Aprendizaje de la Teoría de la Relatividad Restringida de Einstein. Estado de la Cuestión

Descargas

Visitas a la página del resumen del artículo:  1880  

DOI

https://doi.org/10.25267/Rev_Eureka_ensen_divulg_cienc.2020.v17.i1.1103

Información

Fundamentos y líneas de trabajo
1103
Publicado: 14-01-2020
PlumX

Autores/as

Resumen

En este artículo se analizan las dificultades de aprendizaje de la Teoría de la Relatividad Restringida de Einstein. La información se ha obtenido y seleccionado de las bases de datos Web of Science, Scopus, Educational Resources Information Center y Google Scholar, teniendo en cuenta los índices de valoración Journal Citation Reports (JCR), Scimago Journal Rank (SJR) e Índice Compuesto de Difusión Secundaria (ICDS). Para el análisis y las conclusiones se establecieron las dificultades de aprendizaje del alumnado relacionadas con la Relatividad Restringida de Einstein, respecto a los siguientes conceptos: Espacio y tiempo. Causalidad y simultaneidad. Sistemas de referencia. Energía. Masa. Luz. El presente estudio ha constituido el fundamento del diseño de una propuesta de enseñanza basada en la formulación geométrica de Minkowski, dirigida a estudiantes de bachillerato.

Palabras clave: Relatividad restringida de Einstein. Geometría de Minkowski. Dificultades de aprendizaje. Revisión bibliográfica.

Learning Einstein’s Theory of Special Relativity: State Of the Art

Abstract: In this article we analyze the learning difficulties of Einstein's Theory of Restricted Relativity. The information has been obtained and selected from the Web of Science, Scopus, Educational Resources Information Center and Google Scholar databases, taking into account the Journal Citation Reports (JCR), Scimago Journal Rank (SJR) and Composite Index of Secondary Dissemination (ICDS). For the analysis and the conclusions the learning difficulties of the students related to the Restricted Relativity of Einstein were established, with respect to the following concepts: Space and time. Causality and simultaneity. Reference frames. Energy. Mass. Light. This study has been the basis for the design of a teaching proposal based on the geometric formulation of Minkowski, aimed at high school students.

Keywords: Einstein's spcaeli relativity. Geometry of Minkowski. Learning difficulties. Bibliographic review.

Palabras clave


Descargas

Los datos de descargas todavía no están disponibles.

Agencias de apoyo  

X. P. y J. M. D. C. agradecen la ayuda de los proyectos EDU2017-84979-R y PGC2018-094491-B-C31, financiados por fondos FEDER y la Agencia Estatal de Investigación - Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades. I. A. agradece la ayuda de los proyectos ED431B 2018/57, de la Consellería de Educación, Universidad y Formación Profesional (Xunta de Galicia) y FIS2017-83762-P, del Ministerio de Economía, Industria y Competitividad. Á. P. agradece la ayuda de los proyectos MTM2016–75140–P, de la Agencia Estatal de Investigación, co-financiado por fondos FEDER, y R 2016/022, de la Xunta de Galicia.

Biografía del autor/a

Xabier Prado Orbán, Departamento de Didácticas Aplicadas, Facultade de Ciencias da Educación. Universidade de Santiago de Compostela. 15782-Santiago de Compostela. España.

Profesor de física y química del IES Pedra da Auga de Ponteareas, Galicia (España)

Investigador colaborador del Departamento de Didácticas Aplicadas de la Universidad de Santiago de Compostela, España

José Manuel Domínguez-Castiñeiras, Departamento de Didácticas Aplicadas, Facultade de Ciencias da Educación. Universidade de Santiago de Compostela. 15782-Santiago de Compostela. España.

Profesor ad honorem del Departamento de Didácticas Aplicadas de la Universidad de Santiago de Compostela, España

Iván Area, Departamento de Matemática Aplicada II, Escola de Enxeñaría de Telecomunicación. Universidade de Vigo. 32004-Ourense. España.

Profesor Titular de Matemática Aplicada de la Universidad de Vigo, 32004- Ourense, España

Ángel Paredes, Departamento de Física Aplicada, Escola de Enxeñaría Aeronútica e do Espazo. Universidade de Vigo. 32004-Ourense. España.

