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Notas de clase Revista Española de Física • 33-3 • Julio-septiembre 2019 33 físicos. Cuando aprieto una botella de plástico llena de agua y una figurita que inicialmente flota desciende hasta el fondo, nuestra discusión se basará en la presión, fuerzas, empuje y las leyes de Newton. Se propicia ese terreno en el que es po- sible interaccionar con el alumnado y preguntar, como decía Arnold B. Arons: ¿Cómo sabemos qué? ¿Qué sucede si?, dis- cerniendo aspectos que a menudo se encuentran intrincados, como sucede con todo lo real. Fig. 4. Chantal Ferrer discute en clase la demostración de la paradoja gra- vitatoria con un grupo de estudiantes de primer curso del Grado en Física de la Universidad de Valencia. Las demos se consideran, de hecho, una herramienta im- portante en el aprendizaje basado en la investigación (in- quiry-based learning) y en palabras de Bo Hammer, directivo de la American Association of Physics Teachers, “sacan la fí- sica del libro de texto y la hacen mucho más real” [6]. Robert Ehrlich, un referente sobre demos, decía que a la mayoría de sus colegas les encanta ver una buena demostración, pero salvo que haya personal dedicado, no las usan en sus clases porque montarlas “es un esfuerzo excesivo. Se necesita una cantidad enorme de trabajo para diseñar, construir, ubicar físicamente, y montar una demostración que funcione de verdad” [7]. En eso estamos… Agradecimientos Este trabajo cuenta con la financiación del proyecto docente UV-SFPIE_DOCE18-951350. Referencias [1] CH. Ferrer-Roca et al. “Physics demos for all UVEG degrees: a unique project in Spain”, Procedia 228, pp. 628-632 (2016). http://www.headconf.org/head16/wp-content/uploads/ pdfs/2875.pdf (último acceso 5/9/2019). [2] http://www.uv.es/experimenta (último acceso 5/9/2019) [3] Julien C. Sprott, Physics Demonstrations: A Sourcebook for Tea- chers of Physics (The University of Wisconsin press, 2006). [4] Tuning Educational Structures in Europe. Informe Final, fase Uno (en J. González y Robert Wagenaar [eds.], Univ. de Deusto, 2003). http://tuningacademy.org/wp-content/uploads/2014/02/ TuningEUI_Final-Report_EN.pdf [5] Miembros actuales del proyecto (profesorado): Javier Cervera, Ana Cros, Chantal Ferrer (coordinadora), Javier Garrido, Pedro González, M.ª Jesús Hernández, Juan C. Jiménez, Jose A. Manza- nares, Asunción Marco, Carmen Martínez, Domingo Martínez, Ra- quel Niclós, Roberto Pedrós, David Santamaría, Fernando Silva, Enric Valor, Jordi Vidal, Juan Zúñiga. Adicionalmente M.ª Ángeles Casas y Marta Company (personal del laboratorio) [6] Calla Cofield, “The Dawn of the Demo: Demonstrations Are Changing Physics Outreach and Education”, APS news 19 (5), 2010. (http://www.aps.org/publications/apsnews/201005/demo.cfm (último acceso 5/9/19) [7] Robert Ehrlich, Turning the World Inside Out and 174 Other Sim- ple Physics Demonstrations (Princeton University Press, 1990). La enseñanza de la Física en secundaria. Frases inspiradoras para su didáctica Luis Ignacio García González* IES La Magdalena. Avilés. Asturias E n este artículo se recurre a frases de científicos re- levantes (y un literato muy ligado a la física) para proponer las bases sobre las que debería de asentar- se una enseñanza realmente efectiva de la física en secundaria. La ciencia está basada en la observación y el razonamien- to, y, según la (hermosa) afirmación de P. Higgs, su fin último es intentar comprender el mundo, un mundo complejo pero entendible y reducible, al menos en parte, a ecuaciones ma- temáticas que nos permiten hacer predicciones. * Premio Enseñanza y Divulgación de la Física 2018, modalidad Enseñan- za Secundaria. RSEF y Fundación BBVA. Ciencia (DRAE): Del Latín scientia. Conjunto de conocimientos obtenidos mediante la observación y el razonamiento, sistemáticamente estructurados y de los que se deducen principios y leyes generales con capacidad predictiva y comprobables experimentalmente. Notas de clase 34 Revista Española de Física • 33-2 • Abril-junio 2019 Si la ciencia es un (loable) intento de comprender el mun- do, deberíamos de partir del estudio de ese mundo, y ese mundo no se puede constreñir a las páginas de un libro. Si la Educación Física se imparte en el gimnasio, la Música en su aula específica y la Tecnología en talleres, no se entiende muy bien por qué la Física y la Química se siguen impartiendo en un aula teniendo como principal referencia el libro de texto, vídeos o aplicaciones informáticas. El análisis de los fenómenos naturales ha de hacerse in situ para, de