrollar habilidades de pensamiento en los estudiantes con la intención de construir conocimiento.
En este trabajo, se concede especial atención a la tipología de experimentos discrepantes en la perspectiva de Castiblanco (2021), ya que estos, al desequilibrar las concepciones de los estudiantes favorecen la reconstrucción conceptual y el cuestionamiento de ideas preestablecidas, ubicando al docente en un rol de mediador del debate y orientador de nuevos cuestionamientos. Este tipo de experimentos no solo cumplen una función motivacional, sino que también potencian la argumentación y el desarrollo del pensamiento crítico, aspectos fundamentales en la formación científica escolar.
Metodología de investigación
Esta investigación se inscribe en el enfoque cualitativo desde la perspectiva de Flick (2007), bajo la modalidad de investigación acción de tipo intervención. El enfoque metodológico es el más adecuado para los objetivos del estudio, ya que permite una comprensión profunda y contextualizada de los procesos de aprendizaje, priorizando la descripción e interpretación de las interacciones discursivas, las construcciones de significado y las dinámicas de cambio promovidas por la intervención, aspectos que escapan a una medición puramente cuantitativa.
La naturaleza de este estudio exige una participación activa del investigador en el aula, con el propósito de transformar y comprender las dinámicas del aprendizaje mediante la implementación de una estrategia basada en el abordaje fenomenológico. Este tipo de investigación permite una aproximación reflexiva al fenómeno educativo, reconociendo los cambios que emergen en el contexto específico de la enseñanza.
Instrumentos de toma de datos
La investigación se estructuró siguiendo los ciclos de la Investigación-Acción propuestos por Elliot (1993), desarrollados en cuatro fases interconectadas. La primera fase consistió en un diagnóstico, realizado mediante observación no participante. Este diagnóstico se llevó a cabo en aulas de física y matemáticas de dos colegios públicos ubicados en las localidades de Usme y Antonio Nariño, en la ciudad de Bogotá, con grupos de 35 y 14 estudiantes, respectivamente, cuyas edades oscilaban entre los 14 y 17 años. En esta etapa, se observó el comportamiento de los estudiantes, los recursos disponibles y la metodología del docente, con el objetivo de fundamentar el diseño de una estrategia de intervención educativa.
La segunda fase comprendió la planificación de dichas intervenciones. En ella, se diseñaron secuencias de experimentos discrepantes, orientados a generar ambigüedades cognitivas para promover en los estudiantes la necesidad de elaborar una explicación. En la localidad de Usme, la intervención se planificó para estudiantes de décimo grado en el laboratorio de física, con una duración de cuatro horas en una única jornada. En la localidad de Antonio Nariño, se planificó para estudiantes de décimo y undécimo grado, en un aula convencional, con una duración total de cuatro horas distribuidas en dos sesiones.
La tercera fase consistió en la implementación de las intervenciones en el aula. La gestión de la clase se focalizó en la discusión acerca del comportamiento observado en los experimentos, es decir, en la percepción del fenómeno por parte de los estudiantes.
Por último, la cuarta fase fue de análisis. En esta etapa, se estudió todo el material recolectado para evaluar si se produjo un abordaje fenomenológico y, de ser así, de qué manera se manifestó.
La recolección de información se estructuró en dos momentos complementarios los cuales son: la caracterización del aula y el seguimiento del proceso de intervención. Para lo cual se diseñaron y aplicaron los instrumentos de toma de datos que siguen.
Rejilla de observación: Utilizada en la etapa diagnóstica, permitió identificar dimensiones clave del ambiente de aula, tales como la participación, el respeto entre pares, el interés por los contenidos, y la actitud frente a la resolución de problemas. La rejilla se construyó a partir de categorías a priori de acuerdo al marco teórico y se complementó con anotaciones de campo que capturaron elementos cualitativos emergentes.
Bitácoras estudiantiles: Durante las intervenciones, se implementó un formato de bitácora grupal e individual, en el cual los estudiantes consignaron sus hipótesis, esquemas explicativos, representaciones, preguntas emergentes y reflexiones personales. Este instrumento fue crucial para evidenciar los procesos de construcción de sentido, el tránsito por el conflicto cognitivo y la apropiación de las relaciones fenomenológicas.