Profesor Titular de Óptica de la Universidad de Vigo, España

Jorge Mira, Departamento de Física Aplicada, Facultade de Física. Universidade de Santiago de Compostela. 15782-Santiago de Compostela.España

Catedrático de Electromagnetismo en la Universidad de Santiago de Compostela, España

Citas

Alemañ, R. A. (1997) Errores comunes sobre relatividad entre los profesores de Enseñanza Secundaria. Enseñanza de las Ciencias, 15(3), 301-307. URL

Alonso, M. (2000) Diagramas posición-tiempo para enseñar relatividad en el Bachillerato. Alambique. Didáctica de las Ciencias Experimentales. 22, 109-117. (Disponible en la Web de Materiales Didácticos de la Sección Local de Alicante) URL

Alonso, M. y Soler, V. (2002) Reflexions sobre la forma habitual d’introduir els conceptes de la dinàmica relativista en batxillerat. Actas de las Jornadas de enseñanza de las Ciencias de la AEFQ Curie. (Disponible en la Web de Materiales Didácticos de la Sección Local de Alicante) URL

Alonso, M. y Soler, V. (2006 a) La relatividad en el Bachillerato. Una propuesta de unidad didáctica. Enseñanza de las Ciencias, 24(3), 439-454. URL

Alonso, M. y Soler, V. (2006 b) Materiales didácticos para enseñar y aprender relatividad en el Bachillerato. Alambique. Didáctica de las Ciencias Experimentales, 50, 106-115. URL

Aslanides, J.S. y Savage, C.M. (2013) Relativity concept inventory: Development, analysis, and results. Physical Review Physics Education Research, 9(1), 010118 (1-10). DOI

Consello da Cultura Galega (2017) Verbo da teoría da relatividade restrinxida e xeral. Traducción de la obra original alemana Über die spezielle und die allgemeine Relativitätstheorie (Gemeinverständlich) de Albert

Einstein (1916). Coordinador de la obra: Jorge Mira. Editorial: Consello da Cultura Galega. URL

Corry, L. (1997) Hermann Minkowski and the postulate of relativity. Archive for History of Exact Sciences, 51(4), 273–314. DOI

Díaz, A. D.; Herrera, W. J. y Manjarrés, D. A. (2009) Work and energy in inertial and noninertial reference frames. American Journal of Physics, 77(3), 270-273. DOI

Dib, C. (2013) Mass as a Form of Energy in a Simple Example. The Physics Teacher, 51(9), 546-548. URL

Doménech, A. (1998) El debate sobre la masa relativista: el problema definicional y otros aspectos epistemológicos. Enseñanza de las Ciencias, 16(2), 331-339. URL

Doménech, A.; Doménech, T.; Cassasus, M. y Bella, T. (1985) El espacio tiempo clásicos y el espacio tiempo de la relatividad especial. Enseñanza de las Ciencias, vol. extra, parte 2, p. 72. URL

Doménech, A.; Casasús, E. y Doménech, M.T. (1993) The classical concept of mass: theoretical difficulties and students' definitions. International Journal of Science Education, 15(2), 163-173. DOI

Drummond, I. T. y Hathrell, S. J. (1980) QED vacuum polarization in a background gravitational field and its effects on the velocity of photons. Physics Review, D22 (2), 343-355. DOI

Fort, J. (2005) Energy conservation can predict intervals of time. Physics Education, 40(4), 321- 322. DOI

Galili, I. y Kaplan, D. (1997) Extending the application of the relativity principle: Some pedagogical advantages. American Journal of Physics, 65(4), 328-335. DOI

Gil, D. y Solbes, J. (1993) The introdution of modern physics: overcoming a deformed vision of science. International Journal of Science Education, 15(3), 255-260. DOI

Hartatiek, Y. y Dwi H. (2017) Effect of Tutorial Giving on the Topic of Special Theory of Relativity in Modern Physics Course Towards Students’ Problem-Solving Ability. Journal of Physics: Conference Series, 846(1), 1-7. URL

Haug, E. G. (2017) The ultimate limits of the relativistic rocket equation. The Planck photon Rocket. Acta Astronautica 136, 144–147. URL

Hecht, E. (2009) Einstein Never Approved of Relatistic Mass. The Physics Teacher, 47, 336-341. DOI

Hecht, E. (2011) How Einstein confirmed E0=mc2. American Journal of Physics, 79, 591-600. DOI

Hewson, P. W. (1982) A case study of conceptual change in special relativity: The influence of prior knowledge in learning. European Journal of Research in Science Education, 4(1), 61-78. DOI

Hewson, P. W. (1990) La enseñanza de ‘Fuerza y Movimiento’ como cambio conceptual. Enseñanza de las Ciencias, 8(2), 157-171. URL

Hewson, P. W. y Thorley, N.R. (1989) The conditions of conceptual change in the classroom. International Journal of Science Education, 11 (special issue), 541-553. DOI

Hobson, A. (2005) Teaching: mass without mass. The Physics Teacher, 43(2), 80-82. DOI

Hobson, A. (2006) Millikan Award Lecture, 2006: Physics For All. American Journal of Physics, 74(12), 1048-1054. DOI

Kicilcik, H. S. y Ünlü Yavas, P. (2017) Investigating the Reasons of Difficulty Understanding of Students in Special Relativity Topics. Çukurova Üniversitesi Eğitim Fakültesi Dergisi, 46(2), 399-426. DOI

Logunov A. A. (1998) Curso de Teoría de la Relatividad y de la gravitación. Moscú: Universidad Estatal de Lomonósov.

