1 La desfactualización de la enseñanza de la físicaQué hacer y qué no hacer en los cursos básicos para no físicos Presentado en el 1er Coloquio Internacional. Enseñanza-Aprendizaje de las Ciencias, Univ. de Guanajuato, México, Sept A. González Arias y F.A.Horta Rangel, 2013

2 A nuestro entender, los aspectos a resaltar en la enseñanza de la física son los siguientes:El estudiante siempre debe tener claro lo que se espera de él en las evaluaciones y en el curso En su forma analítica, las leyes de la física son válidas en ambos sentidos. La física es una disciplina factual y debe ser impartida como tal. La realidad siempre es más rica que el modelo Uso adecuado de demostraciones o ejercicios de laboratorio (ni defecto ni exceso) Facilitar la visualización de fenómenos no visibles a simple vista (Uso de animaciones o filmes)

3 El estudiante siempre debe tener claro lo que se espera de él (y el profesor tener claro lo que espera del estudiante) a) En el curso En muchos sitios es usual entregar una copia del programa de la asignatura al inicio del curso, además de explicarlo en la primera clase. (Algo que muchas veces no se hace por diversas razones). No se debe impartir un tema a continuación de otro, sin que el estudiante tenga la menor idea de por qué se imparte determinado tema, o la importancia que tiene para su especialidad

4 b) En las evaluaciones Al terminar cada tema o unidad lógica, es importante que el estudiante conozca que tipo de habilidades se le van a exigir. Cuáles expresiones analíticas debe memorizar y cuales no Si debe esperar o no preguntas ‘teóricas’, y de que tipo Conocer el grado de complejidad física y matemática de los problemas que le serán evaluados Si se le evaluará alguna otra habilidad práctica, y cuál.

5 Cuáles expresiones analíticas debe memorizar y cuales noExiste la tendencia a dar igual valor a una ley fundamental de la física que a una expresión analítica particular (por ejemplo, las expresiones del choque elástico). (Tanto por estudiantes como por profesores). Muchas veces el estudiante medio se pierde en un mar de fórmulas, y le resulta difícil distinguir entre lo principal y lo secundario si no se le advierte previamente

6 Esto también se relaciona a las preguntas ‘de detalle’ o ‘de inteligencia’, donde el alumno debe ser capaz de aportar un dato adicional que no está relacionado a la física directamente Sin olvidar que hay profesores que prefieren examinar lo secundario, preguntando detalles muy particulares. Es usual que estos profesores asuman que el estudiante está obligado de entrada a conocer lo principal (que nunca le resaltaron). (Una relación geométrica, por ejemplo, de la que no ha sido advertido)

7 Si el estudiante debe esperar o no preguntas ‘teóricas’, y de que tipoEjemplos: ¿Cuáles son los límites de validez de las Leyes de Newton? ¿O de la ley de Hooke? (O de cualquier otra ley) ¿Cómo se puede hacer variar la energía cinética de una partícula cargada en movimiento usando un campo magnético? Explique.

8 Algunos ejemplos para el autoestudioIR

9 Se puede hacer una clasificación tentativa:El estudiante debe conocer el grado de complejidad física y matemática de los problemas que le serán evaluados ¿Qué significa esto? Se puede hacer una clasificación tentativa: Problemas que se resuelven por simple sustitución y despeje en una sola fórmula Que necesitan despejar dos fórmulas Del mismo tema De temas diferentes Que necesitan de tres o más fórmulas (ídem A,B) Problemas que se resuelven por ecuaciones diferenciales

10 Ejemplo de problema tipo 1 (con ligadura o dato oculto)

11 De manera similar debe estar informado de los aspectos matemáticos que se le exigirán:Despeje de fórmulas, sistemas lineales de ecuaciones, ecuación de segundo grado, geometría analítica, álgebra vectorial, etc. En la experiencia personal en Cuba de uno de los autores (y también en España) muchos fracasos académicos ocurren porque el estudiante no posee la preparación básica necesaria para resolver el aspecto matemático de los problemas.

12 En su forma analítica, las leyes de la física son válidas en ambos sentidosHay que enseñar al alumno a interpretar las leyes en los dos sentidos. Ejemplo: WR = Ec Siempre que hay una fuerza resultante trabajando sobre una partícula, varía su energía cinética. Pero para que varíe la energía cinética de una partícula tiene que haber una fuerza resultante actuando

13 No es muy raro encontrar profesores que analizan las leyes sólo en forma directa, nunca ponen ejemplos inversos, y luego hacen preguntas que obligan al alumno a interpretar las leyes de forma inversa. Eso es contrario al orden usual de razonamiento que se les ha impuesto. (Otro ejemplo de ‘pregunta de inteligencia’). En los cursos de física para no físicos este tipo de preguntas usualmente es muy problemática. (A mi entender, la mayor parte de las veces por falta de entrenamiento del estudiante).

14 Humanidades (no pretenden encontrar leyes) La física es diferente a las matemáticas. Es una disciplina factual y debe ser impartida como tal. Formales (no empíricas) Factuales (empíricas) Matemáticas Lógica Naturales Médicas Sociales Ciencias (Buscan leyes) Humanidades (no pretenden encontrar leyes) Algunas áreas del conocimiento humano* (campos de investigación) * No son las únicas áreas del conocimiento: por ej., teología e ideologías políticas (campos de creencias). (M. Bunge).