esta manera, poder comprender las dificultades que plantea la experimentación, la necesidad de medir las magnitu- des implicadas, la importancia de acotar los errores cometidos (aunque sea de manera elemental) o entender que el trabajo científico implica una parte considerable de creatividad. Podrá aducirse que los laboratorios que hay en los centros son insuficientes, que están mal dotados y que hace falta más profesorado. De acuerdo, reivindiquemos entonces el uso de los laboratorios y luchemos, desde planteamientos didácticos acordes, por una dotación adecuada para los mismos y por más profesores. Y cuando hablamos de “usar” no estamos diciendo lo de “ir al laboratorio” una vez al mes. Es un error “ir” al laboratorio. Se ha de “estar” en el laboratorio. Enséñale a un adolescente cualquiera de las maravillosas imágenes que en la web de la NASA se pueden ver del cosmos y seguramente se admirará. Hazlo observar por un telescopio los cráteres de la Luna y sentirá algo muy distinto. No es igual lo que te pueden contar que lo que tú puedes observar y experimentar. La frase de A. Einstein debería estar grabada a fuego en todas las programaciones y debería guiar el trabajo de todo profesor. Nos informa, elegantemente, de esa dualidad de mundos pre- sente en el trabajo científico: el mundo de los fenómenos físicos (un péndulo que oscila, un cuerpo que flota, un objeto que se mueve…) y el mundo más abstracto de las ecuaciones matemá- ticas. El trabajo de un físico consiste en transitar el camino que une esos dos mundos en ambas direcciones: la ida (mundo físico → mundo matemático) solamente es posible si somos capaces de entender el fenómeno que estamos estudiando, si somos capaces de saber lo que cambia y lo que permanece invariable, si tenemos a nuestro alcance procedimientos adecuados para medir los ritmos de cambio, si podemos distinguir lo importante de lo accesorio y, sobre todo, si somos capaces de describir el fenómeno “con palabras sencillas”. La formulación matemática aparecerá entonces como una necesidad y no como un galimatías impuesto. Se entenderá la obligatoriedad de utilizar unidades en los cálculos y la imperio- sa necesidad de comparar los resultados obtenidos con el fenó- meno estudiado, con lo que ya estaremos en el viaje de retorno (mundo matemático → mundo físico), teniendo bien claro que en física el problema no se acaba con el resultado. Algunas veces puede empezar ahí, cuando tratamos de analizar su significado. Hacemos ciencia cuando extrapolamos lo deducido y po- nemos la teoría a prueba en sus límites planteándonos pre- guntas (¿puede un cuerpo que es empujado con una fuerza constante aumentar su velocidad indefinidamente?) que, a lo mejor, no somos capaces de resolver, pero el plantearnos preguntas es tan fundamental como encontrar las respuestas. Cualquier actividad que requiera un esfuerzo (y estudiar Física lo requiere) necesita de recompensas que ayuden a perseverar y a evitar sentimientos de desánimo o frustración. La emoción asociada al descubrimiento, aunque sea de pe- queñas cosas ya conocidas, es una sensación fantástica que pueden experimentar nuestros alumnos si planteamos la asig- natura como un descubrimiento (guiado), como una búsqueda de respuestas a preguntas que, a su vez, surgen de necesida- des. La emoción que ellos pueden sentir solamente es compa- rable a la satisfacción y a la alegríaque tú vas a experimentar por haber colaborado en lo que ellos descubren, y nosotros, los profesores, también estamos necesitados de estímulos po- sitivos. La docencia en secundaria no es un camino de rosas. Es muy distinto trabajar con la ecuación que relaciona el periodo de un péndulo simple con su longitud, aprendida de memoria en un texto, a manejar una ecuación que tú has “des- cubierto” [1]. Recordemos que, además de este aspecto emocional, el método que se plantea implica trabajar en equipo, apren- der a recoger datos (a veces cantidades importantes) que hay que anotar, organizar y analizar (seguramente que con ayuda informática) y, también, deberemos desarrollar capa- cidades como la defensa oral de nuestras conclusiones (que cada equipo debe presentar, brevemente, al resto). No me atrevería a decir (como a menudo se dice) que la ciencia, la Física, es divertida. Sí me permito afirmar que es apasionante, aunque requiera un esfuerzo considerable, que compensa y que produce enormes satisfacciones. Notas de clase Revista Española de Física • 33-3 • Julio-septiembre 2019 35 Una de las preguntas recurrentes de cualquier enseñan- te ante cualquier innovación