El Curso Interactivo de Física en Internet

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marca.gif (847 bytes)El Curso Interactivo 
de Física en Internet

La enseñanza tradicional
El ordenador en la 
enseñanza de la Física
Bibliografía

Introducción

El Curso Interactivo de Física en Internet

Creación de contenidos interactivos

Modos de usar el Curso Interactivo de Física

Ejemplos de utilización del Curso Interactivo de Física

Implicación del profesorado

Interacción con los usuarios

Futuros desarrollos

Referencias

 

1.-Introducción

La aparición del ordenador personal en la década de los 80 y su difusión en los centros escolares e incluso en los hogares, hizo pensar que este instrumento iba a tener un papel cada vez más preponderante en el sistema educativo, que iba a cambiar el modo en el que se enseña y la forma en la que los estudiantes aprenden [1].

Aunque el ordenador se convirtió en una herramienta imprescindible en el campo de la investigación, su impacto real en el aula ha sido escaso, señalándose entre sus causas las siguientes [2].

  • La falta de acceso a los ordenadores.
  • Los programas de ordenador eran poco adecuados
  • Que los profesores no estaban suficientemente preparados para usar los ordenadores de forma efectiva.

Sin embargo, los ordenadores tienen en sí mismos un gran potencial para mejorar el proceso de enseñanza-aprendizaje, a fin de que

  • El aprendizaje sea más interesante
  • El aprendizaje sea activo, no pasivo como ocurre frecuentemente en nuestras aulas.
  • Los estudiantes estén más motivados. La motivación no es equivalente al entretenimiento.
  • El aprendizaje sea al ritmo del estudiante individual.
  • La educación sea permanente

Internet es imprescindible en el campo educativo, no solamente por que se trata de un medio didáctico de posibilidades insospechadas, sino por sus cualidades intrínsecas, el uso eficaz de Internet se está convirtiendo en una competencia básica en la nueva sociedad del conocimiento: navegar por las páginas web, descargar ficheros, enviar y recibir mensajes, participar en foros de discusión, etc., formarán parte de las tareas cotidianas de cualquier estudiante.

Internet  proporciona acceso a una gran cantidad de información en forma de cursos, artículos, almacenada en bases de datos, etc. Sin embargo, una gran parte de esta información no se adapta a los intereses de los estudiantes que están más tentados a hojear las páginas que a leerlas con atención.

Para evitar estos inconvenientes, el profesor deberá asumir la tarea de filtrar la información para sus alumnos y decidir qué temas deben aprender e investigar.  Su papel será el de

  • Seleccionar unos pocos websites de calidad
  • Asignar tareas para llevar a cabo cuando se visitan dichas páginas.

España sufre de retrasos importantes en la utilización de las Nuevas Tecnologías de la Información y de la Comunicación con respecto a otros países más avanzados. La escasez de equipos informáticos en las aulas hace que los estudiantes usen el ordenador ocasionalmente. Sin embargo, el impacto real del ordenador en la enseñanza será probablemente distinto cuando este instrumento se convierta en una herramienta de trabajo habitual.

El Consejo de Europa que tuvo lugar en Lisboa en marzo de 2000, atribuye una importancia esencial a la educación y formación para vivir y trabajar en la nueva sociedad del conocimiento.

La iniciativa eLearning [3]  tiene por objeto movilizar a las comunidades educativas y culturales y a los agentes económicos y sociales europeos para acelerar la evolución de los sistemas de educación y de formación así como la transición de Europa hacia la sociedad de conocimiento

Partiendo de un déficit de equipos y programas informáticos, de productos y servicios multimedia educativos, de una penuria de personal cualificado, se pretende realizar a nivel europeo:

  1. Un esfuerzo en material de equipamiento
  2. Un esfuerzo de formación a todos los niveles
  3. El desarrollo de servicios y contenidos multimedia de calidad
  4. El desarrollo e interconexión de centros de adquisición de conocimientos.

Para que tenga éxito esta iniciativa en el campo educativo, es necesario crear una infraestructura humana a la vez que se dotan a las aulas de ordenadores y se conectan a Internet. Entre los factores se han de tener en cuenta, hay que destacar el papel de los contenidos: Internet se puede convertir en una herramienta válida desde el punto de vista educativo, solamente si es una fuente de información de alta calidad, relevante y fiable que pueda ser encontrada y adaptada a las necesidades educativas.

 

2.- El Curso Interactivo de Física en Internet

El Curso Interactivo de Física en Internet es un proyecto que tiene la intención de aprovechar una de las características más sobresalientes de Internet, la interactividad. De este modo, los applets son los elementos centrales de las páginas web acompañados de texto explicativo, fórmulas y figuras.

