Les dificultats dels estudiants de secundària en la lectura d’imatges científiques representades en simulacions de física

Abstract

En aquesta tesi doctoral hem investigat com els estudiants llegeixen i interpreten les representacions visuals que apareixen en dues simulacions educatives de física. Una d’aquestes simulacions pretén explicar als estudiants d’ESO què succeeix a nivell microscòpic quan es freguen dos objectes i les superfícies d’aquests objectes s’escalfen. L’altra simulació pretén explicar a estudiants d’aquesta mateixa edat la inducció electromagnètica que es produeix entre un imant i una bobina connectada a un circuit elèctric. Per estudiar la lectura que els alumnes fan d’aquestes imatges i les dificultats amb que es troben, en aquesta recerca hem realitzat entrevistes semiestructurades a un grup d’estudiants de 3r i 4t d’ESO mentre utilitzaven una d’aquestes dues simulacions, i hem identificat i analitzat les seves dificultats a l’hora de llegir les imatges que veien per pantalla. Per analitzar aquestes dificultats hem utilitzat diferents perspectives provinents de la combinació de tres camps teòrics diferents: la semiòtica, la psicologia de la percepció i la didàctica de les ciències. Seguidament, hem analitzat les explicacions que feien els estudiants en relació al contingut científic de cada simulació. Per fer-ho, hem comparat aquestes explicacions dels estudiants amb els conceptes que, al nostre entendre, els autors de les simulacions pretenien comunicar. A partir d’aquí, hem identificat els mecanismes de raonament implícits en les interpretacions i en les explicacions errònies dels estudiants. Els resultats obtinguts ens han permès identificar un rang molt ampli i variat de dificultats de lectura i d’explicacions errònies. També hem pogut construir un mètode d’anàlisi gramatical de les simulacions, i hem aprofundit en qüestions com el paper de les representacions múltiples i les representacions dinàmiques en la interpretació d’imatges, trobant en quins casos aquestes representacions poden ajudar o dificultar la interpretació visual. A partir de la recerca arribem a la conclusió que visualitzar una simulació no porta automàticament al lector a interpretar el seu contingut científic. Hem trobat que per fer aquesta lectura calen un conjunt d’habilitats, uns coneixements previs i uns suports externs sense els quals la interpretació canònica no es possible. Per tant, tot i les oportunitats educatives i comunicatives de les simulacions i altres eines informàtiques basades en la comunicació visual, el professorat de ciències ha de tenir en compte aquestes qüestions i ajudar a l’alumnat a llegir imatges per aprofitar veritablement el seu potencial educatiu.

En esta tesis doctoral hemos investigado cómo los estudiantes leen e interpretan las representaciones visuales que aparecen en dos simulaciones educativas de física. Una de estas simulaciones pretende explicar a los estudiantes de ESO qué sucede a nivel microscópico cuando se frotan dos objetos y las superficies de estos objetos se calientan. La segunda simulación pretende explicar a estudiantes de esta misma edad la inducción electromagnética que se produce entre un imán y una bobina conectada a un circuito eléctrico. Para estudiar la lectura que los alumnos hacen de estas imágenes y las dificultades con que se encuentran, en esta investigación hemos realizado entrevistas semiestructuradas a un grupo de estudiantes de 3º y 4º de ESO mientras utilizaban una de estas dos simulaciones, y hemos identificado y analizado sus dificultades para leer las imágenes que veían por pantalla. Para analizar estas dificultades hemos utilizado diferentes perspectivas provenientes de la combinación de tres campos teóricos diferentes: la semiótica, la psicología de la percepción y la didáctica de las ciencias. A continuación, hemos analizado las explicaciones que hacían los estudiantes en relación al contenido de la simulación. Para ello, hemos comparado las explicaciones de los estudiantes con los conceptos que, a nuestro entender, los autores de las simulaciones pretendían comunicar. A partir de aquí, hemos identificado los mecanismos de razonamiento implícitos en las interpretaciones y en las explicaciones erróneas de los estudiantes. Los resultados obtenidos nos han permitido identificar un amplio y variado rango de dificultades de lectura y explicaciones erróneas. También hemos podido construir un método de análisis gramatical de las simulaciones, y hemos discutido cuestiones como el papel de las representaciones múltiples y las representaciones dinámicas en la interpretación de imágenes, encontrando en qué casos estas representaciones pueden ayudar o dificultar la interpretación visual. A partir de la investigación llegamos a la conclusión que visualizar una simulación no lleva automáticamente al lector a interpretar su contenido científico. Hemos encontrado que esta lectura requiere de un conjunto de habilidades, conocimientos previos y soporte externo, sin los cuales la interpretación canónica no es posible. Por tanto, a pesar de las oportunidades educativas y comunicativas de las simulaciones y otras herramientas informáticas basadas en la comunicación visual, el profesorado de ciencias debería tomar en consideración estas cuestiones para aprovechar verdaderamente su potencial educativo ayudando a sus estudiantes a leer imágenes

In this thesis we have investigated how students read and interpret visual representations displayed in two educational physics simulations. One simulation aims to explain to secondary school students the friction process between two materials and its heating at the microscopic level. The other simulation represents the electromagnetic induction that takes place between a magnet and a coil connected to an electrical circuit. To study students' reading difficulties we have conducted some semi-structured interviews to a group of students aged between 14-15 years old while they were using one of these simulations, and we have then identified and analysed their reading difficulties. To analyse these difficulties we have used different perspectives coming from the integration of three different theoretical fields: semiotics, psychology of perception and science education. Next, we have analysed the students' explanations related to the content of the simulations. To this end, we have compared these students' explanations with the concepts that, in our opinion, the authors of the simulations intended to communicate. Then, we have identified the different mechanisms of reasoning behind students' erroneous interpretations and explanations. Our findings have allowed us to identify a wide and varied range of reading difficulties and erroneous explanations. We have also developed a visual grammar analysis for simulations, and we have discussed in depth the role of multiple and dynamic representations and the cases where they can help or hinder comprehension. Our findings allow us to conclude that visualisation of simulations doesn't imply a good comprehension of the content of scientific simulations. We have found that a good reading process requires a set of skills, previous knowledge and external supports, and if those conditions are not given, a good interpretation of the simulation is not possible. Therefore, despite the communicational and educational opportunities provided by simulations and other ICT tools based on visual communication, science teachers should bear in mind these issues in order to help students read images to take benefit of their educational potential.