al método de enseñanza tra- dicional es: ¿Y voy a tener tiempo a darlo todo? De ahí que cerremos esta serie de frases inspiradoras con la sentencia de E. Sábato, que nos orienta sobre algo que debería de ser evidente. Tú, como enseñante, tienes que tener criterio sufi- ciente para filtrar el contenido del currículum y quedarte con lo verdaderamente relevante (que es sinónimo de importante o significativo), verlo desde distintas perspectivas, acompa- ñar a tus alumnos en el descubrimiento y comprensión de los conceptos implicados y resolver algunos (no demasia- dos) problemas desencadenantes1. ¿Es realmente necesario resolver todos los ejercicios, actividades, o como se quieran llamar, que plantea nuestro libro de texto, para que nues- tro alumnado domine el MRUA? Si consigues que entiendan el concepto de aceleración, lo que son las condiciones ini- ciales, qué es lo que varía y lo que permanece invariable, y cómo efectuar el tránsito del mundo físico al de las ecua- ciones (pasar del lenguaje humano al “lenguaje ecuación”)2 te bastará con resolver media docena de ejercicios y habrás escrito en sus mentes unas pocas líneas (pero relevantes) de lo que ha de hacerse. Deja que sean tus propios alumnos los que rellenen los espacios en blanco, que se planteen situa- ciones y traten de resolverlas… seguro que el resultado es más creativo, tendrá una mayor significación y, sobre todo, habrás contribuido a formar personas con capacidad para interrogarse y aplicar racionalmente los conceptos generales a situaciones particulares. ¡Ah!... y no te olvides de que en la vida real los problemas no vienen envueltos en un enunciado donde se suministran los datos necesarios para su resolu- ción. Los problemas reales no tienen enunciado y los datos has de buscarlos tú. Conclusiones La enseñanza de la ciencia, y de la Física en particular, debería de sustentarse en la experiencia y en el análi- sis de los fenómenos naturales. Citando nuevamente a A. Einstein: “El aprendizaje es experiencia, todo lo demás es información”. Para ello es imprescindible desplazar las clases de Física y Química del aula a los laboratorios, donde la nece- sidad de medir, hacer un tratamiento adecuado de los datos, adquirir una idea del error cometido, comprobar el resultado y verificar el grado de fiabilidad del mismo deberían de ser actividades cotidianas. Instruir a nuestros alumnos para que realicen con éxito el constante tránsito entre el mundo de los fenó- menos observables y la abstracción matemática que los describe debería de ser un objetivo básico. 1 Según el DRAE: “Dicho de un hecho, de un fenómeno o de una circuns- tancia: Que es causa inmediata de otro u otros”. 2 El “lenguaje humano”, más rico, aunque menos preciso, nos permite formularnos preguntas del tipo: ¿cuánto tiempo tarda el móvil en pasar por el origen? Este lenguaje es incomprensible para las ecuaciones que solo entienden de valores de las variables que recogen (v, s y t en el ejemplo que nos ocupa). Es necesario, por tanto, hacer una traducción del “lenguaje humano” al “lenguaje ecuación”, que en este caso se correspondería con: ¿cuál es el valor de t cuando s = 0? Una vez planteada correctamente la cuestión en lenguaje ecuación basta resolver la ecuación para obtener el resultado numérico. En la vida real los problemas no tienen enunciado. Hemos de lograr que nuestros alumnos sean personas capaces de enfrentarse con situaciones reales, determinen lo que se pretende conocer, obtengan los datos necesarios, realicen su medida, resuelvan el problema y analicen el resultado obte- nido intentando intuir su validez. Los problemas con enun- ciado deberían dejar de ser el eje sobre el que pivota la enseñanza. Hemos de situar la experiencia y la medida en el centro de nuestras enseñanzas. La recompensa emocional que tiene el descubrimiento o comprobación de los conceptos estudiados es algo esen- cial que solo puede lograrse mediante el trabajo experimental y es un aspecto motivacional de primer orden en la educación. … Y no tratar de enseñarlo todo, centrarse en lo rele- vante, dejar espacios abiertos e invitar a nuestros alumnos a que transiten por ellos realizando pequeños descubrimientos. Es importante que nuestros alumnos descubran la cien- cia y su método y se convenzan de que el conocimiento científico tiene, por la forma en que se obtiene, un alto grado de fiabilidad, a diferencia de otras disciplinas basa- das en suposiciones, creencias o simples asociaciones sin fundamento. Un ejemplo: estudio del movimiento circular uniforme (MCU) Se ha elegido como ejemplo para ilustrar el método expuesto el estudio del MCU (4.