El Curso Interactivo de Física no trata de sustituir ni a los libros de texto ni al profesor, sino complementar la enseñanza tradicional. El proyecto inicial financiado por la Comisión Interministerial de Ciencia y Tecnología del Ministerio de Educación y Cultura, finalizó en diciembre de 1998. Desde esa fecha, se ha venido ampliando con nuevos contenidos, se ha perfeccionado y se ha mejorado su apariencia estética, facilidades de navegación, etc.

El Curso Interactivo de Física trata casi todos los temas que aparecen en un libro de Física General, dedicándose una especial atención a aquellos que resultan más difíciles de comprender a los estudiantes:

Cada capítulo consta de un número variable de páginas web, con applets insertados al final de las mismas. Se han desarrollado hasta la fecha 473 applets.

Los applets son un excelente instrumento educativo para ilustrar algunos aspectos que no son obvios, pero que son fundamentales para entender las diferentes representaciones matemáticas y conceptuales de los fenómenos estudiados.

Aunque cada uno de los programas interactivos tiene unos objetivos concretos y un diseño totalmente diferente, se pueden clasificar en las siguientes categorías:

1.      Los que enseñan conceptos físicos de forma interactiva, especialmente aquellos que presentan mayor dificultad a los estudiantes.

2.      Simulaciones de experiencias de laboratorio, que a su vez se pueden dividir entre aquellas que se pueden llevar a cabo en el laboratorio escolar, pero no tienen la intención de sustituir a las experiencias reales, sino de servir de preparación a las mismas; aquellas que por ser costosas, peligrosas o difíciles de montar son inaccesibles al laboratorio escolar y finalmente, las simulaciones de experiencias relevantes desde el punto de vista histórico.

3.      La resolución de problemas es una parte esencial de la enseñanza de la Física a nivel introductorio. En los libros de texto, los enunciados proporcionan toda la información necesaria para resolver el problema. Sin embargo, en algunos applets del Curso Interactivo en vez del enunciado se muestra una animación, en la que el estudiante puede cambiar algunos parámetros. Con estos applets pretendemos ayudar a los estudiantes a desarrollar mejores estrategias en la resolución de problemas y a la vez, les sirva de estímulo para resolverlos

Actualmente el Curso Interactivo de Física está en proceso de traducción. En la www.fisica-basica.net o bien, en www.meet-physics.net encontramos una versión en catalán de aproximadamente la mitad de los contenidos del Curso (Electromagnetismo, Unidades y Medidas, Cinemática y Dinámica). Asimismo,  se han publicado las primeras páginas de la versión en Euskera, en www.sc.ehu.es/sbweb/físika/

Se ha realizado dos intentos de traducción al inglés por parte de profesores de universidades americanas, que no han tenido éxito, debido a que es un proyecto muy amplio que requiere una financiación elevada.

 

3.-Creación de contenidos interactivos

El proceso de creación de los contenidos interactivos comienza con la búsqueda de situaciones que ilustren leyes físicas y principios fundamentales, particularmente aquellas que puedan enunciarse de forma concisa y que puedan visualizarse fácilmente. Sería estupendo que además, pudiesen estimular la discusión entre estudiantes y motivarles al estudio de la Física.

Las principales fuentes de inspiración, además de la experiencia docente del propio autor, han sido los artículos procedentes de las revistas científicas [4] y [5]. De este modo, los resultados de las investigaciones de los autores de dichos artículos o las propuestas fundamentadas de nuevas formas de enfocar un determinado tema, quedan reflejadas en las páginas del Curso Interactivo.

Los contenidos se estructuran de modo que los conceptos básicos forman las columnas vertebrales ramificadas y entrelazadas en las que un mismo concepto se estudia en múltiples contextos, o diferentes conceptos se emplean para analizar una situación física particular.

Para un autor de contenidos, las ventajas de publicar en Internet son significativamente mayores que a través de los medios tradicionales:

  1. La audiencia potencial es muchísimo mayor
  2. La posibilidad de publicar los materiales de enseñanza a medida que se van elaborando
  3. La posibilidad de modificarlos una vez publicados, y tantas veces como se precise.
  4. Las opiniones y comentarios recibidos a través del correo electrónico, permiten mejorar el producto, que puede considerarse en constante perfeccionamiento y por tanto, nunca acabado.