Producción escrita final: Al finalizar la intervención, se solicitó a los estudiantes una reflexión individual centrada en lo aprendido, los elementos que más les llamaron la atención y las estrategias que resultaron significativas. Esta producción escrita permitió evaluar los alcances formativos de la propuesta, así como la resignificación de los conceptos abordados.
Intervención
Para la fase de la intervención el docente desarrolló un proceso contextualizado a partir de la experimentación discrepante, con base en las tipologías de experimentación para la enseñanza de la física que plantean Castiblanco y Vizcaíno (2023). Los temas que se escogieron para realizar las intervenciones fueron tres, para la primera institución ubicada en la localidad de Usme se abordó el fenómeno de refracción y reflexión de la luz, para la institución ubicada en la localidad de Antonio Nariño se abordó el fenómeno de presión atmosférica. Estos fenómenos se decidieron debido a que los profesores titulares de las instituciones educativas brindaron la libertad al docente investigador para elegir las temáticas, por lo que se aplicó el criterio de que fuesen fenómenos nuevos para los estudiantes, es decir, que en su paso por dichas instituciones nunca habían estudiado.
Desde esta perspectiva la experimentación discrepante consiste en que se inicia la clase presentando los materiales, luego, se simula (sin realizarlo) en que consistiría el experimento y en ese momento se pide que formulen hipótesis sobre lo que creen que ocurrirá con algún aspecto específico, luego de que todos los participantes han expresado sus hipótesis en público, se reflexiona sobre los posibles por qué de sus hipótesis, ya sea individualmente o por grupos. Cuando ya hay suficiente discusión y están claros los acuerdos y desacuerdos, se ejecuta el experimento, para pasar al momento de debate entre quienes pensaban que ocurriría algo por alguna razón y quienes piensan diferente por otras razones. Alí el profesor juega un papel de moderador y orientador de la discusión, estimulando la construcción colectiva de los estudiantes, sin imponer sus maneras de hablar del experimento. Los experimentos discrepantes fueron los siguientes:
Experimento discrepante para la enseñanza del concepto de reflexión de la luz
Para enseñar el fenómeno de la reflexión de la luz, se seleccionó un experimento que consiste en proyectar un holograma utilizando una imagen simétrica proporcionada por un celular a través de un prisma de cuatro caras construido con lámina de acetato.
En este caso se pregunta si al colocar las cuatro imágenes debajo de cada cara de la pirámide, e iluminarlas de abajo hacia arriba ¿se observará algo dentro de la pirámide?¿qué y cómo? En este caso lo que ocurre es que se crea el holograma dentro de la pirámide, como se muestra en la ilustración 1. Esto permite a los estudiantes argumentar sobre lo que observan en comparación con lo que esperaban, así como el modo como describen y explican lo que observan.
Experimento para abordar el fenómeno de reflexión, creación de holograma con 4 imágenes proyectadas sobre las cuatro caras de la pirámide invertida
Experimento discrepante para la enseñanza del concepto de refracción de la luz
Para la enseñanza del concepto de la refracción de la luz se realizó un montaje que se compone de tres elementos: un dibujo que evidencie una orientación horizontal, un recipiente de forma cilíndrica transparente y un fluido con el cual dicho recipiente se debe llenar, para este caso el fluido fue agua. Una vez completos los elementos se procede a realizar la respectiva configuración como se muestra en la ilustración 2. La parte izquierda muestra el recipiente vacío y la imagen que se observa a través de este, es allí en donde se propone al estudiante que exprese sus predicciones acerca de lo que va a ocurrir una vez el recipiente se llene de agua. En segunda instancia, se procede a ejecutar el experimento llenando el recipiente de agua, debido a esto se logra observar que la figura cambia de dirección, véase ilustración 2 parte derecha, momento en que surgen las discrepancias.
Experimento para abordar el fenómeno de refracción. Imagen a la izquierda antes de ejecutarlo, imagen a la derecha luego de ejecutarlo
Experimento discrepante para la enseñanza del concepto de presión atmosférica
La presión atmosférica es un fenómeno físico presente siempre en la cotidianidad con una característica, es difícil de percibir con los sentidos, por lo tanto, para poder percibir y abordar este fenómeno físico se hace uso de un experimento discrepante que consta de tres montajes. En el primero se dispone de un recipiente con agua a medio nivel y de una botella también con agua a medio nivel, la idea es voltear la botella tapada y con agua en su interior en posición vertical sobre el recipiente con agua, preguntando ¿qué pasará con los niveles de agua, si luego de introducir la botella con agua dentro del recipiente que también contiene agua, se destapa la botella? Como se representa en la ilustración 3a.
