Actividades y experimentos de física usando nuevas tecnologías

Resumen

   La irrupción de la tecnología informática en este último cuarto de siglo, es uno de los fenómenos culturales de mayor significación e impacto social que hallamos experimentado en mucho tiempo.

    Su implicancia en las ciencias y en la tecnología son bien conocidas. Sin embargo su introducción en la enseñanza de las ciencias básicas y las potencialidades de estas herramientas recién últimamente están siendo explotadas en nuestras universidades. Si bien su uso tiene muchas ventajas notables en cuanto a la capacidad de tomar datos de experimentos en tiempo real, visualización de fenómenos que ocurren rápidamente, monitoreo de varias variables simultáneas, potencia de análisis, etc., su uso no está libre de obstáculos y desafíos.

    El objetivo del  presente trabajo es diseñar experimentos que, utilizando las ventajas de las nuevas tecnologías y   resalten los aspectos básicos y fundamentales de las leyes de la naturaleza. Asimismo, se espera servir de puente entre los enfoques tradicionales y las nuevas aproximaciones a las ciencias básicas, sobre todo enfatizando sus aspectos metodológicos.

    En este sentido el objetivo de los trabajos prácticos de los laboratorios, no serían un conjunto de experimentos que meramente ilustren los temas desarrollados en las clases teóricas, sino proyectos simples en los que los estudiantes aprendan el camino a través del cual se genera el conocimiento científico-tecnológico.

    Dado el carácter de los equipos a usar, el tipo de análisis que se requiere para su estudio y las limitaciones de tiempo, se propone concentrarse más bien en pocos experimentos, pero desarrollados y analizados con mayor profundidad.

Enfoque pedagógico adoptado en este trabajo

   Un laboratorio es una excelente herramienta pedagógica y, en muchos aspectos, un ámbito esencial para la enseñanza de la ciencia en un nivel introductorio. El laboratorio le ofrece a los estudiantes la posibilidad de aprender a partir de sus propias experiencias. También puede y debe ser usado para estimular la curiosidad y el placer por la investigación y el descubrimiento. Brinda a los alumnos la posibilidad de explorar, manipular, sugerir hipótesis, cometer errores y reconocerlos y, por lo tanto, aprender de ellos.

   En esta serie de trabajos de laboratorio se adoptó el criterio de guiar a los estudiantes a través de preguntas cuidadosamente seleccionadas con el fin de descubrir o redescubrir hechos nuevos e inesperados. La premisa es que las preguntas formuladas estimulen la imaginación y la inventiva de los estudiantes. Creemos que esto es más productivo y estimulante que las guías tipo "recetas" donde se describen detalladamente los pasos a seguir para llegar a un resultado, generalmente conocido o esperado de antemano.

    También se busca estimular la elaboración de conjeturas razonables para explicar las observaciones realizadas. Creemos que el encontrar resultados inesperados favorece el proceso de aprendizaje y mantiene el interés de los estudiantes. Esto es más constructivo que usar las sesiones de laboratorio simplemente para verificar resultados ya discutidos en los textos o en clases.

   Para la realización de varios de los experimentos propuestos se requiere el uso de sistemas de toma de datos y análisis por computadoras. Esta tecnología se ha vuelto muy accesible en los últimos años y ofrece la posibilidad de realizar experimentos más cuantitativos y con mayor precisión. Al mejorar la precisión de las mediciones, llegan a hacerse evidentes las limitaciones de los modelos propuestos y, así, se puede enfatizar sobre la necesidad de mejorar las teorías establecidas. Este tipo de vivencia difícilmente pueda ser internalizada en un ámbito distinto del laboratorio.

