Uso de la tecnología para facilitar la comprensión del teorema de liouville de la física estadística, en estudiantes de licenciatura en física de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas

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Universidad Distrital Francisco José de Caldas

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Resumen

In the present work, the goal is to establish an understanding of Liouville's Theorem through a mixed-method approach (qualitative and quantitative) with two groups of ninth-semester students in the Physics Bachelor's program at the UD, in the Statistical Physics course. The issue of phase volume conservation, central to Liouville's Theorem, is addressed with two didactic sequences: one experimental, using fluid dynamics with ideal flow, and another through a software tool with a prototype in Processing. The experimental group constructs an artifact to generate an ideal water flow and studies the change in the area of floaters before and after a change in cross-sectional area. The software group adapts the provided code and conducts a similar study of the area change of points that flow before and after the change in cross-sectional area. Upon completion of the work, each group is interviewed separately, using a table of categories and subcategories for qualitative classification with the QDA Miner Lite software. Subsequently, a quantitative analysis is carried out to assign a statistical weight to the categories and subcategories. The results indicate that the dominant forms of approach are mathematical and ascending abstraction, with a combined weight of approximately 60%. This suggests that students recognize mathematics not only as a tool but also as a language that describes the ontological reality of the physical world. However, due to the complexity of Liouville's Theorem in a hyper-dimensional phase space, students use analogies from the experimental and computational didactic sequences to establish cognitive links that facilitate their understanding using ascending abstraction.

Descripción

En el presente trabajo, se busca establecer la comprensión del Teorema de Liouville mediante un método mixto (cualitativo y cuantitativo) con dos grupos de estudiantes de noveno semestre de la Licenciatura en Física de la UD, en la asignatura de Física Estadística. Se aborda la problemática de la conservación del volumen de fase, central en el Teorema de Liouville, con dos secuencias didácticas: una experimental, utilizando dinámica de fluidos con flujo ideal, y otra mediante una herramienta de software con un prototipo en Processing. El grupo experimental construye un artefacto para generar un flujo de agua ideal y estudia el cambio de área de flotadores antes y después de un cambio de sección transversal. El grupo de software adapta el código suministrado y realiza un estudio análogo del cambio de área de puntos que fluyen antes y después del cambio de sección transversal. Tras finalizar el trabajo, se entrevista a cada grupo por separado, empleando una tabla de categorías y subcategorías para una clasificación cualitativa con el software QDA Miner Lite. Posteriormente, se realiza un análisis cuantitativo para asignar un peso estadístico a las categorías y subcategorías. Los resultados indican que las formas dominantes de aproximación son la matemática y la abstracción ascendente, con un peso combinado de aproximadamente 60 %. Esto sugiere que los estudiantes reconocen la matemática no solo como una herramienta, sino también como un lenguaje que describe la realidad ontológica del mundo físico. Sin embargo, debido a la complejidad del Teorema de Liouville en un espacio hiper-dimensional de fase, los estudiantes utilizan analogías de las secuencias didácticas experimental y computacional para establecer vínculos cognitivos que facilitan su comprensión utilizando la abstracción ascendente.

Palabras clave

Aprendizaje activo, Constructivismo, Simulación, Teorema de liouville

Materias

Maestría en Educación en Tecnología (Virtual) -- Tesis y disertaciones académicas , Tecnología educativa , Teorema de Liouville , Física estadística

Citación