Experimento para abordar el fenómeno de presión atmosférica. (a) Primer montaje; (b) Segundo montaje; (c) Tercer montaje
El segundo montaje es similar al primero con la diferencia de que la botella ya no cuenta con agua en su interior ni tapa, en vez de ello solo tiene aire y un corcho en su interior que se puede mover libremente como se muestra en la ilustración 3b. Allí, antes de ejecutarlo, se pregunta ¿Ingresa agua del recipiente a la botella? ¿Qué pasará con el corcho cuando la botella se introduzca en el recipiente con agua? A partir de estas preguntas se generan hipótesis que después son el insumo para los debates y la construcción colectiva. El tercer montaje es similar al primero, a diferencia de que, antes de voltear la botella se introduce una manguera en el interior de la botella de tal manera que quede un extremo dentro de la botella y el otro extremo fuera, siendo tapado este último, como se muestra en la ilustración 3c. En primera instancia el extremo de la manguera que queda fuera del recipiente se mantiene tapado para preguntar ¿Qué pasará cuando el extremo de la manguera que está fuera del recipiente se destape? allí los estudiantes generan sus hipótesis para posteriormente trabajar con ellas ya sea para comprobarlas o refutarlas.
Análisis de datos
El análisis de la información recolectada se desarrolló bajo los principios del análisis de contenido, siguiendo el enfoque sistemático propuesto por Bardin (1986), en el que se organiza un texto, se codifica, se categoriza y se interpreta. Este proceso se organizó en tres fases iterativas y reflexivas, detalladas a continuación:
Organización y preparación del material: En esta fase inicial, se realizó una lectura exhaustiva y flotante de todo el corpus documental, el cual incluye rejillas de observación, bitácoras estudiantiles (individuales y grupales) y producciones escritas finales, con el objetivo de lograr una impresión general y comenzar a identificar ideas recurrentes. Posteriormente, se procedió a la organización y codificación del material, transcribiendo las notas de campo y digitalizando los registros escritos por los estudiantes para facilitar su manipulación y garantizar un tratamiento homogéneo de los datos.
Codificación y categorización: En esta fase central, se realizó una codificación del contenido. A partir de una lectura dirigida por los objetivos de investigación (caracterizar el abordaje fenomenológico), se identificaron y subrayaron unidades de análisis significativas: fragmentos de diálogo, argumentos, preguntas, descripciones de fenómenos y representaciones gráficas realizadas por los estudiantes. Estas unidades se agruparon en códigos preliminares (por ejemplo, uso de analogías, identificación de condiciones, conflicto entre predicción y observación, evolución del discurso técnico). Mediante un proceso de comparación constante, estos códigos se consolidaron en categorías analíticas emergentes más amplias y abstractas, que estructuraron la interpretación. Las categorías definitivas que guiaron el análisis fueron: Tratamientos alternativos del contenido por parte del docente, Interacción entre pares y preguntas que se formulan los estudiantes, Tipo y calidad de participación de los estudiantes, e Identificación de variables que caracterizan el fenómeno.
Tratamiento e interpretación de los resultados: Finalmente, las categorías establecidas fueron analizadas en profundidad para extraer significados. Esta fase fue de naturaleza hermenéutica, buscando ir más allá de la descripción para comprender los procesos subyacentes. Se realizaron inferencias sobre cómo la interacción con los experimentos discrepantes promovía la toma de conciencia del fenómeno. Los resultados se triangularon contrastando las evidencias provenientes de los diferentes instrumentos (bitácoras, observación, producción final) y de los dos contextos educativos (Usme y Antonio Nariño). El análisis se completó con la contextualización de los hallazgos dentro del marco teórico, relacionando las dinámicas observadas en el aula con los conceptos de abordaje fenomenológico y matematización inicial. Esto permitió no solo describir las interacciones, sino interpretar su rol en la construcción de un pensamiento físico cualitativo por parte de los estudiantes.
Este proceso garantizó que la caracterización del abordaje fenomenológico surgiera de una reflexión sistemática y fundamentada en los datos, permitiendo responder a la pregunta de investigación sobre cómo y bajo qué condiciones se manifestó dicho abordaje fenomenológico en las intervenciones didácticas realizadas.
