LABORATORIOS VIRTUALES

                                                   

1.- El Experimento. El gran ausente de la clase de Física.

2.- ¿Qué es un Laboratorio virtual?

3.-¿En qué puede ayudar una hoja de cálculo o un lenguaje de programación en la clase de física?

 

EL EXPERIMENTO

(EL GRAN AUSENTE DE LA CLASE DE FÍSICA.)

 

Es posible que un día nos encontremos diciendo que si les repetimos las leyes hasta la saciedad… ¿Cómo es posible que hayan contestado con semejante error en el examen? Sin embargo a lo mejor con una pequeña demostración experimental hubiéramos hecho que esos estudiantes se convencieran del cumplimiento de la Ley.

 Es posible que si hacemos la clase de física con tiza y borrador (marcador y pizarra blanca en otros casos) estemos dándonos a imponer opiniones de la forma más anticientífica. Cuando podemos llamar con un poco de ingenio al aula a ese gran ausente que es el experimento.

 Hacer el experimento nos permitirá utilizar una serie de herramientas didácticas que acerquen al estudiante a la manera de hacer ciencia. Por ejemplo, podemos preguntar antes de hacer el experimento sobre que espera que suceda según lo que ha estudiado o según su propia experiencia, Ofreciéndonos este simple hecho la posibilidad de hacer todo un trabajo didáctico con cualquier experimento por muy simple que este sea. Y de esta manera contribuiremos a derribar el mito de la Física como una ciencia de fórmulas.

 Luego de hacer una primera actividad, se puede, preguntar sobre lo que puede suceder si hacemos unas variantes al experimento.

 La física se puede hacer muy agradable:

La física se puede hacer agradable si sabemos aprovechar los experimentos en el aula. La parte experimental de la física puede aprovecharse para: 

a)      Proporcionar experiencias de aplicación de los conceptos de física.

b)      Desarrollar habilidades en hacer mediciones, registrar datos, organizarlos y analizarlos bajo las leyes de la física.

c)      Ofrecer experiencias que permitan simular y resolver problemas elementales. 

 Y el Laboratorio virtual, la programación y las hojas de cálculo se pueden convertir en una herramienta de apoyo muy valiosa para lograr los objetivos señalados. Y ojo con que se dice apoyar, no se dice sustituir.

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2.-¿QUÉ ES UN LABORATORIO VIRTUAL?

Ante todo es una simulación en multimedia, donde en muchos casos se pueden analizar el comportamiento de las variables involucradas en determinada situación física.

 Podemos ver un ejemplo si hacemos clic en la siguiente dirección:

 http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cinematica/parabolico/gotas/gotas.htm

 Donde podremos observar una simulación muy ilustrativa sobre la relación entre un movimiento circular vertical y el movimiento de proyectiles. Note que es posible cambiar las variables y hacer las predicciones que creamos correctas antes de dar clic en el botón empezar.

 Lo que puede aprovechar

Generalmente la primera impresión del estudiante es como la de un niño con su juguete nuevo, se pondrá a inactividades lúdicas (A JUGAR!!), tiempo que puede ser aprovechado para que se familiarice con el sistema de control del Laboratorio virtual.

 Pero el profesor debe hacer entonces su papel orientador y lograr que apenas vaya disipándose la novedad, inducir a la lectura de las instrucciones, en este caso bajo el subtítulo de ACTIVIDADES. Para proceder a mantener la atención preguntando acerca de lo que esperan que suceda en caso de aumentar o disminuir los valores de las variables que se pueden modificar desde los controles de la pantalla. Esto es como el equivalente de un laboratorio demostrativo que se acostumbra en algunas universidades cuando no se quiere exponer el equipo a la manipulación de los estudiantes. Pero ahora la situación es diferente, porque el estudiante puede interactuar cambiando las variables de las maneras que quiera, siempre y cuando el programa multimedia se lo permita.

