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La importancia del análisis energético del movimiento mecánico,
para el estudio de los movimientos deportivos
en la asignatura Biomecánica deportiva

 

Filial Universitaria Municipal (FUM)

Carrera de Cultura Física, Holguín

(Cuba)

MSc. Nelson Manuel Infante Ruiz

MSc. Amanda Gómez Zóquez

Lic. Orlando Miguel Rodríguez Granado

MSc. José Luis Reboredo Pellitero

isnalvis@unoris.hlg.sld.cu

 

 

 

 

Resumen

          El presente artículo contiene los resultados de una investigación, cuyo punto de partida es la determinación, a través de un estudio diagnóstico, de las insuficiencias que presentan los estudiantes de la carrera de Cultura Física, pertenecientes a la Filial Universitaria Municipal (FUM), en la resolución de problemas de mecánica utilizando el método energético, como base para lograr un adecuado aprendizaje en la asignatura Biomecánica Deportiva. Con la utilización de los métodos histórico-lógico, analítico-sintético, inductivo-deductivo la encuesta, la entrevista, el enfoque sistemático-estructural-funcional, un diagnóstico de entrada y salida y el criterio de expertos, se cumplió el siguiente objetivo propuesto: la elaboración de una metodología para favorecer el aprendizaje de la Biomecánica, a través de la resolución de problemas de mecánica. Lo anterior permite homogeneizar la línea metodológica seguida por los docentes de la universalización para la introducción de los métodos de solución de problemas, en el proceso de enseñanza aprendizaje de las asignaturas estrechamente relacionadas con la Física. Como resultado se encontró que el Enfoque Histórico Cultural, el Aprendizaje Significativo y la Didáctica de la Física contemporánea, permiten sustentar teórica y metodológicamente la propuesta, observándose una tendencia a la pertinencia y efectividad de esta metodología.

          Palabras clave: Resolución de problemas. Biomecánica. Método energético.

 

Recepción: 03/11/2014 - Aceptación: 07/12/0214.

 

 
EFDeportes.com, Revista Digital. Buenos Aires, Año 19, Nº 199, Diciembre de 2014. http://www.efdeportes.com/

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Introducción

    La Biomecánica es la ciencia de las leyes del movimiento mecánico en los sistemas vivos.

    La Biomecánica Deportiva, como disciplina docente, estudia los movimientos del hombre en el proceso de los ejercicios físicos. En ese análisis se investigan las causas mecánicas y biológicas de los movimientos y las particularidades de las acciones motoras que dependen de ellas en las diferentes condiciones. El movimiento mecánico del hombre, que se estudia en la Biomecánica Deportiva, se produce bajo la acción de las fuerzas mecánicas externas (gravedad, fricción, de reacción normal y otras) y de las fuerzas de tracción muscular.

    El objeto de estudio y los métodos de trabajo de la Biomecánica Deportiva, hacen una importante contribución al desarrollo del pensamiento lógico de los estudiantes basado en la ciencia, proporcionándoles conocimientos de universal reconocimiento para el exitoso desarrollo de esta especialidad.

    No obstante todo lo planteado, y el sustento científico del diseño de los programas, aún no se logra que los estudiantes dominen adecuadamente el método energético de solución de problemas, lo que trae como consecuencia que no puedan entender conscientemente el por qué de los movimientos en el deporte, ya que los mismos están condicionados por las leyes de la Mecánica.

    Teniendo en cuenta los cambios operados en la Educación Superior, con el surgimiento de la universalización, se efectuó un estudio diagnóstico para constatar el estado actual del aprendizaje de la resolución de problemas en los estudiantes, como base para la asignatura de Biomecánica, en la Filial Universitaria Municipal (FUM): El mismo consistió en:

  • Se aplicó una prueba pedagógica de entrada.

  • Se encuestaron 23 estudiantes de la FUM.

  • Se entrevistaron a 4 docentes del centro.

    Los elementos anteriores, conjuntamente con la experiencia de los investigadores como docentes, permitieron constatar las siguientes insuficiencias:

  1. Escasa solidez en los conocimientos y pobre desarrollo del pensamiento lógico.

  2. Bajo nivel de habilidades en la resolución de problemas de Mecánica.

  3. Insuficiente dominio por parte de los docentes de la didáctica y la metodología de la enseñanza de la resolución de problemas de Mecánica.