Resultados
A partir de las intervenciones realizadas mediante la metodología previamente descrita, fue posible identificar una serie de elementos que evidencian la presencia del abordaje fenomenológico en el aula. Este enfoque se manifestó en la medida en que los estudiantes comenzaron a reconocer la existencia del fenómeno físico y las condiciones necesarias para su aparición. Uno de los aspectos centrales de estas intervenciones fue el modo en que el docente condujo el contenido de la física, ya que se empleó como recurso principal la experimentación a través de un experimento discrepante, lo cual propició continuamente el cuestionamiento, el diálogo y el debate entre los estudiantes. A lo largo del proceso, la participación activa de los estudiantes fue una constante, lo que reflejó su interés genuino por aprender. Sin embargo, aunque dicho interés era evidente, en varios momentos se presentaron dificultades a la hora de expresar con claridad sus ideas. Estas limitaciones los impulsaron a recurrir a sus conocimientos previos y a reorganizar su pensamiento con el fin de explicar, con mayor precisión, aquello que intuían o percibían. Tales situaciones favorecieron intervenciones con mayor profundidad conceptual, permitiendo que, progresivamente, se construyera un saber colectivo en torno al fenómeno físico trabajado.
Es precisamente a partir de estas dinámicas en el aula que emergen las categorías de análisis que se presentan a continuación. Cabe señalar que, en adelante, las intervenciones textuales realizadas por los estudiantes se referenciarán con la letra E, mientras que las del docente serán identificadas con la letra P.
Tratamientos alternativos del contenido por parte del docente
Una de las misiones del docente durante las intervenciones fue promover una participación activa de los estudiantes, de manera que asumieran con mayor autonomía su proceso de aprendizaje. El debate, promovido a partir de la diversidad de interpretaciones entre los estudiantes, requería una organización grupal en el aula. No obstante, el papel del docente fue fundamental, ya que en lugar de presentar el contenido desde una postura cerrada de conocimiento acabado y presentación de verdades absolutas, buscó intencionalmente provocar la construcción de significados por parte de los estudiantes.
Para ello, introducía el fenómeno directamente, generando así las condiciones para una apropiación más genuina del contenido.
Durante las sesiones, cada experimento se acompañaba de una pregunta que buscaba estimular la reflexión. En primer lugar, los estudiantes debían redactar su propia interpretación, y luego compartirla con sus compañeros. Esta dinámica dio lugar, de manera natural, al debate, ya que las ideas eran diversas, aunque a menudo contenían elementos comunes. El docente intervenía entonces para redirigir la conversación hacia esos puntos compartidos, con el fin de lograr una descripción colectiva del fenómeno. Un ejemplo significativo se dio al abordar el fenómeno de la presión atmosférica, después de presentar un segundo montaje experimental, el docente preguntó:
P: ¿Entrará agua en la botella?
Tras elaborar sus análisis individuales, un grupo expresó su conclusión por medio de uno de sus integrantes:
E1: La presión de la botella no va a dejar que el agua entre en ella y el corcho queda en la superficie dentro de la botella.
El docente repreguntó para profundizar:
P: ¿Por qué se genera presión dentro de la botella?
Esto desencadenó un diálogo espontáneo entre los estudiantes. Poco después, otro miembro del mismo grupo afirmó:
E2: No entra agua porque la botella ya contiene aire por dentro y por lo tanto el corcho no subirá.
Esta intervención dio paso a una tercera voz, esta vez de otro grupo:
E3: El aire de la botella hace presión contra el agua y el corcho así que, aunque se hunda hasta el fondo, el agua no entrará.
Esta secuencia dialógica es paradigmática. La primera pregunta del docente (P) genera una hipótesis que ya incorpora el concepto de presión de manera intuitiva en los estudiantes (E1). La repregunta (P) no corrige, sino que profundiza, exigiendo una causa. La respuesta del segundo estudiante (E2) identifica al aire como el agente, y el tercer estudiante (E3) sintetiza y formaliza la relación. Esto muestra cómo el docente, mediante preguntas estratégicas, orientó el razonamiento estudiantil desde una descripción estática hacia un modelo causal relacional, objetivo central del abordaje fenomenológico.