McDermott, L. C. (1993) How we teach and how students learn-A mismatch? American Journal of Physics, 61(4), 295-298. DOI

Minkowski, H (2012) Espacio y tiempo. Documentos de Minkowski sobre la relatividad (versión gratuita). Traducido por Fritz Lewertoff y Vesselin Petkov. Editado por Vesselin Petkov. Quebec, Montreal, Canadá: Minkowski Institute Press. URL

Naber, G. L. (2012) The geometry of Minkowski spacetime. An introduction to the mathematics of the special theory of relativity. 2nd ed. (English). Berlin: Springer. URL

Okun, L.B. (1989) The Concept of Mass. Physics Today, 42(6), 31-36. DOI

Otero, M.; Arlego, M. y Prodanoff, F. (2016) Teaching the basic concepts of the Special Relativity in the secondary school in the framework of the Theory of Conceptual Fields of Vergnaud. Il Nuovo Cimento C, 38(3), 1-13. DOI

Pérez, H. (2003) La teoría de la relatividad y su didáctica en el Bachillerato: análisis de dificultades y una propuesta de tratamiento. Tesis doctoral, Universitat de Valencia. URL

Pérez, H. y Solbes, J. (2003) Algunos problemas en la enseñanza de la relatividad. Enseñanza de las Ciencias, 21(1), 135-146. URL

Pérez, H. y Solbes, J. (2006) Implicaciones de la evolución histórica de algunos conceptos en la enseñanza de la relatividad. Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias, 3(3), 408-430. URL

Prado Orbán, X. y Domínguez-Castiñeiras, J.M. (2010) A Didactic Proposal for de Visual Teaching of the Theory of Relativity in High School First Course, pp. 297-305. En Taşar y G. Çakmakci (Eds.), Contemporary Science Education Research: Teaching. Pegem Akademi: Ankara, Turkey. ISBN: 9786053640301. URL

Prado Orbán, X. (2012) Deseño e implementación dunha proposta de ensinanza da relatividade especial en primeiro de bacharalato, baseada na formulación xeométrica de Minkowski. Universidade de Santiago de Compostela. Servicio de Publicacións e Intercambio Científico: Santiago de Compostela. URL

Prado, X.; Area, I.; Paredes, A.; Domínguez-Castiñeiras, J.M.; Edelstein, J.D. y Mira, J. (2018) Archimedes meets Einstein: a millennial geometric bridge. European Journal of Physics, 39(4), 045802. DOI

Riggs, P. (2016) A Comparison of Kinetic Energy and Momentum in Special Relativity and Classical Mechanics. The Physics Teacher, 54(2), 80-82. DOI

Salart, D.; Baas, A.; Branciard, C.; Gisin, N. y Zbinden, H. (2008) Testing the speed of ‘spooky action at a distance’. Nature, 454(7206), 861- 864. DOI

Scherr, E. R.; Shaffer, P. S. y Vokos, S. (2001) Student understanding of time in special relativity: Simultaneity and reference frames. American Journal of Physics, 69(7), 24-35. URL

Scherr, R. E.; Shaffer, P. S. y Vokos, S. (2002) The challenge of changing deeply held student beliefs about the relativity of simultaneity. American Journal of Physics, 70(12), 1238-1248. DOI

Serafin, K, y Glazek, S. (2017) Elementary example of energy and momentum of an extended physical system in special relativity. American Journal of Physics, 85(7), 529-541. URL

Tanel, Z. (2014) Student Difficulties in Solving Problems Concerning Special Relativity and Possible Reasons for these Difficulties. Journal of Baltic Science Education, 13(4), 573-582. URL

Taylor, J. L, (2001). Physics, Philosophy and the nature of space and time. Physics Education, 36(3), 207-211. DOI

Taylor, E. F. y Wheeler, J. A. (1992) Spacetime Physics. Introduction to Special Relativity. New York: W. H. Freeman and co.

Tefft, B. J. y Tefft, J. A. (2007) Galilean Relativity and the Work-Kinetic Energy Theorem. The Physics Teacher, 45(4), 218-220. DOI

Toledo, B.; Arriasseco, I. y Santos, G. (1997) Análisis de la transición de la física clásica a la relativista desde la perspectiva del cambio conceptual. Enseñanza de las Ciencias, 15(1), 79-80. URL

Tommasini, D.; Paredes, Á. y Michinel, H. (2019) Comment on “the ultimate limits of the relativistic rocket equation. The Planck photon rocket”. Acta Astronautica, 16 , 373-374. URL

Villani, A. y Pacca, J. (1987) Students´ Spontaneous Ideas about the Speed of Light. International Journal of Science Education, 9(1), 55-65. DOI

Walter, S. (2008) Hermann Minkowski’s approach to physics. Mathematische Semesterberichte, 55(2), 213-238. DOI

Warren, J.W. (1976) The mystery of mass-energy. Physics Education, 11(1), 52-54. DOI

Whitaker, M. A. B. (1976) Definitions of mass in special relativity. Physics Education, 11(1), 55-57. DOI