 Estos laboratorios se pueden encontrar en dos fuentes:

1)      En laboratorios virtuales en línea como el ejemplo anterior.

2)      En software que pueden obtener de forma gratuita en Internet, comprando un texto que los adicione, comprándolo de alguna firma comercial, por préstamo mediante un amigo o bajándolo (download) de Internet.

 A continuación se presenta dos ejemplos sobre como aprovechar estas dos formas de obtener Laboratorios virtuales. Se pretende que el profesor mantenga el interés en interpretar los resultados desde el punto de vista de las leyes de la Física. No permitir que los estudiantes realicen las operaciones indicadas sin hacer una reflexión acerca de lo que está haciendo. Situación que se torna muy difícil en grupos grandes. Sobre todo si hay mas de dos personas frente al computador.

 Hacer laboratorios virtuales es para apoyar la clase, no para sustituir los experimentos que se puedan hacer en el aula. Hacerlo de otra manera corre el riesgo que el estudiante piense que las leyes de la física se cumplan solamente en el mundo virtual.

 

LABORATORIOS VIRTUALES EN LINEA:

Hay muchos sitios en la Internet, donde pueden conseguirse laboratorios virtuales para ser utilizados como apoyo al contenido de las clases. Muchos de ellos están en inglés y alemán. Para ahorrarse tiempo de navegación visite la sección PAGINAS EDUCATIVAS que se le ofrece en esta misma Web.

 Se escogió el siguiente sitio, puede hacer clic en la siguiente dirección URL:

http://www.edu.aytolacoruna.es/aula/fisica/applets/Hwang/ntnujava/Pendulum/Pendulum_s.htm

 A continuación le ofrecemos un esquema de guía metodológica, para que organice y oriente la actividad que tendrá frente al PC, esta guía se hizo pretendiendo una situación en la cual los estudiantes, están con su profesor en el Laboratorio de Computación con conexión a Internet. Es preferible que existan dos estudiantes por computador. Pero si no dispone de tales condiciones, puede adecuar la guía a promover el auto estudio, o también como una actividad extra clase que puede ser evaluada, sea con un reporte escrito, como en las pruebas sistemáticas o exámenes, de acuerdo a las preguntas planteadas en la guía.

 Se escribió anteriormente el URL, para que observe que hay conocimientos para los cuales los estudiantes de educación media, no están preparados para entender. Como por ejemplo, se señala que el cálculo se realiza en tiempo real (usando el método Runge-Kutta 4th orden), algo que se estudia en Métodos Numéricos en la Educación Superior. Por eso es que se hace énfasis en que se realice una guía metodológica, que se adapte a la realidad del estudiante, por muy bueno que nos parezca el contenido del Laboratorio Virtual.

 Diferentes posibilidades, ¿Cuál escogemos?

Muchas veces, como en este caso, se nos presentan muchas posibilidades de análisis de relaciones entre cantidades físicas. En este Laboratorio de péndulo matemático, podemos

 1) estudiar las características de las oscilaciones mecánicas simples,

 2) la relación entre los vectores de aceleración y velocidad, y también,

 3) la interconversión de Energía Cinética y Potencial Gravitacional.

 Es recomendable que se escoja el enfoque que vaya de acuerdo al currículo, y resistir a la tentación de tratar de introducir al estudiante un cúmulo de contenidos que al final no será asimilado. Recuerde que esto es un apoyo a los objetivos de su asignatura.

 Importante:

Este experimento virtual, que se presenta en la guía de ejemplo, puede perfectamente apoyar una demostración experimental, hecha por el profesor o por los mismos estudiantes, donde se analicen diferentes relaciones entre los parámetros del movimiento oscilatorio. El Laboratorio virtual, no debe suplantar el experimento. Las simulaciones representan modelos.

