Learning evaluation of interference and diffraction of light in physics laboratory

Authors

  • Silvia Bravo Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología, Universidad Nacional de Tucumán. Av. Independencia 1800. Tucumán. Argentina. Facultad Regional Tucumán, Universidad Tecnológica Nacional. Rivadavia 1050. Tucumán. Argentina.
  • Marta Azucena Pesa Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología, Universidad Nacional de Tucumán. Av. Independencia 1800. Tucumán. Argentina. Facultad Regional Tucumán, Universidad Tecnológica Nacional. Rivadavia 1050. Tucumán. Argentina.

DOI:

https://doi.org/10.22600/1518-8795.ienci2016v21n2p68

Keywords:

laboratory, wave optics, didactic proposal, learning, Vergnaud schemes.

Abstract

This paper presents the results of an investigation referred to the learning of interference and diffraction of light in the context of a physic laboratory, through the application of a didactic proposal with students from an undergraduate course in physics. The design of the experimental activities has taken into account the difficulties reported by educational research, as well as the contribution of the Vergnaud conceptual fields theory, Ausubel meaningful learning theory and Vigotsky sociolinguistics theory. The research was focused in the study of students cognitive development during the implementation of the didactic proposal and the assessment of it through the skills development. A methodological qualitative approach was used, in an interpretative perspective, with a research-action design, where the researcher acts as a teacher while he collects the data. Researcher's field notes have been used in a complementarily, audio recordings of group interactions, video recordings of students’ teamwork, group reports about the individual activities and assessments. The results obtained from the analysis of the content of the registers and the interpretation from the theory of conceptual fields show an evolution in the students’ schemes. Their initials schemes, which were focused on ray optics, evolve to schemes focused on the wave model. The results obtained from the group reports and from the individual assessment show that all the students have managed to develop most skills raised as learning objectives in the didactic proposal. 

Author Biography

Marta Azucena Pesa, Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología, Universidad Nacional de Tucumán. Av. Independencia 1800. Tucumán. Argentina. Facultad Regional Tucumán, Universidad Tecnológica Nacional. Rivadavia 1050. Tucumán. Argentina.

Doctora en FísicaProfesora Titular Laboratorios de Física Experimental I y IIDirectora Escuela de PosgradoInvestigadora Categoría I (Programa de Incentivos al Docente Investigador)Formación de Recursos Humanos de grado, maestría y doctorado.

References

Ambrose, B., Heron, P., Vokos, S., & McDermott, L. (1999). Students understanding of light as an electromagnetic wave: Relating the formalism to physical phenomena. American Journal of Physics, 67(10), 891-898.

Ambrose, B., Schaffer, P., Steinberg, R., & Mc Dermott, L. (1999). An investigation of student understanding of single-slit diffraction and double-slit interference. American Journal of Physics, 67(2), 146–155.

Araújo, S., & Da Silva, F. (2009). A teoria ondulatória de Huygens em livros didáticos para cursos superiores. Ciência & Educação, 15(2), 323-341.

Ausubel, D. (1976). Psicología educativa. Un punto de vista cognoscitivo. México: Trillas.

Ausubel, D. (2000). Adquisición y retención del conocimiento. Una perspectiva cognitiva. Barcelona: España: Paidós.

Baquero, R. (2009). Vygotsky y el aprendizaje escolar. Buenos Aires, Argentina: Editorial Aique.

Bravo, S., & Pesa, M. (2015). Diseño de una propuesta didáctica para el aprendizaje significativo de los conceptos de interferencia y difracción en el laboratorio de física. In Actas del VII Encuentro Internacional sobre Aprendizaje Significativo (511-525). Burgos, España. Recuperado de http://www.xinix.es/jornadas/actas.pdf

Bravo, S. (2007). Concepciones de estudiantes referidas a fenómenos ondulatorios. (Tesis de Maestría). Universidad Nacional de Tucumán. San Miguel de Tucumán. Argentina.

Colin P., & Viennot L. (2000). Les difficultés d'étudiants post-bac pour une conceptualisation cohérente de la diffraction et de l'image optique. Didaskalia (17), 29-54.

Colin, P., & Viennot, L. (2001). Using two models in optics: Students’ difficulties and suggestions for teaching. American Journal of Physics 69, S36 (2001). doi: 10.1119/1.1371256

Colin, P., & Viennot, L. (2002). Géométrie, phase, cohérence: Questions d’optique. Bulletin de la Société Française de Physique, 137, 1-19. Recuperado de

http://sfp.in2p3.fr/bulletin/article COLIN VIENNOT.pdf

Galili, I., & Hazan, A. (2000). The influence of an historically oriented course on students’ content knowledge in optics evaluated by means of facets-schemes analysis. Physical Education Research, American Journal of Physcics. Suppl. 68(7), S3-S15.

Galili, I. (2014). Teaching Optics: A Historico-Philosophical Perspective. In M. Matthews (Ed.) International Handbook of Research in History, Philosophy and Science Teaching. (pp.97-128) 3 vols. New York, NY: Springer.

Hecht, E., & Zajac, A. (2000). Optica. Reading, Mass:.Addison-Wesley Iberoamericana S.A.

