Guía docente

La Física es muy rica en matices didácticos, la "difícil" labor del profesor es, una vez conocida la amplia gama de posibilidades que se le ofrece, buscar los tiempos y las formas de aplicación de cada una de ellas teniendo presente los objetivos que se pretenden para el nivel de la asignatura y el tipo de alumnos.

Los métodos didácticos están en función de los objetivos y dependen de diversos factores que cambian como son los planes de estudio, el número de alumnos por aula, el número de horas (teóricas, prácticas de problemas y de laboratorio), la disponibilidad de materiales adecuados, etc.

En el marco docente actual, los métodos de los que se dispone son: las clases teóricas, las clases de problemas, las clases en el laboratorio, las evaluaciones, las tutorías y algunas sesiones en donde se pueden emplear el vídeo o el ordenador como instrumento didáctico.

Es conveniente que cada tema, desde la introducción de conceptos, pasando por la resolución de problemas, o el trabajo experimental en el laboratorio, se convierta en un conjunto de actividades debidamente organizadas, a realizar por lo alumnos bajo la dirección del profesor.

Las actividades deben de permitir a los estudiantes exponer sus ideas previas, elaborar y afianzar conocimientos, explorar alternativas, familiarizarse con la metodología científica, etc., superando la mera asimilación de conocimientos ya elaborados. El propósito de las actividades es evitar la tendencia espontánea a centrar el trabajo en el discurso ordenado del profesor y en la asimilación de éste por los alumnos. Lo esencial es primar la actividad de los estudiantes, sin la cual no se produce un aprendizaje significativo.

El éxito de las clases depende en gran parte de la participación que se logre del alumnado. Sin embargo, el estudiante está sometido en el primer curso a una presión intensa, de modo que su objetivo final no es de aprender sino el de aprobar. Pero, para que los contenidos sean transmitidos con eficacia, se necesitan de un ambiente y situaciones educativas propicias, así como ser dirigidas a unos estudiantes emocionalmente serenos y que están convenientemente motivados.

La separación de teoría, problemas y prácticas es didácticamente poco aconsejable y bajo ningún punto de vista viene impuesta por la estructura de la Física, que es un cuerpo de conocimiento compacto en el que se conjugan aspectos teóricos y prácticos.

Lo ideal será la unificación de los tres tipos de clases en una sola. Sin embargo, aspectos organizativos separan habitualmente la teoría y problemas de las prácticas de laboratorio. Esta separación es normalmente discriminatoria para las prácticas, ya que su peso relativo disminuye frente a la teoría y los problemas. Éstos se convierten, de este modo, en el factor determinante a la hora de evaluar el rendimiento de los alumnos.

Teoría

Un programa de Física es una colección de temas, los temas los podemos agrupar en unidades didácticas. Cuando se comienza a explicar un tema es conveniente situarlo, en la unidad didáctica relacionándolo con los temas anteriores y posteriores de dicha unidad. Una breve introducción histórica bien al principio de la unidad o del tema según se requiera, contribuye a romper la monotonía, a motivar a los estudiantes, a hacerles conocer el origen y las repercusiones de las distintas teorías y descubrimientos.

Cuando la lección es una continuación de lo visto en días anteriores, conviene hacer un resumen para situar lo que se va a explicar a continuación.

En las exposiciones conviene dejar bien claro cuales son los principios de los que se parte y las conclusiones a las que se llega, insistiendo en los aspectos físicos y su interpretación. No se deben minusvalorar los pasos de la deducción, las aproximaciones y simplificaciones si las hubiera, de modo que el estudiante compruebe la estructura lógico-deductiva de la Física, de modo que, a partir de unos principios se obtienen unas consecuencias.

Al finalizar el tema, conviene resumir los aspectos más importantes, insistiendo en los conceptos que aparecen y sus relaciones.

Las definiciones de nuevos conceptos no se deben de dar con un rigor absoluto al primer encuentro. Se empieza con una definición aproximada, luego se va refinando a medida que se profundiza. Un ejemplo lo tenemos en la definición del concepto de velocidad, primero examinamos el concepto de velocidad media para los movimientos rectilíneos, después, la velocidad en un instante y finalmente, su generalización como vector en un movimiento curvilíneo.

Es deseable que los estudiantes revisen o se vuelvan a encontrar con ideas importantes o líneas de razonamiento en otros contextos distintos. Por ejemplo, la idea de composición de movimientos que surge en cinemática, se continuará en el estudio del movimiento general de un sólido rígido, en la composición de oscilaciones y en la superposición de ondas. El principio de conservación de la energía que se enuncia en la dinámica de una partícula, se aplica a un sólido que rueda, a fluidos laminares (ecuación de Bernoulli), y a sistemas de muchas partículas (primer principio de termodinámica), etc. Y así, con muchos otros conceptos físicos.