15 Hay quienes acostumbran hacer énfasis en las deducciones lógicas propias de las ciencias formales, prestando muy poca o ninguna atención al experimento y a los aspectos factuales de la física. A veces se altera el orden lógico que comienza en las mediciones intuitivas más simples y directas (longitud, masa, tiempo) hacia las más complejas e indirectas. Otras veces las mediciones se obvian por completo. La física tiene que ver con la explicación o interpretación de la realidad, no con el despeje de fórmulas.

16 Las Matemáticas son deductivas y no necesitan de la interacción con la realidad, mientras que las ciencias factuales se dedican a describir las leyes que rigen diversos sucesos o procesos reales; son ciencias empíricas. No se debe confundir el enfoque lógico-formal de las Matemáticas con el factual-empírico de la Física.

17 Ídem para todas las leyesOtro ejemplo: aspectos que deben quedar claros antes de introducir la 2da ley de Newton. ¿Cómo se miden las fuerzas? ¿Cómo se mide la aceleración ¿Qué es la masa? ¿Cómo se mide? Insistir n veces que: Es una aproximación para m = constante Se asume la masa concentrada en un punto Se refiere a la F resultante exclusivamente Ídem para todas las leyes

18 Otro aspecto factual importanteSiempre que sea posible, la presentación al estudiante de cualquier suceso o evento en Física debería cumplir tres pasos esenciales, Descripción del suceso y/o experimentos Explicación (teoría, leyes) Confirmación de la teoría Ejemplo típico: efecto fotoeléctrico

19 Descripción y experimentos Postulado de Einstein ConfirmaciónV A + ánodo + cátodo - tubo al vacío a b i Vab Vo Io io/2 e-  e- fotón  = h Vo  C tan = h/e  - A/e La energía se conserva, etc. h coincide con la constante de Planck

20 Resaltar la diferencia entre la realidad y el modeloEjemplo Se considera la masa concentrada en un punto, suponiendo que las dimensiones del cuerpo son despreciables, con independencia de si rota o no, etc. Hacer llegar al estudiante que en principio la física representa aproximaciones de la realidad (modelos)

21 Pero: tratar de explicar siempre la realidad, aunque sea más adelanteEjemplo Hay cursos básicos donde no se imparten los sistemas de partículas y se omite la demostración de que el CM, a los efectos de la traslación, se comporta como si toda la masa del cuerpo estuviera concentrada en él. Esto, y sólo esto, es lo que justifica el concepto de partícula o punto material que es necesario introducir al inicio del curso de mecánica 2da ley:

22 Uso de demostraciones o ejercicios de laboratorioEl desarrollo informático contemporáneo ha llevado a algunos a pensar que es posible sustituir el experimento y las mediciones con una computadora y programas matemáticos que los representen. Manipular, regular o ajustar en el laboratorio un instrumento o dispositivo, aunque sea muy rudimentario, no tiene nada que ver con apretar una tecla en un ordenador. El uso de las manos y la interacción de los músculos, los sentidos del tacto, el olfato y el oído, la visión tridimensional del objeto y el instrumental utilizado, todo combinado, proporcionan una vía de aprendizaje muy disímil al de la simple visión en una pantalla. El mensaje llega al cerebro de otra forma y las experiencias acumuladas son otras; no hace falta ser psicólogo para llegar a esta conclusión.

23 Sin negar la utilidad de la informática como apoyo adicional, resulta muy claro que apretar teclas u observar dibujos y animaciones nada tiene que ver con la experiencia que se obtiene al manipular objetos reales. No hay diferencia entre ignorar por completo el adiestramiento que brindan las prácticas experimentales como tratar de suplantarlo con medios virtuales. Es por eso que, comenzando por la escuela primaria, el trabajo de laboratorio es primordial en la enseñanza de las ciencias factuales en todos los niveles.

24 Otras recomendacionesAnteponer o hacer énfasis en las mediciones directas antes que las indirectas Directas: con el uso de algún instrumento que la proporciona directamente (masa, fuerza, tiempo, longitud) Indirectas: a partir de una expresión analítica (aceleración, energía, etc.) De lo simple a lo complejo

25 Una imagen vale más de mil palabrasProverbio chino Facilitar la visualización de fenómenos no visibles a simple vista (Uso de imágenes en movimiento) Ejemplos:

26 En un líquido o gas:

27

28 Otro ejemplo

29 Algo más semejante a la realidad (sin los vectores)No abusar. A veces se consume tiempo en cosas de poca importancia, lo que usualmente no se toma en cuenta, y usualmente el tiempo es corto.

30 En resumen: Informar al estudiante lo que se espera de él Las leyes de la física son válidas en ambos sentidos. La física es una disciplina factual, no formal Siempre se trabaja con modelos más o menos cercanos a la realidad. Optimizar el uso del laboratorio (real, no virtual) Uso de animaciones o filmes donde sea necesario

31 (WEB física básica –AGA) INICIOExiste una página WEB disponible en un subdirectorio de este PC con todo lo mostrado (y más) en esta presentación (WEB física básica –AGA) INICIO

32 Gracias por su atenciónY, desde luego, no somos infalibles Cada generación debe transmitir los descubrimientos que logra a partir de su experiencia, pero debe transmitirlos (...) de manera que no descargue sus errores en forma demasiado inflexible sobre la juventud sino que permita la transmisión de la sabiduría acumulada y además la sabiduría que reconoce que lo transmitido podría no ser muy sabio (...). Richard P. Feynman; ¿Qué es ciencia? Physics Teacher, 1969 Gracias por su atención