Modos de usar el Curso Interactivo
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:
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, 1968), 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 part ículas 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 energ ía 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.
Supongamos que el profesor dispone de un cañón retroproyector 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.
En particular, mostrará que la amplitud y la fase inicial del MAS dependen de las condiciones iniciales: posición y velocidad inicial.
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
Mostrará que el estado estacionario es independiente de las condiciones iniciales y que el estado transitorio dura un determinado tiempo, teóricamente infinito pero que en la práctica viene determinado por el factor de amortiguamiento. Asimismo, mostrará la complejidad del estado transitorio con distintas condiciones iniciales y para distintas frecuencias de la fuerza oscilante.
El profesor, en vez de dibujar figuras est áticas 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.
2. Resolver problemas interactivos
La resolución de problemas es una parte esencial de la enseñanza de la Física a nivel introductorio. Observamos que en general, los estudiantes tienen grandes dificultades en la resolución de problemas de Física. Muchos lo intentan pero no son capaces de obtener la solución a partir del enunciado. Muchos factores contribuyen a este fracaso: lingüísticos o de comprensión verbal, falta de entrenamiento suficiente en cursos previos, etc.
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 (Franco, 2000) 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.
Supongamos que 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 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.
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.
Figura 4.- El mejor ángulo para poner en movimiento un bloque que descansa sobre un plano horizontal
En general, no se recomienda la sustitución de las experiencias reales en el laboratorio por las virtuales en el ordenador (Franco, 1999). 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. El ordenador puede ser aún más útil cuando las experiencias de laboratorio son inaccesibles por ser costosas, peligrosas o difíciles de montar.
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 (González, 2002).
4. Temas complementarios
El Curso Interactivo de Física, ofrece la oportunidad a los estudiantes con un interés especial en explorar distintos temas con mayor profundidad que se hace en clase. Permite a los estudiantes avanzados aprender de forma independiente y a su propio ritmo. Contiene numerosas páginas que no se imparten en un Curso introductorio de Física por falta de tiempo o por que su nivel es excesivamente elevado.
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.
Pueden aplicar las ecuaciones del tiro parabólico a otras situaciones interesantes no tratadas en los libros de texto.
En el capítulo Oscilaciones, se analiza el comportamiento de osciladores no lineales, acoplados y otros, que dan lugar a un comportamiento caótico.