    Las razones anteriormente referidas permitieron declarar el siguiente problema de investigación: Insuficiencias en el aprendizaje de la Biomecánica Deportiva limitan el proceso de formación del estudiante de Licenciatura en Cultura Física de la Filial Universitaria Municipal.

    Siendo el objeto de investigación: el proceso de enseñanza-aprendizaje de la Biomecánica Deportiva. Y el campo de acción: el aprendizaje de la resolución de problemas de Mecánica, utilizando la vía energética.

    Constituyendo el objetivo de la investigación: Elaborar una metodología para favorecer el aprendizaje de la Biomecánica Deportiva, a través de la resolución de problemas de Mecánica, utilizando la vía energética.

Desarrollo

La definición de problemas y su proceso de solución

    El tema de la resolución de problemas ha sido ampliamente abordado por Psicólogos y profesores de Matemática. En el contexto de este trabajo se asume el dado por el Dr. C. Joaquín Palacio Peña donde plantea que se considera problema “toda situación en la que hay un planteamiento inicial que es necesario transformar, siendo desconocida la vía para hacerlo, pero que se cuenta con el deseo y los recursos necesarios para buscar las relaciones que contribuyan a su transformación”.

    Los modelos de solución de problemas propuestos por los psicólogos son de carácter general y aplicable a cualquier problema, los mismos proponen cinco fases, que se pueden resumir en las siguientes:

  1. Identificación del problema. 

  2. Definición del problema. 

  3. Análisis de los recursos disponibles para solucionar el problema. 

  4. La ejecución del proceso de solución. 5. Evaluación de la solución.

    En el caso de los modelos propuestos por los matemáticos, ya sean generales o particulares como se planteó anteriormente, se observa el establecimiento de cuatro fases para el proceso de solución, las cuales son:

  1. Comprender el problema. 

  2. Elaboración de un plan de solución. 

  3. Ejecución del plan de solución. 

  4. Comprobación de la solución.

    Para la elaboración de la metodología, además del análisis de los modelos presentados anteriormente, se tuvieron en cuenta los siguientes presupuestos:

  1. El aprendizaje significativo (Ausubel) y la teoría de la actividad (Vygotski), por lo que significan para la resolución de problemas y la necesidad de la motivación en la realización de los mismos.

  2. La interiorización de las acciones mentales y sus implicaciones didácticas. (Galperin).

  3. La posibilidad de aprender procedimientos generalizados y por tanto, la necesidad de enseñarlos. (Talizina).

  4. Las funciones generalmente reconocidas al trabajo con problemas en la escuela; instructivas, educativas y de desarrollo. (Campistrous y Rizo, Carlos Álvarez).

  5. Las fases en la solución de problemas: comprender el problema, búsqueda de la vía de solución, solución y vista retrospectiva y su relación con los momentos de la actividad. (Polya, Shöenfeld, Labarrere, de Guzmán, Campistrous y Rizo).

  6. La caracterización de los problemas escolares. (Campistruos y Rizo).

  7. La caracterización del comportamiento de los sujetos en el proceso de solución de problemas: los recursos, la heurística, el control y el sistema de creencias. (Shöenfeld, Campistrous y Rizo).

Metodología de resolución de problemas

    La Metodología elaborada, contiene como uno de sus procedimientos esenciales, la corroboración de su factibilidad, la cual se realizó a través del Criterio de Expertos, la aplicación de una prueba pedagógica de salida y la implementación parcial a través de una experiencia pedagógica, comprobándose así su pertinencia y factibilidad. Una representación esquemática de la lógica de desarrollo de la metodología se representa en la siguiente figura.

I.     Teoría de aprendizaje y principios sobre los que se sustenta la metodología

En la base de la conformación de la metodología de referencia se encuentra el Aprendizaje Significativo, cuyo primer requisito para que se produzca es la potencialidad significativa del material de aprendizaje, la cual está compuesta por dos dimensiones que Ausubel distingue como:

  • Significatividad lógica, se refiere a la coherencia en la estructura interna del material, secuencia lógica en los procesos y consecuencia en las relaciones entre sus elementos componentes.

  • Significatividad psicológica, se refiere a que sus contenidos sean comprensibles desde la estructura cognitiva que posee el sujeto que aprende.

  • El segundo requisito es la disposición positiva del individuo respecto del aprendizaje, se refiere al componente motivacional, emocional, actitudinal que está presente en todo aprendizaje, ya que este no puede darse si el alumno no quiere. Este es un componente en donde el maestro sólo puede influir a través de la motivación.

