Vectors at the crossroads: mathematics vs. perception in engineering physics learning
DOI:
https://doi.org/10.26507/paper.4670Keywords:
Learning, Difficulties, PhysicsAbstract
This research analyzes the prior knowledge and learning difficulties of Argentinian students of Chemical Engineering and Food Engineering in the first Physics course at the Faculty of Exact, Chemical, and Natural Sciences of the National University of Misiones. The methodology used was based on the analysis of diagnostic exams from eight consecutive cohorts (comprising a total of 529 students), evaluating mathematical competencies fundamental to Mechanics Physics. Additionally, perceptions about learning difficulties and study strategies were collected from the students through online surveys. The data were processed using descriptive statistics. The results showed a consistent pattern in vector operations by matrix method, maintaining a relatively stable performance (70-80%) for vector sums, although with a decreasing trend in the last cohorts. There is a pronounced gap between the success rates using matrix versus geometric methods (differences of 40-50 percentage points), showing greater ease with algebraic approaches. Obtaining the modulus and angle of the resultant vector from a set of vectors presented in the x-y plane showed a decreasing trend, going from 40% success in 2022 to less than 10% in 2024. In triangle resolution, percentages close to 50% were reached in right triangles. For equations, they showed consistently high performance in one-unknown equations (60-70%) and a positive trend in two-unknown equations (reaching 50%). Paradoxically, while their performance in evaluations was superior (compared to groups of students from other majors), engineering students progressively reported greater deficiencies in mathematical concepts instrumental to Physics. The percentage who reported not knowing vector operations increased from 40% to 82% in the analyzed period, evidencing underestimation of their own capabilities. This phenomenon contrasts with their good performance in matrix resolutions when evaluated, suggesting problems of perceived self-efficacy. Circular and Relative movements were identified as the most complex topics, possibly due to the need to simultaneously handle multiple reference systems and perform vector transformations. The preference for individual study and low attendance at support classes and consultations could contribute to these difficulties. In conclusion, it is recommended to implement strategies that reinforce students' confidence through positive feedback, develop specific interventions for circular and relative movements, design methodologies that integrate matrix and geometric methods in vector operations, and promote collaborative learning.
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