Interacción entre pares y preguntas que se formulan los estudiantes
En esta categoría se quiere analizar cómo la interacción entre estudiantes contribuye al abordaje fenomenológico. En las intervenciones realizadas, el protagonismo recaía en el debate. Sin embargo, muy rara vez el docente participaba directamente en éste. El papel del docente consistía en promover la diversidad de opiniones entre los estudiantes o en redirigir las preguntas que surgían en el momento que un estudiante brindara una explicación. Todo esto incentivó a que los estudiantes encontrasen puntos en común con los cuales podían soportar mejor sus ideas o expresarlas con mayor facilidad.
Un ejemplo de esto ocurrió en la intervención sobre la reflexión de la luz, en el momento en que se muestra el montaje experimental y se logra la creación del holograma en el interior del prisma. Luego de que los estudiantes discutieran en sus grupos, el docente los invitó a compartir sus explicaciones. En ese momento, un estudiante realiza la siguiente pregunta:
E: ¿Por qué el fondo de la pantalla del celular en donde se muestran las imágenes a proyectar debe ser negro?
Esta pregunta nace de una observación minuciosa de una variable control en el experimento. Como consecuencia a dicha pregunta, inmediatamente surgieron varias respuestas, por ejemplo, un estudiante respondió que:
E: El fondo debe ser negro porque si fuera de otro color se vería en el holograma.
Premisa que permitió que un compañero se cuestionara:
E: Entonces, ¿El color negro no emite luz?
Su compañero, tratando de dar explicación asevera que:
E: No, el color negro absorbe toda la luz que le llega.
Como conclusión de estas participaciones, un estudiante cerró el diálogo diciendo:
E: El color negro no es un color, es la falta de color, esto se ve reflejado en el holograma, la parte oscura no proyecta luz en la imagen que se forma en el centro del prisma.
A partir de esta discusión generada en el aula, se consideró que el fondo de la imagen debía ser negro para que no interfiera en la calidad del holograma. En palabras de un estudiante:
E: Para que esto suceda el fondo de la imagen debe ser negro porque si es blanco no se transmite por lo que no se forma una imagen clara de lo que se refleja.
Aquí se consolida una explicación con lenguaje técnico (“transmitir”, “proyectar luz”) y se establece una relación clara entre variable (color del fondo) y resultado (claridad de la imagen).
Posterior a que los estudiantes llegaran a este acuerdo acerca del fondo de la imagen como parámetro del montaje experimental, surge otra pregunta en cuanto a la configuración del sistema, esta vez la pregunta va en torno a la estructura del prisma:
E: ¿Qué pasa si se tiene un prisma con más caras?
Esto evidencia que los estudiantes no solo describen el efecto, sino que infieren y proponen las reglas de simetría y correspondencia que gobiernan el montaje, un pensamiento propio de la modelización fenomenológica. A esta pregunta un estudiante respondió:
E: Se necesitarían más imágenes, es decir, según el número de caras del prisma se necesitaría el mismo número de imágenes.
Respuesta con la que la mayoría de estudiantes estuvieron de acuerdo, sin embargo, un estudiante añadió:
E: Si, pero el número de caras del prisma debe ser un número par, ya que cada imagen proyectada tiene su pareja simétrica.
Esta respuesta complementa la respuesta anterior, logrando identificar otro parámetro en el montaje experimental. Aparte de estos parámetros surgieron muchos más que mencionaron los estudiantes, como por ejemplo, que el material del prisma debería ser transparente o como lo llamaron algunos “reflectorio”, haciendo alusión a que debía reflejar la luz.
Estos episodios son un ejemplo claro de cómo la interacción entre pares contribuye a desarrollar un discurso entre ellos creando acuerdos para construir una caracterización de la existencia del fenómeno. Los argumentos de los estudiantes fueron cada vez más sólidos, en lo que se observó una tendencia a desarrollar secuencias de apoyo, en donde los estudiantes soportan su argumento en la idea que propuso su compañero anteriormente, ya sea para refutar o para apoyar dicha idea pero de una manera más estructurada.
Tipo y calidad de participación de los estudiantes
La participación de los estudiantes en los intercambios tomó protagonismo en la clase. Siempre existía la necesidad de decir algo sobre los montajes experimentales utilizados o sobre la opinión de los compañeros. Se consiguió que los estudiantes asumieran un papel activo en el proceso de aprendizaje y que disfrutaran de ese proceso. Sin embargo, es necesario analizar de qué manera participaron y con qué calidad lo hicieron.