    Constituyen principios bases, de la Didáctica de las Ciencias:

  1. El Principio de la correlación entre lo cualitativo y lo cuantitativo: Es necesario que durante el proceso de aprendizaje se entrene a los estudiantes en la realización de valoraciones cualitativas de los enunciados y resultados cuantitativos de los ejercicios y problemas así como de cualquier otro planteamiento que lo permita.

  2. El Principio de la importancia y utilidad socio-cultural del contenido: En el proceso de enseñanza aprendizaje es necesario dirigir las acciones de tal modo que se le revele al educando lo útil que resulta el contenido que se le va a enseñar, convenciéndolo (sin imposiciones) de la necesidad que existe de que él lo aprenda.

II.     Condiciones previas necesarias para la aplicación de la metodología

Para el docente

1.     Dominio del diagnóstico del estudiante

    Sin lugar a dudas, el diagnóstico integral debe constituir para los docentes un punto de partida para lograr una mejor concepción y ejecución de la actividad a proyectar en el proceso formativo. Son elementos imprescindibles conocer: qué sabe el estudiante, cómo lo hace, cómo aprende, cómo piensa, cómo se comporta en la formación de las acciones valorativas, cuáles son sus cualidades, etc.

2.     Dominio del contenido

    Este es un aspecto capital para el eficiente desempeño del docente, por lo que es importante que la autopreparación sea sistemática y profunda, utilizando primero la bibliografía básica y complementaria orientada al estudiante y luego ampliando la misma con otras bibliografías disponibles.

3.     Resolución de los problemas que propondrá

    Para poder garantizar un desarrollo de habilidades exitoso es imprescindible que el docente tenga resuelto de antemano los problemas que propondrá en el encuentro o como trabajo independiente, Lo que permitirá graduar el sistema de ejercicio de acuerdo al orden de complejidad de manera ascendente.

4.     Estructuración lógica del material a impartir

    La potencialidad significativa o lógica del material es la primera condición para que se produzca el aprendizaje del estudiante, esta estructuración tiene que cumplir con dos aspectos:

  1. El material presentado al estudiante debe estar organizado, para que se de una construcción de conocimientos.

  2. Y que pueda conectar el nuevo conocimiento con los que ya posee para que lo comprenda.

Para el alumno

1.     Estar motivado para aprender

    Al estudiante hay que explicarle que la Física cumple una doble función: por un lado sus conocimientos son utilizados directamente en alguna asignatura de la especialidad, ejemplo en la Biomecánica y por el otro, su función está en desarrollar el pensamiento lógico, el trabajo con algoritmos y métodos de solución.

2.     Dominio de los conocimientos previos necesarios

    Existen determinados conocimientos antecedentes que son necesarios fijar en el estudiante, con el objetivo de que logren aplicar con éxito cada uno de los pasos de la metodología, los cuales se enumeran a continuación:

  • El concepto de punto material

  • De cada fuerza estudiada saber: quién la ejerce, como se representa y como calcularla.

  • Las expresiones que permiten calcular cada una de las energías mecánicas y las cantidades de movimiento lineal y angular.

  • Las leyes de conservación, así como las condiciones para que se cumplan.

  • Los indicadores para determinar cuando una fuerza es interna o externa y cuando realiza o no trabajo.

  • La clasificación de las fuerzas en conservativas o no conservativas.

  • El despejo de ecuaciones y el cálculo numérico también son necesarios para obtener correctamente la solución.

Método energético de solución de problemas

1er paso: Definir el sistema físico a trabajar

  • El más sencillo de los sistemas físicos para elegir es siempre el cuerpo o los cuerpos al cual, o los cuales, se le está estudiando el movimiento.

2do paso: Representar el sistema físico como un punto material.

  • Para mayor comodidad se deja el sistema como está representado, y se representan todas las fuerzas a partir de su centro geométrico.

3er paso: Representar las fuerzas que actúan sobre el sistema físico elegido.

    Para esto debes determinar:

  • ¿Cuáles son los cuerpos que interactúan con el sistema físico?

  • ¿Qué fuerza aporta cada uno de estos cuerpos?

  • Representar cada una de estas fuerzas encontradas.

4to paso: Clasificar las fuerzas que actúan sobre el sistema físico.

  • Se clasificarán en: Internas o externas, conservativas o no conservativas, y si realizan trabajo o no lo realizan.

5to paso: Trazar un sistema de coordenadas y orientar los ejes.

  • Hacer coincidir el origen de coordenadas con el centro geométrico del sistema físico.