Las etapas en el proceso de creación de las páginas web del Curso Interactivo de Física son las siguientes:

  1. Selección de contenidos

  2. Elaboración del texto y las figuras

  3. Programas interactivos

  4. Composición

  5. Navegación

3.1.- Selección de contenidos

Una parte de las páginas web del Curso Interactivo de Física están basadas en la experiencia del propio autor, como profesor de Física de primer curso Universitario y como creador de programas interactivos [5] para la enseñanza de la Física desde el año 1984.

Otra parte importante, tiene su inspiración en artículos publicados en las revistas científicas: American Journal of Physics, European Journal of Physics, Physics Teacher, Physics Education, Revista Española de Física, etc.

Se ha realizado una búsqueda intensiva en la Biblioteca Central de la Universidad del País Vasco de artículos que ilustren principios y leyes físicas, recientes y también publicados hace muchos años. Se han vuelto a reelaborar y publicar en Internet como páginas web interactivas.

Algunos ejemplos son los siguientes:

Davis A. Error in the vibrating chain problem. Am. J. Phys. 20 (2) February 1952, pp. 112-114
www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/variable/variable.htm

Kalotas T. M. Lee A.R.. A simple device to illustrate angular momentum conservation and instability. Am. J. Phys. 58 (1) January 1990, pp. 80-81
www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/solido/conservacion/patinador/patinador.htm

Mungan C. The satellite derotator. The Physics Teacher, vol. 40, September 2002, pp. 368- 372
www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/solido/conservacion/analogia/analogia.htm

Tea P., Falk H. Pumping on a swing. Am. J. Phys. 36 (1968) 1165-1166
www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/solido/din_rotacion/columpio/columpio.htm

Chen Minghua. An electrical model of a Carnot cycle. The Physics Teacher. April 1989, pp. 272-273.
www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_electrico/carnot/carnot.htm

Bahder T, Sak J. Elementary solution to Feynman’s disk paradox. Am. J. Phys. 53 (3) May 1993, pp. 495-497
www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/induccion/mAngular/mAngular.htm

Beléndez T., Neipp C., Beléndez A., Pandeo de una barra delgada empotrada en un extremo: Análisis lineal de un problema no lineal. Revista Española de Física 18 (3) Julio-Septiembre  2004, págs. 41-46
www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/solido/din_rotacion/viga1/viga1.htm

En un futuro próximo, sería deseable que los investigadores publicasen artículos que permitiesen a los lectores ejecutar programas interactivos para presentar sus resultados de un modo que no es posible en los medios estáticos como el papel. Podrían mejorar la sección “introducción” mediante enlaces a otras publicaciones on-line. Podrían actualizar la publicación después de algún tiempo con nuevos descubrimientos o a partir de la las respuesta de sus lectores.

Los autores españoles de artículos que han sido convertidos en páginas web interactivas han acogido esta iniciativa de forma positiva y también, muchos lectores del Curso Interactivo de Física que cuentan con un material de estudio de difícil acceso, por razones de idioma (la mayoría en inglés) o por que el formalismo de las publicaciones los hace difíciles de leer.

3.2.- Elaboración del texto y las figuras

Las páginas se crean con el editor Word de Microsoft y se guardan en su respectivo subdirectorio con extensión HTML. Las fórmulas matemáticas se hacen con el Editor de Ecuaciones y se insertan en el documento. En el proceso de conversión, las fórmulas se guardan en ficheros GIF cuyo nombre es asignado automáticamente.

La conversión de una fórmula matemática creada con el Editor de Ecuaciones de Microsoft Word, en una imagen GIF tiene muchos inconvenientes, uno de los más importantes es la falta de reversibilidad. La imagen ya no se puede cambiar ni volver a trasformar en fórmula para poderla modificar.

Actualmente, se están realizando pruebas con el programa MathType para convertir las fórmulas matemáticas en código MathML, e incorporar este código a las páginas web, sustituyendo a las imágenes GIF.

Las figuras se elaboran con el programa Paint que viene con Windows 98/XP. Se selecciona el dibujo y se guarda en un fichero con extensión BMP. Se convierte dicho fichero a formato GIF mediante el programa Photo Editor, Paint Saint Shop Pro o programa similar.

3.3.-Los applets

Una de las características más sobresalientes de Internet es la interactividad proporcionada por los applets insertados en las páginas web. En el Curso Interactivo de Física, los applets son los elementos centrales aunque no los únicos de las páginas web.

