Digna Couso i Julià Hinojosa
Idees per treballar
Les idees bàsiques per treballar
Idees per revisar
Les idees habituals de l'alumnat per revisar
"Bones" preguntes
Per ajudar a la construcció d'aquestes idees
Resum Idees clau
Per estructurar el que hem après
Idees per treballar
La descripció del moviment, prerequisit del model d'interaccions
El moviment és un dels fenòmens més rellevants de la física i un dels canvis físics per excel·lència. Tot el que ens envolta, i nosaltres mateixos, estem en constant moviment fins i tot quan creiem que estem quiets. Els nens i nenes poden observar com es mouen els objectes i analitzar les similituds i diferències.
Aprendre a descriure el moviment és un primer pas molt important per poder treballar el model d’interaccions mecàniques, perquè aquest model explica, principalment, les causes del moviment. Si no sabem veure ni parlar dels moviments, si no els diferenciem bé i no coneixem les magnituds que els caracteritzen, difícilment podrem explicar les causes de forma correcta. No es pot explicar allò que no es coneix o que no se sap mirar.
Per exemple, els alumnes confonen sovint velocitat amb acceleració, en particular anar molt ràpid amb estar accelerat. També creuen que una frenada no requereix una causa, sinó que és la pèrdua del moviment natural, però per començar-se a moure sí que necessita una causa.
També els costa molt (això ho sabem des de Piaget!) entendre la relació inversa entre velocitat i temps. Per als alumnes, si es recorre una distància gran i una petita en el mateix temps, resulta xocant que la velocitat sigui més gran en el temps petit, o que els objectes portin una velocitat diferent quan es troben en la mateixa posició.
Descriure un moviment de manera adient requereix fer servir uns certs conceptes, com ara
- sistema de referència,
- trajectòria,
- distància recorreguda,
- posició inicial i final, velocitat,
- durada en el temps, etc.
Molts d’aquests conceptes s’utilitzen en el llenguatge quotidià dels nens i nenes de formes adients, però d’altres no. La nostra experiència amb tots ells és, a més a més, confusa: notem l’acceleració per petita que sigui, però no som capaços de notar enormes velocitats constants. Reflexionar sobre aquestes idees resulta un primer pas necessari en el coneixement del món físic.
Des del punt de vista de la modelització, els fenòmens són el punt de partida de tota l’activitat científica escolar. Per això, tot i que la cinemàtica no ens proporciona un model explicatiu del moviment, és una branca de la física important. Ens permet descriure els moviments i fins i tot predir alguns resultats (per exemple, on es trobarà un objecte si segueix movent-se com es mou). En aquest sentit, podem considerar la descripció del moviment com a un pre-requisit del model d’interaccions.
A la imatge, alumnes participant en activitats de visualització i mesura de la trajectòria seguida i distància recorreguda. Imatges cedides per Neus Garriga del grup KIMEIA del CESIRE. Veure més exemples al blog de Kimeia. Física per a infantil i primària.
Idees per revisar
Dificultats d'ensenyament i aprenentatge de la descripció del moviment
La primera dificultat té a veure amb problemes amb el llenguatge i les formes de representació del moviment. La majoria de termes que fem servir en llenguatge quotidià per descriure el moviment són confosos. Diem camí, recorregut, distància, desplaçament … moltes vegades com a sinònims. El mateix passa amb els conceptes de rapidesa, velocitat i acceleració, que sovint es fan servir per referir-se al mateix. Per poder estudiar i reproduir un moviment, però, es requereix ser més precisos. És important, per tant, deixar a les alumnes expressar els moviments primer en el llenguatge que facin servir normalment, fer-les adonar dels problemes que presenta quan volem ser realment precisos, i finalment introduir molt clarament les idees de les variables necessàries amb el nou vocabulari per fer-ne referència.
Com que les dificultats abans esmentades no són un problema de vocabulari, sinó de concepte, és important saber quins són els conceptes que presenten més dificultat. Aquests solen ser diferenciar desplaçament de distància, entendre el temps com a un interval i sobretot dificultats associades a la idea de moviment relatiu, al concepte de velocitat i al concepte d’acceleració.
Respecte el desplaçament, per a l’alumnat resulta difícil pensar que un pot recórrer una llarga distància, per exemple en forma circular, i no haver-se desplaçat perquè arriba allà mateix d’on va sortir. Requereixen, per entendre-ho, treballar amb aquestes trajectòries “tancades” alhora que amb situacions on el desplaçament i la distància recorreguda siguin molt diferents. D’igual forma, els alumnes no tenen clar que estem parlant d’un “tros” de temps, la durada del moviment, i convé fer-los mesurar el temps posant el rellotge a zero per adonar-se que ens interessa el temps que ha passat mentre ens movem, i no quan val al final del moviment.