º de la ESO), ya que, tradicionalmente, presenta una considerable dificultad de comprensión. Se aborda el estudio del MCU una vez estudiados los con- ceptos básicos de cinemática: velocidad y aceleración, y el MRU y el MRUA. Se inicia el estudio del movimiento circular planteándo- nos la necesidad de medir la rapidez con la que un objeto describe una trayectoria circular. Para ello se emplea la pre- sentación [2] que puede proyectarse para toda la clase y que en la primera pantalla presenta un objeto que se mueve con velocidad constante siguiendo una trayectoria circular (Fi- gura 1) Para medir tiempos se puede utilizar el cronómetro de los teléfonos móviles. Fig 1. Objeto que se mueve siguiendo una trayectoria circular con velocidad constante. Nos preguntamos cómo medir la velocidad de giro. Las soluciones que normalmente se aportan son dos: 1. Medir el tiempo que tarda en dar una vuelta y medir el radio de la trayectoria, calcular la longitud de la circunfe- Notas de clase 36 Revista Española de Física • 33-2 • Abril-junio 2019 rencia y dividir por el tiempo obtenido. Es decir, se calcula la velocidad lineal de la bola. Se puede admitir como solu- ción, pero se puede argumentar que buscamos algo más sencillo, más operativo y, sobre todo, más específico para trayectorias circulares. 2. Utilizar como medida de la rapidez el tiempo que tarda en dar una vuelta. Se argumentará que vamos buscando una medida de la rapidez de giro y la solución que se aporta es, simplemente, una medida de tiempo. La solución más sencilla (a la que deberán llegar nuestros alumnos convenientemente guiados) es contar el tiempo que tarda en dar un número determinado de vueltas: cinco, por ejemplo, y dividir el número de vueltas entre el tiempo, con lo que obtenemos una magnitud que nos mide el número de vueltas dadas por segundo. A esta magnitud la llamaremos velocidad de giro y es la forma más sencilla y cómoda para determinar la velocidad de un objeto que gira. Podemos po- ner a prueba la validez de la solución encontrada midiendo, y comparando posteriormente, las velocidades de los dos ob- jetos quegiran en la pantalla 2 de la presentación (Figura 2) Fig 2. Usando el concepto de velocidad de giro obtenido se pueden com- parar las velocidades de giro de dos objetos. A partir del concepto de velocidad de giro establecido es muy sencillo llegar a la expresión de la velocidad de giro en rpm. A partir de aquí se puede refinar el concepto introdu- ciendo la medida en rad/s. La siguiente pantalla de la aplicación (pantalla 3) plantea una interesantísima pregunta que seguramente va a motivar un curioso debate en la clase. La pregunta es: ¿cuál de los dos objetos gira más rápido? Fig 3. ¿Cual gira más rápido? Está claro que, si se toma como criterio la velocidad de giro definida anteriormente, ambos giran con idéntica ve- locidad, pero también parece evidente que el objeto que describe una trayectoria con mayor radio va más rápido. El debate establecido nos llevará a comprender la diferencia que existe entre la velocidad lineal y la angular y a esta- blecer la relación entre ambas: v = ωR. Probablemente esta manera de hacer las cosas produzca un aprendizaje mucho más significativo. La pantalla 4 de la presentación permite afianzar lo es- tudiado comparando la velocidad angular (idéntica para las tres bolas) con la velocidad lineal, creciente con el radio. Fig. 4. Comparación de velocidades lineales angulares Algunas puntualizaciones: • Una vez que se han formado los equipos, la presentación [2] puede proyectarse para toda la clase. • La medida de tiempos puede hacerse por equipos. No se realizará una única medida, sino varias, tomándose como medida final la media de las realizadas. • Puede hacerse una puesta en común de las velocida- des de giro obtenidas por los distintos equipos para comprobar que los resultados son, aproximadamente, coincidentes. • Se puede tomar como resultado final la media de las velo- cidades de giro obtenidas por los equipos y cada equipo puede calcular el error cometido en la medida. • Una vez introducidos los conceptos básicos para el MCU, se propone la realización de una experiencia de laboratorio. Para más información véase la referencia [3]. Referencias [1] FisQuiWeb. Laboratorio 4.º ESO. Periodo de un péndulo simple https://bit.ly/2AIj4vY [2] FisQuiWeb. Movimiento circular uniforme (Flash): https://bit. ly/2TvbkV7 [3] FisQuiWeb. Laboratorio 4.º ESO. MCU: https://bit.ly/2scjUMO
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