La creación de programas interactivos no es una tarea sencilla. En primer lugar, es necesario tener amplios conocimientos del lenguaje de programación Java  y requiere los siguientes pasos:

1.      Formulación de objetivos educativos, qué se pretende enseñar de forma interactiva.

2.      Resolución del problema físico, algunas veces el problema físico no tiene solución analítica por lo que es necesario emplear procedimientos numéricos , para obtener la raíz de una ecuación trascendente, resolver una ecuación diferencial o un sistema de ecuaciones diferenciales, obtener el valor de una integral definida, o aplicar los denominados métodos de Montecarlo.

3.      En la mayor parte de los casos, es necesario definir escalas para evitar que el ordenador trabaje con números excesivamente grandes o pequeños.

4.      Se debe establecer un compromiso entre el estudio en profundidad de un determinado fenómeno, cambiando los valores de los parámetros que lo determinan y el de reducir al mínimo posible la complejidad de la interfaz de usuario. Así, se debe decidir que parámetros se mantienen constantes y cuales se permiten variar al usuario dentro de ciertos límites. Además, se tendrá que decidir la manera de introducir los datos: mediante campos de texto, barras de desplazamiento, el uso del ratón, etc.

5.      La mayor parte de los fenómenos son dependientes del tiempo, por lo que se hace uso de las técnicas de animación para mostrar la evolución del sistema físico. Uno de los objetivos didácticos del Curso Interactivo de Física es el de ayudar al estudiante en la interpretación de las gráficas mediante la asociación entre el fenómeno físico simulado y representación gráfica de los parámetros relevantes que describen dicho fenómeno.

6.      Se ha de verificar el comportamiento del programa, comprobando que los resultados que proporciona para todos los casos son correctos, y que no se interrumpe su ejecución debido a errores internos.

7.      Es necesario observar como los estudiantes perciben los distintos elementos que se disponen en el reducido espacio rectangular que ocupa un applet en la ventana del navegador. La percepción de los usuarios no siempre coincide con la del diseñador del applet. Se ha de tener en cuenta además, que el applet no ocupa toda la pantalla, sino que es un elemento más de la página web, que junto con el texto, las figuras y los enlaces conforman un módulo de enseñanza.

8.      Finalmente, se deberá rediseñar los applets en función de los resultados del proceso de depuración de errores y de la observación del comportamiento de los usuarios cuando trabajan con los programas interactivos

Los applets se han creado con el Entorno Integrado de Desarrollo (IDE) JBuilder 2.0 de Borland Inc. Cada uno de los applets está formado por varios ficheros .CLASS. El IDE proporciona una herramienta para empaquetar y comprimir los ficheros componentes en un único fichero .JAR. Este proceso se denomina deployment.

3.4.- Composición

Una vez que disponemos de todos los elementos que forman parte de las páginas web en sus respectivas carpetas, se pone en marcha el programa de composición de páginas web. Las tareas a realizar son:

  • Establecer el color de fondo de la página
  • Dar formato al texto con diferentes tamaños, estilos y alineación del texto.
  • Insertar las figuras en la posición adecuada y otros elementos como los applets.
  • Definir los enlaces origen y destino

Si bien, las pantallas actuales tienen una resolución gráfica que facilita la lectura de documentos, la percepción de la información es diferente en una pantalla que en una hoja de papel impresa de un libro o de un artículo,

  • La lectura del texto en la pantalla del ordenador produce mayor cansancio en el lector que la equivalente en un papel impreso.
  • La densidad de información que percibimos en un área de la ventana, es superior a la equivalente en un libro.
  • Las figuras atraen rápidamente la atención del usuario.

Los usuarios prefieren buscar información relevante que leer, quieren un texto dividido en párrafos cortos y concisos. Se ha de encontrar un equilibrio entre dar una información útil y hacer que se pueda leer fácil y rápidamente. Se ha de resumir la información y llamar la atención sobre porciones de texto importantes. Se usará el hipertexto para dividir la información en múltiples páginas. La división de la información no se debe basar en la longitud sino en el criterio de que cada página está enfocada a explicar un determinado aspecto [6].

Se ha de ser consistentes a lo largo de las páginas web, tanto en el tipo de letra, como en el color del fondo, en el empleo prudente de las figuras, la funcionalidad de los enlaces, el diseño de los applets y la disposición de los distintos elementos en la página.

3.5.- La navegación

La estructura jerárquica de los contenidos es esencial para que el lector sepa cual es su posición con referencia al capítulo o la sección. Con un solo clic se puede trasladar al principio del capítulo, a la página principal, o a cualquier página de la sección. Para ello se disponen de enlaces fácilmente reconocibles en la parte superior de la página, y en el borde izquierdo de la misma.