Treballar aquestes dificultats és important perquè la comprensió de la velocitat, una de les magnituds que presenta més obstacles per als estudiants, depèn d’ells. La velocitat és especialment complexa per tres motius:
- Primer, que és una de les primeres magnituds que es troben els estudiants en la qual han de combinar dues variables en proporcionalitat inversa. La dificultat rau en reconèixer que no són vàlides relacions del tipus: com més espai, més velocitat, o més temps, menys velocitat, ja que el lligam o combinació entre les variables serà diferent. Piaget en els seus estudis ja va veure que es requereix un cert grau de maduresa per assolir aquesta idea.
- En segon lloc, la velocitat no es nota. No és una magnitud que siguem capaços de detectar. No notem si anem en un avió a 1.000 km/h o en un cotxe a 60km/h, ni que rotem amb la Terra a 1.675 km/h (a l’equador, i nosaltres a una mica menys), ni que ens traslladem amb ella a 107.826 km/h al voltant del Sol. És a dir, no podem saber si anem a molta o poca velocitat, si aquesta no varia. Per tant, l’alumnat no té referents basats en la seva experiència. I els que té, són erronis: el que els alumnes noten és el canvi de velocitat, sigui augmentant (accelerant), disminuint (frenant) o girant (canviant de direcció).
- En tercer i darrer lloc, i molt relacionat amb aquest, el motiu pel qual no detectem la velocitat és perquè el moviment és relatiu: depenent des d’on es miri (sistema de referència), hi haurà o no moviment. Per exemple, per a l’alumnat i la majoria de la gent, la Terra no es mou, perquè des del seu punt de vista aquest moviment no existeix.
Respecte a la dificultat de la velocitat com a combinació de dues variables, és important treballar-la amb el propi moviment. Els alumnes, veient un dibuix o una descripció d’un moviment, poden pensar que dos objectes tenen la mateixa velocitat perquè arriben al mateix lloc o perquè triguen el mateix temps, és a dir, utilitzant només una de les dues variables. O pensar que de dos objectes, el que arriba més lluny és el més ràpid. En canvi, quan ells experimenten espai i temps en primera persona, els és més fàcil. Saben que per guanyar una carrera s’ha d’arribar abans al mateix lloc. I que és més ràpid el que dona més voltes a les cadires mentre dura la cançó. Creiem que és important fer aquesta connexió entre el moviment que entenen més (el seu) i el llenguatge per descriure’l i representar-ho.
També serà important evocar situacions en les quals podem entendre que el moviment és relatiu i la velocitat és diferent de l’acceleració. Per exemple situacions en què els i les alumnes saben que van a molta velocitat (en tren, a l’autopista,..) i en canvi no ho noten, per tal que entenguin que no importa tant el moviment com el canvi de moviment, que és el que sí que notem. Aquest pas serà crucial per després poder treballar el model de forces.
Amb l’alumnat també haurem de treballar la diferència entre magnituds instantànies i mitjanes, de forma que es pugui diferenciar la velocitat en un moment determinat del recorregut total o la velocitat mitjana.
"Bones preguntes" i activitats
Els nens i nenes de 3 anys aprenent que les coses es mouen de formes diferents. Segons la forma del camí, hi ha trajectòries rectes i corbes. Font: Fàtima Dalmau. Escola Balandrau. Grup Kimeia de física a infantil i primària. Cliqueu sobre la imatge per més informació
Representació gràfica del moviment rectilini de les bales sobre la fusta. Nens i nenes de 3 anys. Font: Fàtima Dalmau. Escola Balandrau.
Quin rastre deixa sobre l'arena una caixa molt carregada (de fustes)? El rastre és igual si la caixa pesa poc (hi ha pilotes)? Com és la trajectòria? Font: Fàtima Dalmau. Escola Balandrau.
Els nens i nenes de 3 anys experimenten amb trajectòries corbes i circulars per comparar-les amb les rectes. Descobrim que es mouen girant el bol, bufant i amb un pal. Font: Fàtima Dalmau. Escola Balandrau. Grup Kimeia de física a infantil i primària. Cliqueu sobre la imatge per més informació
Com podem fer rodar una anella? La fermam a una cinta llarga. Si la cinta és curta quins cercles fa? Representem gràficament el moviment circular. Nens i nenes de 3 anys. Font: Fàtima Dalmau. Escola Balandrau.
Descobrint nous moviments circulars. Font: Fàtima Dalmau. Escola Balandrau.
Com podria representar els moviments observats?