Para tal análisis se recupera un episodio en el que se abordó la refracción de la luz. En el momento en el que el docente mostró el funcionamiento del montaje experimental, los estudiantes lo categorizaron como un experimento de óptica. Se refirieron al mismo como una ilusión óptica, fenómeno que habían presenciado. Un ejemplo de esto es cuando un estudiante textualmente expresa que:
E: Cómo por medio de dos elementos transparentes, como fue el frasco y el agua, al juntarse crea una percepción diferente en nuestra vista, tal como una ilusión óptica.
En general los estudiantes atribuyen este comportamiento a un cambio en las propiedades de la luz ya que los objetos emiten luz, dicho por palabras de un estudiante:
E: Gracias a la luz que llega de la imagen la refleja tras el agua.
Tras esta frase se muestra que el estudiante comprende que la imagen recibe luz y esta misma luz, debido a las características de dicha imagen, la “refleja” en el agua.
Se puede inferir entonces que, aunque no se hable directamente de las propiedades de la luz, los estudiantes tienen conocimiento de este concepto físico y lo asocian como un descriptor de las experimentaciones presentadas. Allí se observa que las participaciones de los estudiantes van a favor de la explicación acerca de lo que sucede con el montaje experimental y cada vez sus argumentos son más estructurados. Como consecuencia de estas participaciones se creó una tendencia de pensamiento por parte de los estudiantes en donde se comenzó a hablar del cambio de dirección de la luz, relacionando dicho cambio con la interacción de esta con algún material, o como lo dijo un estudiante:
E: La imagen de la flecha en el recipiente con agua con la luz que atraviesa el vidrio y el agua refracta la imagen y gracias a esto la dirección de la flecha cambia.
Bajo este argumento se infiere que el estudiante relaciona el cambio de dirección de la luz con la interacción de la luz con el vidrio y el agua. Además, denomina refracción a este cambio de dirección. De este modo, este estudiante está asociando un concepto físico con el fenómeno que está observando, sin una definición de refracción en mente. No obstante, no es el único estudiante que habla de refracción, en su gran mayoría hablan de que existe un cambio de dirección en la luz y a este cambio se le denota como refracción, por ejemplo, un estudiante textualmente argumentó:
E: Se refracta la luz en ambos elementos logrando ese efecto haciendo que la flecha cambie de dirección.
De manera general, los estudiantes describen la situación diciendo que lo que sucede en la experimentación es un cambio de dirección de la luz debido a la interacción de esta con el recipiente y el agua, es decir, la participación de los estudiantes, la interacción entre ellos y el esfuerzo que realizan para dar explicación al fenómeno desarrolla una serie de acuerdos entre pares que permite ir tomando conciencia en la existencia del fenómeno físico.
Luego de presentar a los estudiantes cómo funcionaba el montaje experimental para la reflexión de la luz, los estudiantes comenzaron a buscar explicaciones. Se observó una tendencia a asociar el fenómeno observado con el concepto de reflexión de la luz, explicándolo como un rebote de la luz dentro del prisma y asumiendo que dicho rebote es el que causa la formación de la imagen dentro del prisma. En palabras del estudiante:
E: Esto se debe a que la imagen del celular rebota en las paredes del prisma permitiendo que la imagen se transmita en el centro de este.
Dicho argumento está acompañado de un esquema el cual se muestra a continuación.
Se puede observar en esta imagen que el estudiante atribuye al holograma como una reflexión de todas las imágenes que proyecta el celular, además, logra crear unas líneas que ilustran el viaje que hace la luz hacia el centro del prisma.
Es interesante observar cómo en estas participaciones, los estudiantes se atreven a realizar esquemas que logran representar el comportamiento de un fenómeno. En una clase tradicional, esto es muy poco probable que pase, sin embargo, en este escenario, los estudiantes están reconociendo la existencia de un fenómeno y en medio de la necesidad de explicarlo comienzan a promover ideas sistematizadas y lógicas estructuradas que le permiten hablar con propiedad acerca de los montajes experimentales que ellos mismos observaron. Esto también se logra analizar haciendo una comparación de las bitácoras individuales las cuales revelan una evolución significativa en la calidad de las explicaciones, que pasaron de ser descriptivas y subjetivas a ser relacionales y fundamentadas.