Para disponer los distintos elementos que componen una página web, para definir los marcadores (destinos) y enlaces (orígenes), se ha utilizado el programa FrontPage de Microsoft.

 

4.-Modos de usar el Curso Interactivo de Física

Se usará Internet, cuando la exposición de un tema o la realización de ciertas actividades pueda resultar más interesante o instructiva que de la forma habitual que se hace en clase. Algunos ejemplos son los siguientes:

4.1.-Explicar conceptos “difíciles”

Cuando se explica un concepto difícil de entender, los gráficos y las animaciones pueden ser muy útiles para mostrar fenómenos que evolucionan en el tiempo o entidades que no se pueden observar directamente como los electrones o las moléculas de un gas.

El estudio del movimiento ondulatorio no es fácil para el estudiante, ya que su aspecto cambia con el tiempo. Para explicar este tema, es importante no sólo la representación espacial de la onda en un instante, sino también como va evolucionando temporalmente. Las series de fotografías publicadas en el libro Física PSSC [7], han puesto de manifiesto la importancia didáctica de estas representaciones.

La figura 1 es una imagen tomada de un applet en el que se representa de forma animada el movimiento de las partículas del medio y la descripción matemática de la propagación del movimiento ondulatorio

Figura 1. Descripción del movimiento ondulatorio armónico

La figura 2 es una imagen de un applet que calcula los niveles de energía de hasta nueve pozos de potencial de anchura y separación dada y las bandas de energía del modelo de sólido lineal de Kronig-Penney. El objetivo es el de mostrar la formación de bandas de energía por la adición sucesiva de átomos a la cadena lineal.

Figura 2. Niveles de energía de un átomo, molécula y bandas de energía de un sólido lineal

 

4.2.-Resolver problemas interactivos

En los libros de texto, los enunciados proporcionan toda la información necesaria para resolver un problema. Sin embargo, los estudiantes suelen tener dificultades para su correcta interpretación. Se habrá observado también, que algunos dirigen sus esfuerzos a encontrar la fórmula que contiene los datos que se proporcionan en el enunciado del problema.

Se puede ayudar a los estudiantes a desarrollar mejores estrategias en la resolución de problemas [8] mediante programas interactivos o applets. Observando el comportamiento del sistema físico, se facilita el proceso de análisis, es decir, la descomposición del problema en partes y la aplicación a cada una de ellas, de las ecuaciones que describen el fenómeno físico correspondiente.

La figura 3 muestra el problema del bucle se lanza una partícula mediante un dispositivo consistente en un muelle elástico comprimido, se desplaza a lo largo de un plano horizontal, describe una trayectoria circular y finalmente, se mueve a lo largo de un plano inclinado.

El enunciado del problema es visual y abierto, de modo que el estudiante puede modificar los datos que el programa proporciona por defecto, pudiendo ensayar otras posibilidades, que le permitirán darse cuenta que la partícula tiene que tener una velocidad mínima en la parte superior de la trayectoria circular para completar el bucle. Se muestra también, mediante un diagrama, cómo la energía inicial de la partícula va disminuyendo debido a la fricción, y cómo se va transformando en otros tipos de energía.

Figura 3. El bucle, un problema interactivo

4.3.-Realizar “experiencias” en un laboratorio virtual. 

Una práctica habitual del laboratorio es la medida del coeficiente estático de rozamiento, incrementando la fuerza que se ejerce sobre un bloque que descansa sobre un plano horizontal hasta que empieza a moverse.

La figura 4 es una imagen de un applet que simula una experiencia en el que la fuerza aplicada forma un cierto ángulo con la horizontal Se dispone de pesas de 100 g, 25 g, y 5 g que se deben colocar, arrastrándolas con el puntero del ratón, sobre un platillo hasta encontrar la combinación que hace que el bloque empiece a deslizar. Se dibujan las fuerzas sobre el bloque para que el estudiante compruebe visualmente que la fuerza normal no es igual al peso, sino que cambia con el valor y la orientación de la fuerza aplicada.

Del mismo modo que en la experiencia real, se le pide al estudiante que realice un conjunto de actividades:

  • Resolver el problema, planteando las ecuaciones de equilibrio.

  • Medir la fuerza aplicada para varios ángulos

  • Trazar la gráfica de la fuerza en función del ángulo, señalando el ángulo para el cual la fuerza aplicada es mínima.

En general, no se recomienda la sustitución de las experiencias reales en el laboratorio por las virtuales en el ordenador [9]. Sin embargo, las experiencias simuladas se pueden emplear como ejercicios previos de preparación para la realización de la experiencia real, ya que la simulación no se ve afectada por la complejidad del dispositivo experimental ni por los instrumentos de medida.