  • Poner uno de los ejes del sistema de coordenadas en la dirección en que se mueve el sistema, el otro eje se traza perpendicular al primero.

  • Orientar el eje que está en la dirección del movimiento en el sentido en que se mueve el sistema o una parte de él, el otro se orienta para donde se desee.

6to paso: Definir el nivel cero de energía potencial

  • Este nivel se ubica donde sea más conveniente, generalmente lo más usual es ubicarlo al nivel de la superficie de la tierra o del centro de masa del deportista.

7mo paso: Determinar cuales son las leyes o teoremas que se cumplen en la situación dada.

  • Si en el problema ocurre choque lineal o angular, entonces probar si se cumple la ley de conservación de la cantidad de movimiento lineal o angular, según sea el caso, y utilizarla en encontrar la solución. Si no se cumpliera atacar la solución por la ley de conservación de la energía.

  • Si no ocurre choque, entonces probar utilizar la ley de conservación de la energía: Determinar primero si el WFNC es igual a cero o no; si no lo es, ver cual(es) fuerza(s) no conservativa(s) está(n) realizando trabajo; si fuera igual a cero entonces se llega a su caso particular, la ley de conservación de la energía mecánica.

8vo Paso: Operar con las ecuaciones hasta encontrar la incógnita.

9no Paso: Sustituir, calcular y obtener el resultado.

10mo Paso: Análisis y comprobación de la solución.

Ejemplo resuelto

    El 27 de julio de 1993 en la ciudad de Salamanca, España, el saltador de altura cubano Javier Sotomayor impuso record mundial en salto de altura para hombres con un salto de 2,45 m. Determine la velocidad vertical inicial de su centro de gravedad (CG) en el momento del despegue.

    Sugerencia: La altura que cuenta es la distancia vertical a la que su centro de gravedad se elevó después que sus pies abandonaron el suelo, suponga que en el instante en que sus pies pierden contacto, su centro de gravedad estaba a 110 cm sobre el suelo. Considere que cuando pasa sobre la barra, su centro de gravedad (CG) está a la misma altura que la barra.

    Solución: De la interpretación y análisis realizado al problema podemos resumir los datos y la incógnita, así como confeccionar un esquema que represente la situación planteada.

    Apliquemos el método energético para solucionar el problema:

1er paso: Nuestro sistema físico lo constituirá el centro de gravedad (CG) del saltador. 2do paso: Para mayor comodidad se deja el sistema como está representado. 3er paso: Representar las fuerzas que actúan sobre el sistema físico elegido

  • ¿Cuáles son los cuerpos que interactúan con el sistema físico?

    La tierra, puesto que en el instante del despegue el saltador ha perdido contacto con el suelo y la superficie no actúa sobre él.

  • ¿Qué fuerza aporta?

    La tierra aporta la fuerza de gravedad. Luego la representaremos.

4to paso: Clasificar las fuerzas que actúan sobre el sistema físico.

    Fg: externa, conservativa y si realiza trabajo sobre el sistema.

5to paso: Trazar un sistema de coordenadas.

6to paso: Definir el nivel cero de energía potencial.

    En este caso es conveniente ubicarlo a la altura del centro de gravedad (CG) del saltador en el instante del despegue.

7mo paso: Determinar cuales son las leyes o teoremas que se cumplen.

    Finalmente, esta metodología se ejemplificó para el estudio mecánico de un salto de altura, pero la misma es útil para estudiar los movimientos en el deporte, por complejos que parezcan, ya que todos están sujetos a las leyes del movimiento mecánico.

Conclusiones

  1. El Enfoque Histórico Cultural, el Aprendizaje Significativo y la Didáctica de la Física contemporánea, permiten sustentar la metodología elaborada para favorecer el proceso de enseñanza aprendizaje de la Biomecánica, a través de la resolución de problemas de Mecánica, en la carrera de Licenciatura en Cultura Física.

  2. El estudio diagnóstico realizado, permitió determinar que aún es insuficiente el aprendizaje de la Biomecánica y de sus métodos de resolución de problemas.

  3. La metodología elaborada constituye una vía eficaz para la orientación del proceso de solución de problemas facilitando su explicación y comprensión por parte de los estudiantes.

Referencias bibliográficas

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  • Talizina, N. F. (1998) Psicología de la Enseñanza. Moscú, Editorial Progreso.

  • Vygotski, L. S (1987). Historia del desarrollo de las funciones psíquicas superiores. La Habana, Editorial Científico Técnica.

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