Identificación de variables que caracterizan el fenómeno
En esta categoría de análisis, se indaga sobre las variables que los estudiantes identifican de los fenómenos presentados. Si bien es cierto que los teoremas se hacen por medio de los cálculos provenientes de la medición, antes de realizar la medición se debe pensar qué se mide y por qué se mide. Esto último promueve el entendimiento del fenómeno físico en cuestión. Estas maneras de pensar son las que se deben transmitir a los estudiantes, y qué mejor manera de hacerlo que por medio de un abordaje del fenómeno en el aula.
En los experimentos discrepantes se debe de poder modificar el experimento a petición del estudiante con el fin de que este identifique variables allí presentes. En este estudio no se pudo modificar el experimento de refracción más allá de mostrar dos imágenes diferentes a través del vaso. Sin embargo, los estudiantes hicieron preguntas sobre qué pasaría si cambian las propiedades del experimento. Un estudiante preguntó:
E: ¿Qué pasaría si la forma del recipiente cambia y el fluido con el que se llenaba dicho recipiente es diferente?
Allí, el estudiante no se limita a lo observado, manipula mentalmente dos variables independientes (geometría y naturaleza del fluido), mostrando que las concibe como elementos que podrían alterar el resultado. Dichos cambios no se pudieron realizar durante la intervención, pese a esto, surgieron varias argumentaciones que se sujetaban a estas restricciones, puesto que asociaban el fenómeno de la refracción que causaba el giro simétrico de las imágenes con la forma del recipiente y la interacción de la luz con el agua. Con base en lo anterior, un estudiante argumentó:
E: Depende desde qué ángulo o con cuánta luz haga cambiar su forma o posición esto también depende del recipiente en donde se ponga el agua.
En este argumento se puede constatar que el estudiante está tomando conciencia de las condiciones iniciales del sistema para que pueda ocurrir y observar el fenómeno. Además, otro estudiante relaciona el cambio de dirección de la imagen debido a la densidad del agua, argumentando que:
E: Su estructura se ve afectada por la densidad del agua que obstruye el paso de la luz común y corriente
Estos argumentos van más allá de la mera descripción dado que proponen relaciones cualitativas (ángulo, densidad) que determinan el comportamiento. Este es el salto fundamental ya que reconocen que el fenómeno no es mágico, sino que está gobernado por variables relacionables, que es el prerrequisito para toda formulación matemática posterior.
Gracias a este reconocimiento de variables y a esta construcción de conocimiento en torno a la caracterización de un fenómeno físico, se observa una evolución del discurso de los estudiantes. Como primer momento se tiene el lanzamiento de hipótesis y argumentación acerca de lo que sucedía con el montaje, como segundo momento de comparación, se tiene la argumentación final con la que cada estudiante concluyó con su interpretación de los experimentos presentados. Un ejemplo de esta evolución del discurso es cuando en el primer momento un estudiante argumenta que:
E: Al momento de echar el agua en el jarrón la luz impacta en el agua haciendo que el efecto ocurra.
Debido a este argumento inicial se concibe que el estudiante entiende que hay una interacción entre la luz y el agua, identificando que la imagen emite luz y esta interactúa con el agua, además, asume que dicha interacción es la responsable de que el efecto ocurra, es decir, de que la imagen se vea al revés. Este mismo estudiante, en el segundo momento definió el experimento de la siguiente manera:
E: Hoy aprendí que cuando la luz entra en contacto con el agua, esta cambia la dirección de la luz y esto es lo que llamamos refractar. Además, como esto funciona como un efecto óptico cuando ponemos una hoja con una imagen detrás del recipiente con agua, hace que esta cambie de dirección y a su vez también que cambie de tamaño.
A parte de esta argumentación textual decide hacer un esquema que ilustra la situación, ver ilustración 5.
Aunque, de manera general este argumento es similar a su argumento en el primer momento, en el segundo se logra una descripción más específica detallando algunos parámetros que identifica en el fenómeno físico. Además, este estudiante logra hacer la representación gráfica que describe el comportamiento de la luz al interactuar con el agua, relacionando el cambio de dirección de la luz con la rotación de la imagen. En este punto de la intervención es que se logra que los estudiantes relacionen los esquemas conceptuales de la física con su experiencia directa permitiendo así su propia construcción de conocimiento acerca del fenómeno estudiado y enriqueciendo el lenguaje mediante el cual lo representan.