Figura 4. El mejor ángulo para poner en movimiento un bloque que descansa sobre un plano horizontal

El ordenador puede ser aún más útil cuando las experiencias de laboratorio son inaccesibles por ser costosas, peligrosas o difíciles de montar.

La figura 5 es una imagen de un applet que simula el experimento de la medida de la constante h de Planck mediante el efecto fotoeléctrico. La simulación tiene la ventaja de que podemos ver el proceso físico: un fotón incidiendo en la placa metálica y el movimiento del electrón emitido. En la figura inferior, se muestra el tratamiento de los datos de la “experiencia”, la pendiente de la recta es el cociente h/e y la ordenada en el origen, la energía de extracción.

La simulación puede limitarse a reflejar los aspectos esenciales o bien, puede ser similar a la experiencia real, tanto en sus elementos constitutivos como en los instrumentos de medida empleados, pero lo más importante es que el procedimiento sea paralelo al real [10].

Figura 5. El efecto fotoeléctrico, simulación y resultados “experimentales”

 

4.4.-Promover el estudio independiente

En las clases tradicional se imparte a los estudiantes la misma materia y al mismo ritmo. El alumno gracias a la continua disposición de los materiales presentes en Internet podrá estudiar en aquellos contextos y horarios que se ajusten más a sus necesidades, el aprendizaje ya no se va a limitar a un lugar, un tiempo y una infraestructura.

El alumno aventajado tiene muchas oportunidades de profundizar en los temas que figuran en el programa de la asignatura o de aprender otros adicionales.

En el Curso Interactivo de Física tenemos los tiros a canasta [11] como aplicación del tiro parabólico, el estudio del movimiento de un cohete, la introducción a las ideas básicas de los sistemas no lineales, incluyendo el comportamiento caótico, a través de ejemplos sencillos de movimiento oscilatorio [12], etc.

 

5.-Ejemplos de utilización del Curso Interactivo de Física

Primero:

El profesor dispone de un cañón retropoyector conectado a un ordenador en el aula o en una sala de ordenadores. Los applets  proyectados en una gran pantalla constituyen un punto de partida excelente para comenzar la discusión. ¿Qué sucede si se cambia este o el otro parámetro?.

Por ejemplo, un profesor está explicando el capítulo Oscilaciones. Comienza con el caso más sencillo, el Movimiento Armónico Simple. Cambia sucesivamente la amplitud, la frecuencia angular o la fase inicial, observa la animación y la representación gráfica x-t.

Sin embargo, cuando un cuerpo se pone a oscilar, aparecen fuerzas de rozamiento que disminuyen la amplitud de las oscilaciones a medida que transcurre el tiempo

Cuando el oscilador se conecta a una fuerza oscilante, tenemos un oscilador forzado

El profesor, en vez de dibujar figuras estáticas en la pizarra, puede correr los applets que conectan el comportamiento de los distintos tipos de osciladores (libre, amortiguado y forzado) a su descripción matemática.

Segundo:

Un estudiante está resolviendo en casa o en la sala de estudio, un problema  acerca de la caída de los cuerpos con este enunciado u otro similar:

Se lanza un objeto hacia arriba con una velocidad inicial de 40 m/s, desde el techo de un edificio de 100 m de altura. Calcúlese la máxima altura que alcanza sobre el suelo y la velocidad con que retorna al mismo.

Conecta el ordenador, carga el Curso Interactivo de Física en el navegador, va al capítulo Cinemática, sección Movimiento rectilíneo, página Caída de los cuerpos

Introduce en los controles de edición, del applet que está al final de la página, los valores iniciales de la velocidad y de la altura del cuerpo, pulsa el botón titulado Empieza y observa el movimiento. Puede parar la animación pulsando el botón titulado Pausa, o acercarse al instante que alcanza la máxima altura pulsando repetidamente el botón titulado Paso, o al instante que impacta sobre el suelo. A continuación, resuelve el problema planteando las ecuaciones del movimiento, introduciendo los datos en las ecuaciones y despejando las incógnitas. Finalmente, verifica que sus resultados coinciden con las proporcionadas por el programa interactivo.

La ventaja que proporcionan los applets es que el estudiante, ve el movimiento de la partícula antes de comenzar a resolver el problema, y puede analizarlo a partir de la observación de las distintas etapas del movimiento del cuerpo.

Tercero:

El estudiante tiene que realizar una experiencia en el laboratorio acerca del movimiento rectilíneo uniforme.