La teoría dividida en pequeñas porciones debe de ir seguida de cuestiones y problemas, de modo que no existan horas de teoría y horas de problemas separados. Los problemas deben de ir a continuación del concepto explicado, del principio enunciado o de la consecuencia derivada. En una misma clase se deben combinar momentos de teoría con momentos de problemas.

En general, se pondrán ejercicios para que los estudiantes desarrollen habilidades para interpretar las representaciones gráficas, esquemas, fórmulas, etc., y describan en detalle la relación existente entre un concepto y el formalismo que se usa para representarlo.

En las clases de teoría, no nos debemos olvidar, cuando la ocasión lo requiera, de presentar la Física como un cuerpo de conocimientos en constante evolución, tratando de encontrar nuevas leyes, explicar nuevos fenómenos y verificar la validez de las leyes existentes.

Asimismo, se deberá destacar la importancia de Física en el desarrollo tecnológico, y en el pensamiento a lo largo de los cuatro últimos siglos. Se discutirán los beneficios de la ciencia y los inconvenientes del uso irresponsable de los conocimientos científicos, dentro del marco de las interacciones entre la ciencia, la técnica y la sociedad.

Problemas

Si bien, la parte de teoría es habitualmente expositiva, el profesor es el elemento activo mientras los estudiantes toman notas en sus cuadernos. En la parte de problemas, el estudiante es el elemento activo, mientras que el profesor reduce su papel de informador e incrementa su papel tutorial, como guía del alumno para resolver las dudas y las dificultades que le impiden seguir adelante.

Para ayudar al estudiante a asimilar conceptos abstractos, no es suficiente con una exposición oral, es necesario ponerlos a trabajar en el uso de los conceptos en los más variados contextos. El aprendizaje de las ideas abstractas es un proceso lento que requiere tiempo y que se vuelvan a usar periódicamente en otras situaciones.

Los problemas además de su valor instrumental, de contribuir al aprendizaje de los conceptos físicos y sus relaciones, tienen un valor pedagógico intrínseco, ya que obligan a los estudiantes a tomar la iniciativa, a realizar un análisis, a plantear una cierta estrategia: analizar la situación, descomponiendo el sistema en partes, estableciendo la relación entre las mismas; indagar qué principios, leyes o consecuencias se deben aplicar a cada parte, escribir las ecuaciones y despejar las incógnitas. Por otra parte, los problemas deberán contribuir a conocer el funcionamiento, y a explicar situaciones que se dan en la vida diaria y en la naturaleza.

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. Los pasos para resolver un problema se esquematizan en la figura.

Análisis inicial del problema: muchos estudiantes tratan inmediatamente de resolverlo sin percibir la necesidad de analizarlo cuidadosamente. Es necesario convencerlos de que el tiempo invertido en el análisis inicial del problema se recompensa con el ahorro que supone no equivocarse de camino. Tienen que acostumbrarse a leer el problema, a extraer la información relevante, y a visualizar la situación.
Para encontrar la solución deben saber dividir el problema en partes, aplicar el principio adecuado a cada sistema y escribir la ecuación correspondiente. Para ello, el estudiante debe de tener bien organizado el conocimiento. Esta organización no debe consistir en un conjunto de fórmulas que haya aprendido de memoria e intente a ver si le encajan en la solución del problema.
Por último, se debe verificar la solución, es decir, si el resultado tiene sentido.

Los trabajos prácticos en el laboratorio

El laboratorio es el elemento más distintivo de la educación científica, tiene gran relevancia en el proceso de formación, cualquiera que vaya a ser la orientación profesional y el área de especialización del estudiante. En el laboratorio podemos conocer al estudiante en su integridad: sus conocimientos, actitudes y desenvolvimiento. Sin embargo, la realidad es que las prácticas y demostraciones de laboratorio tienen poco peso en el proceso de formación.

El estudiante debe de percibir la práctica como un pequeño trabajo de investigación, por lo que una vez terminada elaborará un informe que entregará al profesor para su evaluación en la que se especifique:

Título de la práctica
Nombres y grupo de los alumnos que la realizan
Objetivos de la práctica
Descripción del dispositivo experimental, acompañado de un dibujo.
Fundamentos físicos.
Tablas de los datos tomados.
Tratamiento de los datos y gráficas, habitualmente en papel milimetrado
Resultados.
Conclusiones.