Aunque solo se menciona un ejemplo de la evolución del discurso por parte de los estudiantes, cabe resaltar que, en todas las intervenciones se obtuvo una participación masiva por parte de estos, en donde ellos fueron los protagonistas de la clase logrando que todos, sin excepción alguna, propusieran hipótesis y argumentaron sus ideas, datos que no pueden ser presentados acá por limitaciones de espacio.
Esta identificación de variables, en relación al abordaje fenomenológico, da cabida al reconocimiento y caracterización del fenómeno físico a estudiar. Una vez que el estudiante logra identificar los parámetros que necesita el montaje para funcionar, este va tomando conciencia de las condiciones del sistema. De esta forma, va tomando conciencia de la existencia propia del fenómeno físico y de sus características.
Conclusiones
En el aula, la física debe ser construida, deconstruida y reconstruida, aprovechando que está siempre presente, lista para ser analizada, modelada y comprendida. Este trabajo demuestra que el camino para tal reconstrucción comienza con un cambio fundamental en la relación del estudiante con lo real ya que debe pasar de ver un evento preconfigurado por el profesor a reconocer la existencia de un fenómeno físico con cualidades particulares, susceptible de ser interrogado y comprendido. La contribución central de esta investigación es la caracterización de la fase de abordaje fenomenológico que facilita estructurar experiencias para que el estudiante tome conciencia epistémica del fenómeno, es decir, que lo distinga como un objeto de conocimiento con regularidades, condiciones de aparición y variables propias.
Esta toma de conciencia se materializó en el aula a través de características específicas. En primer lugar, por un tratamiento alternativo del contenido por parte del docente, quien abandonó el rol de expositor para convertirse en orientador de la indagación. Su práctica se centró en formular preguntas que dirigieran la atención hacia el comportamiento observable y en generar espacios donde la interpretación del fenómeno surgiera del razonamiento, no de una definición previa. Valga aclarar que el docente estaba en capacidad de desarrollar este proceso porque recibió una formación previa en la dimensionalidad de la didáctica de la física, desde lo disciplinar, sociocultural e interaccional.
En segundo lugar, la interacción entre pares se reveló como el mecanismo social que amplifica y consolida esta conciencia. Los debates propiciados por los experimentos discrepantes no fueron meras discusiones aleatorias, sino procesos de negociación de significados donde los estudiantes, a través de preguntas auténticas y argumentos progresivamente más sólidos, construyeron colectivamente la caracterización del fenómeno, identificando sus parámetros y rangos de acción.
Como resultado, se observó una evolución palpable en la calidad de la participación. Los estudiantes transitaron de descripciones subjetivas hacia explicaciones que nombraban el fenómeno, identificaban agentes y proponían relaciones causales. Este tránsito evidenció el momento en que tomaron conciencia del fenómeno cuando comenzaron a identificar variables y a especular sobre sus relaciones, sentando las bases concretas para un pensamiento científico. Así, el abordaje fenomenológico se revela como la etapa fundante de la matematización de los fenómenos físicos, donde se estructura un lenguaje y un esquema relacional que posteriormente podrá ser formalizado en otras fases, como la observación sistemática y la modelización, las cuales no se desarrollaron en este trabajo pero que serían la continuación del proceso de enseñanza.
En definitiva, este enfoque transforma la clase de física en un espacio de diálogo crítico y construcción epistémica. Su apuesta educativa va más allá de transmitir información ya que busca formar sujetos activos en la construcción de conocimiento, capaces de reconocer, problematizar y construir comprensiones sobre el mundo físico que los rodea. Esta es la verdadera esencia de iniciar la enseñanza de la física desde el abordaje fenomenológico.
Agradecimientos
A la Oficina de Investigaciones de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, por el apoyo al proyecto de investigación Aportes a la construcción de nuevo conocimiento en torno al desarrollo del pensamiento didáctico científico del profesorado de física, dentro del cual se desarrolló este trabajo.
Declaración sobre la disponibilidad de los datos
Los elementos de carácter subyacentes a la investigación se recogen en el propio texto del manuscrito.
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Editor:
https://orcid.org/0000-0002-5018-3621 Roberto Nardi
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Fuente: dibujo del autor.
Fuente: dibujo de un estudiante fotografiado por el autor.
Fuente: Dibujo de un estudiante fotografiado por el autor.