    Hay, además, importantes subproductos provenientes de este último paso, como ser: la utilización de computadoras para la adquisición y análisis de datos; la ganancia de experiencia en conceptos básicos tales como los de estadística, tan comunes y útiles en numerosos campos de la ciencia; la discusión sobre los errores experimentales y el nivel de significación de las observaciones; etc. Por otra parte, la utilización de instrumentos que les permita expandir su capacidad de observación y la habilidad de realizar mediciones es, en sí misma, una experiencia fructífera y útil. 

    En resumen, el laboratorio naturalmente brinda una excelente oportunidad para recrear o simular situaciones bajo las cuales no solamente las ciencias se desarrollan sino también un gran número de actividades profesionales y empresariales modernas, y tal vez de la vida misma.

Objetivo específicos de este curso

     El presente curso de laboratorio está organizado alrededor de estudios experimentales sobre temas relacionados con metrología, mecánica, electromagnetismo, óptica y termodinámica. En particular los experimentos propuestos intentan ilustrar los fenómenos físicos que dan sustento a las leyes básicas, como son las leyes de Newton, los principios de conservación, ecuaciones de Maxwell, etc.

    El diseño de los experimentos fué realizado de modo que cada uno de ellos sea  autocontenido, es decir, los mismos pueden ser desarrollados por los estudiantes sin necesariamente haber hecho alguno de los otros. Se buscó asimismo que los experimentos puedan ser aprovechados  tanto por aquellos estudiantes que conozcan la base teórica corrrespondiente como por aquellos que aun no la posean. En este último caso, el experimento puede ser enfocado de modo que los estudiantes descubran las relaciones fenomenológicas entre las variables en juego.   

      Este enfoque  permite además optimizar el uso del instrumental requerido, ya que varios grupos podrían realizar en forma simultánea experimentos distintos. De otro modo sería necesario contar con numerosos diseños experimentales repetidos de una misma práctica.

Prólogo
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Características de los experimentos y guías

    Teniendo en cuenta los objetivos mencionados previamente, se desarrollaron experimentos que hacen uso de los equipos de laboratorio ya existentes en la  Universidad, a los que se les implementó, en la medida de lo posible, los nuevos sistemas de toma de datos por computadoras. Además de la instrumentación de la toma de datos se cargó a estos experimentos de contenidos y alternativas de análisis con distintos grados de dificultad. Para cada uno de los mismos se elaboraron guías de trabajo para docentes y estudiantes. Estas guías están incluidas en este mismo sitio.

  

Agradecimientos

   Este trabajo fue posible gracias al auspicio y apoyo brindado por la Universidad Nacional de San Martín y la Universidad de Buenos Aires, donde la mayoría de los experimentos fueron desarrollados y probados. También deseamos agradecer a las Universidad Nacional de  La Matanza y la Universidad Tecnológica Nacional, donde parte de los temas tratados aquí fueron desarrollados en cursos para docentes. También deseamos agradecer a los colegas que participaron en los talleres realizados en varias universidades  y escuelas secundarias de Argentina y a nuestros alumnos que en muchos casos nos motivaron a escribir este trabajo y nos inspiraron con su ingenio y agudeza.

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Bibliografía

1.-

 

 

 

American Journal of Physics y The Physics Teacher - Publicaciones mensuales del AAPT (Asociación Americana de Profesores de Física), publicadas desde 1935 al presente. Los volúmenes más recientes y el índice general desde 1972 al presente pueden obtenerse a través de Internet. La colección del Am. J. Phys. se pueden encontrar en la hemeroteca del Departamento de Física de la F.C.E. y N. (Pabellón I - Ciudad Universitaria - Núñez) de la Universidad de Buenos Aires y en la Biblioteca Central de la CNEA - Av. del Libertador 8250 - Cap. Fed.
2.- Física re-Creativa - Salvador Gil y Eduardo Rodríguez. Texto en preparación (1999).
3- Nuevas Tecnologías en la Enseñanza de la Física. S. Gil - Educación en Ciencias. Vol. 1, No 2, 34 (1997). Publicada por la Universidad de Gral. San Martín. Bs.As. Argentina.
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