Han de representar de diferents formes els moviments: dibuixant la variació de la seva posició al llarg del temps, representant la durada dels moviments en gràfics, etc.
Com són els camins de na Caputxeta Vermella? Com mesurar-los?
Com ho fem per dibuixar els camins de cada personatge? On comencen i acaben? Si el camí és una trajectòria corba, com es mesura? Van tots igual de ràpid? Com es pot mesurar i representar la velocitat?. Font: Victòria Carbó i Núria López. Cicle inicial. Grup Kimeia de física a primària.
Baldufes
Educació infantil. Com es mouran les baldufes damant superfícies diferents? Què canviarà si els afegim plastilina? Com podem construir baldufes?. Proposta educativa de Fibracat.tv. Coproduït amb la Universitat de Manresa, Presentació : Marta Llebaria Idea: Montserrat Pedreira i Marta Llebaria Guió: Àngels Fusté Assessorament Científic i pedagògic: Montserrat Pedreira. Càmera: Isabel casanova, Xavier Gil. So directe, postproducció d’àudio i grafisme: jaumeferrer.net. Muntatge: Isabel Casanova
On arribarà un objecte si segueix movent-se com es mou? Quant de temps tardarà?
Els nens i nenes de primària han d’endinsar-se en l’estudi del moviment tot movent-se ells mateixos, per després fer moure objectes senzills. Han de visualitzar, tot dibuixant, les trajectòries que fan. Han de mesurar amb cintes, cordes, cronòmetres i tot tipus d’estris les diferents magnituds associades.
Font: Neus Garriga i Verdaguer. Nens i nenes mesurant el temps i l'espai. Clica sobre la imatge per més informació
Influeix la forma de l'objecte en la velocitat de baixada?
Han de representar de diferents formes els moviments: dibuixant la variació de la seva posició al llarg del temps, representant la durada dels moviments en gràfics, etc. Imatge: Produccions d’alumnes representant la mesura del temps de baixada d’objectes per rampes i del moviment oscil·latori d’un cotxet. Imatges de Neus Garriga i Verdaguer. Projecte sobre les joguines. 2n de primària.
Idees clau de la descripció del moviment
Una vegada hem experimentat amb els cos i amb els objectes la relació entre el moviment, el temps i l’espai, quines són les idees clau ? ( que podrien configurar una Base d’Orientació sobre el que hem après).
- El moviment és el canvi de posició d’un cos. Diem que un cos es mou quan deixa d’estar on estava. És a dir, quan es desplaça des d’una posició inicial a una final.
- Els cossos es poden moure de formes molt diferents, segons la forma del camí que recorrin i segons com de ràpid recorrin aquest camí.
- Els moviments tenen un inici, determinat per la posició inicial i l’instant de temps en què es comencen a moure. Si acaben, els moviments tenen un final, determinat per la seva posició final i l’instant de temps en el que finalitzen.
- La forma del camí que recorre un cos és la seva trajectòria. Hi ha trajectòries amb formes diferents, com ara rectes, corbes, parabòliques, circulars, el·líptiques, espirals, oscil·lants, etc., i combinacions de totes elles.
- La distància recorreguda per un cos és la mesura del camí recorregut pel cos entre la seva posició inicial i final. La distància recorreguda és mínima si anem de la posició inicial a la final en línia recta. La distància es mesura en unitats longitudinals (centímetres, metres,...) amb aparells de mesura com ara les cintes mètriques.
- El temps de durada d’un moviment és la mesura de l’interval de temps que passa entre que es comença a moure i s’atura. L’interval de temps o temps de durada es mesura en unitats temporals (segons, hores, dies,..) amb aparells de mesura com ara els cronòmetres.
- Els moviments poden ser més ràpids o més lents. La velocitat a la qual es fa un moviment és la relació entre la distància recorreguda i el temps que es triga en recórrer-la. No hi ha un aparell que mesuri la velocitat: per mesurar la velocitat necessitem mesurar la distància i el temps per separat i fer un càlcul que ens donarà la velocitat mitjana. Les unitats de la velocitat són unitats d’espai dividit per temps: m/s, km/h,...
- Per descriure un moviment cal determinar un sistema de referència fix des del qual mirar el moviment.
- El moviment és relatiu, és a dir, depenent des d’on es miri el mateix moviment tindrà unes característiques o unes altres. No hi ha cap sistema de referència immòbil absolut des del qual jutjar qualsevol moviment.
- Els objectes poden canviar el seu moviment, és a dir, la seva velocitat, en direcció (girant), o en valor (anant cada cop més ràpid o frenant). L’acceleració fa referència a aquests canvis de velocitat.