La Enseñanza De Los Conceptos De Calor, Temperatura Y Conservación De La Energía a Partir Del Funcionamiento De Los Colectores Solares
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La Enseñanza de los Conceptos de Calor, Temperatura y Conservación de la Energía a Partir del Funcionamiento de los Colectores Solares. Wilmer Javier Vanegas Mayorga Universidad Nacional de Colombia Facultad de Ciencias Bogotá, Colombia 2015 La Enseñanza de los Conceptos de Calor, Temperatura y Conservación de la Energía a Partir del Funcionamiento de los Colectores Solares. Wilmer Javier Vanegas Mayorga Trabajo presentado como requisito parcial para optar al título de: Magister en la enseñanza de las ciencias exactas y naturales Director: Dr. Hildebrando Leal Contreras Universidad Nacional de Colombia Facultad de Ciencias Bogotá, Colombia 2015 Resumen I Resumen Palabras Clave: Educación en ciencias, uso racional y eficiente de energía, estrategias de enseñanza, temperatura, calor, energía, conservación de energía, colector solar. Este trabajo tiene como propósito presentar una estrategia de enseñanza que hace énfasis en la construcción de los conceptos asociados a la física térmica a partir de los principios físicos del funcionamiento de un colector solar, como una forma en donde el estudiante pueda relacionar los conceptos que intervienen en una aplicación y le permita contribuir la creación de mejores modelos explicativos, estructurando un cambio en las preconcepciones que tienen alrededor de la Física y los conceptos que en ella se abordan, debido a que comúnmente perciben un cumulo de definiciones operacionales y lo fundamental debe ser un acercamiento a una ciencia que cobre sentido, relevancia y se perciba útil, donde ellos puedan comprender y aplicar conceptos en la solución de diferentes situaciones problema y se muestra un análisis donde los resultados finales producen cambio en los niveles conceptuales. Abstract Keywords: Science Education, rational and efficient use of energy, teaching methods, temperature, heat, energy, energy conservation, solar collector. This work aims to present a teaching strategy that emphasizes building the associated thermal physics from the physical principles of operation of a solar collector, as a way in which students can relate the concepts involved in an application and allows creating better contribute explanatory models, structuring a change in the preconceptions they have about physics and concepts discussed therein, which commonly perceive a host of operational definitions and the fundamentals must be an approach a science that have meaning, relevance and perceived useful, where they can understand and apply concepts in solving different problem situations and shows an analysis where the final results produce change in the conceptual levels. II Contenido Contenido Pág. Resumen ........................................................................................................................ I Lista de Figuras ............................................................................................................. IV Lista de Tablas ............................................................................................................... V Prólogo .......................................................................................................................... 1 1. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 2 2. ¿RESEÑA DE CÓMO SE ENSEÑA LOS CONCEPTOS DE CALOR, TEMPERATURA Y CONSERVACIÓN DE ENERGÍA? ........................................................................................ 3 2.1 Estrategias para el aprendizaje ...................................................................................... 3 2.2 Secuencia de temas en textos sobre física térmica ........................................................ 4 2.3 Dificultades de aprendizaje asociadas a los conceptos de la física del calor. ................... 8 2.4 Estado del arte experiencias y propuestas pedagógicas asociadas a las dificultades de aprendizaje de los conceptos de la física del calor. .................................................................. 9 3. FUNDAMENTOS DE LA FÍSICA DEL CALOR ASOCIABLES AL APRENDIZAJE A PARTIR DEL FUNCIONAMIENTO DE COLECTORES SOLARES. ...................................................... 12 3.1 ¿Qué es un Colector Solar? .......................................................................................... 12 3.2 ¿Cómo funciona un colector solar? .............................................................................. 12 3.3 Tipos De Colectores Solares ......................................................................................... 13 3.3.1 Radiación solar ......................................................................................................... 15 3.3.2 ¿Qué es el efecto invernadero? .................................................................................. 16 3.3.3 Aplicaciones prácticas de la energía, el calor y la temperatura ................................. 17 3.4 Reseña de conceptos fundamentales asociados al funcionamiento del colector solar .. 19 3.4.1 Transferencia de Calor ................................................................................................ 20 3.5 Transmitancia, Reflectancia y Absortancia. .................................................................. 24 4. LA PROPUESTA DIDÁCTICA .................................................................................... 26 4.1 Observación, análisis e indagación ............................................................................... 27 4.2 Conversatorio .............................................................................................................. 28 4.3 Actividades de Profundización ..................................................................................... 28 4.3.1 Experiencia 1 ............................................................................................................... 29 Absorción y Reflexión .............................................................................................................. 29 4.3.2 Experiencia 2 ............................................................................................................... 29 Efecto Invernadero .................................................................................................................. 29 4.3.3 Experiencia 3 ............................................................................................................... 30 Transmisión de Calor ............................................................................................................... 30 III Contenido 4.4 Evaluación ................................................................................................................... 30 4.5 Retroalimentación ....................................................................................................... 31 4.5.1 Retroalimentación Constructiva .................................................................................. 31 4.6 Procesamiento ............................................................................................................ 32 5. METODOLOGÍA PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE LA PROPUESTA ............................ 33 5.1 Características de la Población ..................................................................................... 33 5.2 Perfil de los alumnos de grado décimo ........................................................................ 34 5.3 Resultados Cualitativos ............................................................................................... 35 5.3.1 Observación, análisis e indagación .............................................................................. 35 5.3.2 Conversatorio sobre conceptos asociados al funcionamiento de colectores solares . 36 5.3.3 Actividades de Profundización .................................................................................... 37 5.3.4 Evaluación ................................................................................................................... 38 5.3.5 Retroalimentación ....................................................................................................... 40 5.3.6 Procesamiento ............................................................................................................ 42 5.4 Análisis Estadístico ...................................................................................................... 44 6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................. 49 6.1 Conclusiones ............................................................................................................... 49 6.2 Recomendaciones ....................................................................................................... 50 Bibliografía ................................................................................................................... 51 A. ANEXO: GUÍA DE LABORATORIO ........................................................................... 53 B. ANEXO: EVALUACIÓN ............................................................................................ 54 IV Contenido Lista de Figuras FIGURA 3.1: ESQUEMA DE COLECTOR SOLAR DE PLACA CON CUBIERTA. .................................................................... 21 FIGURA 3.2: DIAGRAMA DE LA VARIACIÓN DE LA TEMPERATURA EN UNA LÁMINA DE ESPESOR L .................................... 15 FIGURA 5.1: PROYECCIÓN PROFESIONAL ESTUDIANTES GRADO DÉCIMO .................................................................... 34 FIGURA 5.2: VISITA