Habitualmente, el profesor explica primero los fundamentos físicos y el procedimiento experimental. Evitamos en parte esta etapa, trabajando previamente con un applet que simula  la práctica de laboratorio.

La página web proporciona todas las explicaciones, ecuaciones del movimiento y el procedimiento experimental.

El experimento virtual es bastante similar al real, pero sin las dificultades inherentes a la complejidad del dispositivo experimental o a los instrumentos de medida: un carril de aire, un cuerpo que desliza sin rozamiento, dos flechas equivalentes a barreras de luz conectadas a cronómetros, y al final de la cuerda cuelga un platillo con pesas que tira del cuerpo.

Se aplica el procedimiento de la regresión lineal a los datos que se han tomado, se representan gráficamente los datos y la línea recta que mejor ajusta. La pendiente de dicha recta es la medida de la velocidad.

El estudiante, cambia a la experiencia real, toma los datos y realiza los cálculos con ayuda de su calculadora, y las gráficas x-t a mano con lápiz y papel.

Cuarto:

El Curso Interactivo de Física, ofrece la oportunidad a los estudiantes con un interés especial de explorar los distintos temas con mayor profundidad que se hace en clase.

Permite a los estudiantes avanzados aprender de forma independiente y a su propio ritmo

Por ejemplo, la física del juego del baloncesto es un problema cercano a la vida diaria de muchos estudiantes que han practicado alguna vez este deporte.

Pueden entender la situación física con la sola ayuda de las ecuaciones del tiro parabólico y luego, pueden investigar que tiros tiene la mayor probabilidad de enceste en las distintas situaciones y todas las posibles combinaciones:

  • Tiros a canasta cercanos o alejados del tablero

  • Un jugador que sea alto o bajo de estatura.

 

6.-Implicación del profesorado

La implicación del profesorado es esencial para que tenga éxito cualquier cambio en el proceso educativo.

Los profesores, han mostrado, en general, un gran interés en la aplicación de las Nuevas Tecnologías de la Información en el aula. Para un profesor no programador es difícil crear un programa interactivo o applet, pero no le resulta difícil crear una página web en la que ha insertado un applet de libre distribución descargado de Internet.

La personalización de contenidos [13] es uno de los aspectos que más éxito han tenido dentro de los cursos que ha impartido el autor de esta memoria. De este modo, el profesor individual (o en grupo) se implica plenamente en el proceso educativo, creando o seleccionando los contenidos que considera más apropiados, dependiendo de sus criterios educativos y del tipo de alumnos a los que van destinados.

En estos cursos, se enseña a los profesores a personalizar los contenidos teniendo en cuenta:

  1. ¿A quienes va dirigido?
  2. Entender la materia que se va a enseñar
  3. Seleccionar los recursos
  4. Aprender a usar las herramientas para hacer estos recursos documentos digitales
  5. Aprender a usar estos recursos en el ámbito educativo.

Una vez que se ha introducido brevemente, los distintos puntos, se les enseña el cuarto punto, a crear una página web interactiva tomando prestado un applet de libre distribución.

Las herramientas utilizadas son:

  • Microsoft Word, con el Editor de Ecuaciones instalado

  • El programa para componer páginas web, FrontPage de Microsoft

  • El programa de dibujo Paint en Inicio/Programas/Accesorios.

Para crear una página web deberán:

  • Conocer cómo percibe el usuario la información en  un documento HTML y su diferencia con un documento impreso.
  • Estructurar jerárquicamente la información, y establecer relaciones ente las diversas páginas mediante enlaces transversales.
  • Proporcionar toda la información y actividades que se precisen para enseñar un determinado tema.

Nuestra experiencia nos enseña que los profesores desean adaptar los contenidos educativos a su forma personal de enseñar y a las características de sus alumnos.

Por otra parte, Internet supone un cambio importante en la forma en la que los materiales destinados a la enseñanza se pueden diseñar, desarrollar y suministrar a las personas interesadas.

El diseñador puede crear componentes (pequeños en comparación con un curso completo) que los profesores pueden reutilizar en distintos contextos. Uno de los componentes preferidos es el applet, por su grado de interactividad, otros pueden ser fotografías, dibujos, animaciones simples, pequeñas secuencias de video, o incluso componentes complejos como páginas web completas.

La composición es la yuxtaposición espacial y temporal de componentes. Ahora bien, cualquier composición puede no ser válida desde el punto de vista educativo y llevar al fracaso. Por lo que es necesario tener muy claros los objetivos educativos que se pretenden y los medios para alcanzarlos. 