Hernández Sampieri, R., Fernández Collado, C., & Baptista Lucio, M. (2010). Metodología de la investigación. México: Mc Graw Hill.

Hodson, D. (1994). Hacia un enfoque más crítico del trabajo de laboratorio. Enseñanza de las Ciencias, 12(3), 229-313.

Hofstein, A., & Kind, P. (2012). Learning In and From Science Laboratories. In B. J. Fraser, K. Tobin, & Campbell J. McRobbie (Eds). Second International Handbook of Science Education. (pp. 189-208). Dordrecht: Springer.

Krapas, S., Pessôa G., & Uzêda, D. (2011). O tratado sobre a luz de Huyguens: comentarios. Caderno Brasileiro de Ensino Física, 28(1),123-151.

Lazarovitz, R., & Tamir, P. (1994). Research on using laboratory instruction in science. In Handbook of Research on Science Teaching and Learning. D. L. Gabel (Ed.). Nueva York, NY: Macmillan

Maurines L., & Mayrargue A. (2007) Utiliser l’histoire de l’optique dans l’enseignement : pourquoi ? comment ? , Journées nationales de l’UdPPC "Paris de Sciences", Paris.

Recuperado de http://udppc.asso.fr/paris2007/actes/index.php?page=fiche_ev&num_ev=185

Maurines, L. (2002). Le raisonnement des étudiants dans la physique des ondes [The students’reasoning in wave physics]. Bulletin de la Société Française de Physique, décembre, 2002–2003 (137), 30.

Recuperado de http://sfp.in2p3.fr/bulletin/Maurines%20corrigi.PDF

Maurines, L. (2010). Geometrical Reasoning in Wave Situations: The case of light diffraction and coherent illumination optical imaging. International Journal of Science Education, 32(14), 1895-1926,

McDermott , L., & Shaffer, P. & the Physics Education Group at the University of Washington, (2002). Tutorials in Introductory Physics. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall.

McDermott, L. (2000). Bridging the gap between teaching and learning: the role of physics education research in the preparation of teachers and majors. Investigações em Ensino de Ciências. 5(3), 157-170.

McDermott, L. (2001). Oersted Medal Lecture 2001: ‘‘Physics Education Research—The Key to Student Learning’’. American Journal of Physics. 69(11), 1127-1137.

Moreira, M. A. (2004). Lenguaje y aprendizaje significativo. In M. A. Moreira, C. Caballero, & M. L. Rodríguez Palmero, (Coords.). Aprendizaje significativo: interacción personal, progresividad y lenguaje. (pp 67-86) Burgos: Servicio de Publicaciones Universidad de Burgos, España.

Pesa, M., Bravo, S., & Bravo. B. (2015). Los informes de laboratorio como recurso efectivo para el desarrollo de competencias comunicativas y argumentativas. In Actas del VII Encuentro Internacional sobre Aprendizaje Significativo (373-383). Burgos. Recuperado de http://www.xinix.es/jornadas/actas.pdf

Rodríguez, M., & Moreira, M. (2004). La teoría de campos conceptuales de Gérard Vergnaud. La Teoría de los Campos Conceptuales de Vergnaud, la Enseñanza de las Ciencias y la Investigación en el Área. Instituto de Física da UFRGS. Porto Alegre, RS.

Serway R., & Jewett J. (2005). Física para ciencias e ingeniería. (7a ed., Vol. 2) México: CENGAGE Learning.

Tipler, P. (1996). Física. Barcelona: Reverté S. A.

Vergnaud, G. (1990). La théorie des champs conceptuels. Récherches en Didactique des Mathematiques, 10(23), 133-170.

Vergnaud, G. (1994). Multiplicative conceptual field: what and why? In H. Guershon, & J. Confrey, J. (Eds.) The development of multiplicative reasoning in the learning of mathematics. (pp. 41-59). Albany, N.Y.: State University of New York Press.

Vergnaud, G. (2007). ¿En qué sentido la teoría de los campos conceptuales puede ayudarnos para facilitar el aprendizaje significativo? Investigações em Ensino de Ciências. 12(2), 285-302.

Vergnaud, G. (2013). ¿Por qué la teoría de los campos conceptuales? Infancia y Aprendizaje, 36(2), 131-161.

Vygotsky, L.S. (1991). A formação social da mente. (4a ed.). São Paulo, SP: Martins Fontes.

Vygotsky, L. (1978). Mind in Society. Cambridge, MA: Harvard University Press.

Vygotsky, L. (1995). Pensamiento y Lenguaje. (Traducción del original ruso, 1978). Buenos Aires, Argentina: Ediciones Fausto. Recuperado de http://psikolibro.blogspot.com

Wosilait, K., Heron, P., Schaffer, P., & Mc Dermott, L. (1999). Addressing students’ difficulties in applying a wave model to the interference and diffraction of light. Physics Education Research: A supplement to the American Journal of Physics, 67(7), S5–S15.

Young, H., & Freedman, R. (2013). Física Universitaria. (Vol 2). México: Pearson.

Published

2016-08-13

How to Cite

Bravo, S., & Pesa, M. A. (2016). Learning evaluation of interference and diffraction of light in physics laboratory. Investigations in Science Education, 21(2), 68–104. https://doi.org/10.22600/1518-8795.ienci2016v21n2p68