En muchos casos, nos servirá de modelo una práctica simulada en el ordenador, antes de proceder a la toma de datos en la práctica real. La práctica simulada reduce sustancialmente el tiempo dedicado en la pizarra a explicar los fundamentos físicos y el procedimiento experimental.

Objetivos

Para confeccionar el programa de la asignatura se ha tenido en cuenta dos aspectos importantes que hay que conjugar:

Presentar un panorama lo más completo posible de la Física a nivel fundamental, evitando el enciclopedismo, es decir, evitando abordar capítulos de la Física sin suficiente rigor y profundidad.
Adaptar el programa al contexto, es decir, a las características de los alumnos, a sus intereses y al tiempo limitado de un curso.

El programa deberá estar estructurado no para un alumno teórico que no existe, sino que deberá tratar de no perder desde un principio a los estudiantes de menor nivel, dándoles la oportunidad, a través de su trabajo personal y de su empeño, de superar sus deficiencias iniciales. Aquí, las tutorías, la atención del alumno individual fuera del horario lectivo, juegan un papel importante, tratando de evitar el fracaso que a veces es irremediable.

Objetivos básicos

El objetivo básico que se pretende que consigan los estudiantes al finalizar el curso, es el aprendizaje significativo, es decir, la habilidad de interpretar y usar el conocimiento en situaciones no idénticas a aquellas en las que fue inicialmente adquirido.

Para alcanzar este objetivo es necesario ayudar a los estudiantes a:

Desarrollar y aplicar ideas importantes (principios y leyes) que expliquen un amplio campo de fenómenos en el dominio de la Física a nivel introductorio.
Aprender técnicas y adquirir hábitos o modos de pensar y razonar.

Y en cuanto a las actitudes, se intentará que los estudiantes:

Sean responsables de su propio proceso de aprendizaje.
Tengan una actitud positiva hacia la ciencia y en particular, hacia la Física.

Objetivos de conocimiento y habilidades

Al finalizar el curso, los estudiantes habrán de adquirir los conocimientos y habilidades en la resolución de problemas, para saber como mínimo:

Escribir las ecuaciones de un movimiento de una partícula. Interpretar gráficas.
Describir las interacciones en términos de fuerzas, escribiendo las ecuaciones del equilibrio, de la dinámica de la partícula o del sólido rígido.
Hallar el trabajo de una fuerza en sus diferentes formas.
Identificar las clases de energía que intervienen en una situación física y sus transformaciones, escribiendo la ecuación del balance energético.
Describir el movimiento de una partícula bajo la acción de fuerzas centrales y conservativas.
Aplicar los principios de conservación del momento lineal o angular a diferentes situaciones físicas.
Calcular el centro de masa o el momento de inercia de un cuerpo homogéneo.
Aplicar la ecuación de continuidad y de Bernoulli a un fluido ideal.
Conocer las características de un M. A. S. y hallar el periodo de un oscilador.
Conocer las características de un movimiento ondulatorio armónico y hallar la intensidad de una onda.
Conocer el concepto de campo eléctrico y determinar el campo eléctrico producido por una distribución continua de carga aplicando la ley de Gauss. Calcular la diferencia de potencial entre dos puntos.
Conocer que es un condensador, el papel de un dieléctrico en un condensador y la forma de agruparlos.
Escribir las ecuaciones del movimiento de una partícula cargada bajo la acción de un campo eléctrico, magnético o una combinación de ambos.
Hallar la fuerza que ejerce un campo magnético sobre una corriente y el momento sobre una espira.
Conocer el concepto de campo magnético y determinar el campo magnético producido por una corriente aplicando la ley de Ampère.
Conocer las leyes de Faraday y Lenz. Hallar la f.e.m, y determinar el sentido de la corriente inducida.

Objetivos de las prácticas de laboratorio

Los objetivos que se pretenden son:

Familiarizar a los estudiantes con el proceso de toma y el tratamiento de datos, el manejo de equipos y la redacción de un informe razonado.
Complementar las exposiciones teóricas

Bibliografía

Los libros de texto básico recomendados a los alumnos son:

Física, Vol. 1 y 2. Tipler Paul A., Mosca Gene. Editorial Reverté (2005).
Física, Vol. 1 y 2. Serway. Raymond A. Editorial Thomson (2003).
Física Universitaria con Física Moderna, Vol. 1 y 2. Sears, Zemansky, Young, Freedman. Editorial Pearson Educación (2005).