 

7.-Interacción con los usuarios

La publicación de contenidos educativos en Internet tiene la ventaja de que el proceso de enseñanza aprendizaje se extiende más allá del entorno de la clase.

El correo electrónico es el medio básico de interacción a distancia entre el estudiante y el profesor. Entre todas aquellas que se reciben diariamente dando preguntando algunas cuestiones o dando algunas opiniones sobre el Curso Interactivo de Física, se ha seleccionado  el siguiente procedente de una estudiante argentina.

From: "maria alejandra balmaceda"

To: <wupfrgaa@sc.ehu.es>

Subject: problema

Date: Sat, 11 Dec 1999 02:37:53 -0300

por favor

si me pueden decir como se resuelve este problema:

un cuerpo de masa m=3D 1kg comprime un resorte de constante elastica =

k=3D10000N/m

=BFcual debe ser la minima compresion del resorte para que al ser =

liberado dispare al cuerpo sobre el rizo de radio R=3D1m y describa una circunferencia completa. Despresiar la resistencia al deslizamiento y suponer que las dimensiones del cuerpo son despresiables frente al radio R del rizo.

se los agradecere muchisimo

Maria Alejandra Balmaceda=20

En su respuesta el profesor proporciona la dirección de la página del Curso Interactivo de Física que contiene el applet que describe el enunciado de este tipo de problema

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/trabajo/bucle/bucle.htm

 La respuesta final de la estudiante

From: "maria alejandra balmaceda"

To: "Angel Franco Garcia" <wupfrgaa@sc.ehu.es>

Subject: RE: problema

Date: Mon, 13 Dec 1999 17:31:59 -0300

Querido Franco

gracias por tu ayuda me fue de mucha utilidad gracias!!!!!!

Maria Alejandra Balmaceda

 

 

 

 

 

 

 

 

8.-Futuros desarrollos

  1. Incrementar los contenidos del Curso Interactivo de Física a partir de los artículos de las revistas mencionadas el apartado 3.1 que se publican con periodicidad mensual o trimestral.
  2. Modificar el diseño de la web por otro más moderno y visualmente más atractivo, incluyendo animaciones tipo Flash
  1. Utilizar código MathML para describir las fórmulas matemáticas insertadas en las páginas web.
  1. Reescribir el código de los applets para cambiarlos desde la versión Java 1.1 a la versión Java 4.x, mejorando el interfaz de usuario, las capacidades gráficas y de animación.
  1. Elaboración de una Guía de Actividades (cuestiones, problemas, etc.) basada en el Curso Interactivo de Física, para estudiantes universitarios y del último curso de Bachillerato.
  1. Introducir progresivamente sistemas de autoevaluación.

 

9.-Referencias

[1] Bork A. Personal Computers for Education. Harper & Row Publishers (1985)

[2] Wilson, Redish. Using computers in teaching physics. Physics Today. January 1989, 34-41.

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[4] Franco A. La enseñanza de la Física en Internet. Haciendo Interactivos artículos publicados en las revistas científicas. CINTEC 2001, International Conference on New Technologies in Science Education, Aveiro (Portugal) 4-6 de julio de 2001.

[5] Franco A. Producing interactive web pages based on articles from Physics Journals. IADAT International Conference on Education, Bilbao, July 7-9, 2004 

[6]  Usabilidad. Diseño de sitios web. Jakob Nielsen. Prentice Hall
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[7] Physical Study Science Committee, PSSC. Física (1968), Editorial Reverté,  volumen I, capítulo 6.

[8] Franco A. The Interactive Physics Course on the Internet. Problems and Solutions. Computers and Education in the 21st Century. Kluwer Acadenic Publishers. (2000) Editado por Manuel Ortega y José Bravo. 175-184.

[9] Franco A. La Simulación de Fenómenos Físicos y Experiencias de Laboratorio en Internet. I Congreso Nacional de Informática Educativa. Puertollano, Noviembre de 1999.

[10] González M, Arranz G, Portales R., Tamayo M, González A. Development of a virtual laboratory on the internet as support for physics laboratory training. Eur. J. Phys. 23 (2002), 61-67.

[11] Savirón, José Mª. Problemas de Física General en un año olímpico. Editorial Reverté (1984), 113-155.

[12] Sendiña I., Sanjuan M. Sistemas lineales y no lineales: del oscilador armónico al oscilador caótico. Revista Española de Física, V-16, nº 3, 2002, 30-35.

[13] Franco A. Internet, la enseñanza de la Física y la formación del profesorado. I Congreso Internacional de Educación Digital. Bilbao, 11-12 de diciembre de 2000.