 Se recomienda además al profesor que cuando se presente una actividad experimental sea virtual o real, fomente una discusión acerca si el experimento es adecuado para demostrar el proceso en cuestión. Promueva la participación de los estudiantes planteando hipótesis, analizando los resultados y sacando conclusiones. O sea que los estudiantes sepan que es `esa cosa llamada Ciencia Experimental`. La Física dejará de ir siendo la materia de las fórmulas, para los estudiantes.

 Hacer clic para ver la guía de Laboratorio Virtual No 1.( Bajar)

  

LABORATORIOS VIRTUALES EN SOFTWARE:

 La diferencia con los laboratorios en línea será esencialmente en la posibilidad de disponer de él, sin necesidad de tener conexión a Internet, y con el cuidado de no enredarse en problemas por los derechos de autor. Si lo encontró en línea es porque no hay problemas con los derechos de autor, que reclaman muchos de los que elaboran software de multimedia. Por lo demás la mayoría son programas elaborados en applets de Java. Otros vienen realizados en Flash 5. Pero, lo que nos interesa en este momento es saber aprovecharlo para enseñar Ciencia.

 Desde el punto de vista constructivista, lograr los cambios de las ideas previas hacia los conceptos científicos, es un proceso, gradual en el cual los estudiantes necesariamente se tienen que enfrentar a situaciones conflictivas donde pongan a prueba sus ideas previas. Aunque tenga un estudiante con gran dominio de la computadora, lo que le interesa a UD como profesor de Física es que este muchacho aprenda ciencia.

 Los trabajos experimentales harán posible que el alumno vivencie hechos tangibles que hagan validas esas ideas que se le dice en la clase de Física. Diseñe las actividades de tal forma que promueva al máximo la reflexión entre sus estudiantes. Que la actividad de Laboratorio no se vuelva seguir una receta de cocina. Sino un lugar donde se promueva el análisis de las leyes, la formulación de hipótesis y la observación.

 A continuación, escogimos un ejemplo obtenido de un Laboratorio Virtual el cuál se puede encontrar y bajar gratuitamente en la siguiente dirección:

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/Introduccion/descarga/descarga_curso.htm

 Se puede descargar esta colección de Laboratorios virtuales, llamados FISICA CON ORDENADOR, en un PC, para luego instalarlo en la red del Laboratorio de Computación si la hay. O se puede guardar en un CD dado que su tamaño es de 12 Mbytes. Una ventaja es que este software en HTML y Java es que se puede usar en cualquier computador, aunque sea de aquellos que están obsoletos como son los que usan como sistema operativo Windows 95. Algo muy útil dada la situación económica del país. Donde a veces se trabaja casi con chatarra.

 A continuación se ofrecen dos ejemplos de guías metodológicas, una propuesta de autoestudio acerca de la caía libre donde hay muchos conceptos relacionados con los vectores velocidad, aceleración gravitacional, desplazamiento vertical, sistema de referencia que pueden ser claramente expuestos usando este laboratorio virtual realizado en JAVA. El otro es un ejemplo de Laboratorio Virtual en el cual se utilizó una cámara digital para elaborar una guía de la llamada Ley de Hooke. Estas guías, tienen la cualidad de ser versátiles, dado que pueden usarse para hacer un laboratorio virtual, sea con una presentación colectiva TV, o data show, o también en el Laboratorio de computación en una sesión colectiva. Y muy útiles en casos como el uso del dinamómetro que es un instrumento escaso en nuestros colegios.

 Guía de Movimiento en caída libre. Bajar en doc  ( Bajar en zip)

Guía de Ley de Hooke.  Bajar en Doc ( Bajar en zip)  

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3.-¿EN QUE PUEDE AYUDAR UNA HOJA DE CÁLCULO O UN LENGUAJE DE PROGRAMACION EN LA CLASE DE FISICA?

 

Hay situaciones en las cuales se hace necesario el uso de la Hoja de cálculo, o un lenguaje de programación, por cuanto se tienen que hacer una serie de cálculos rutinarios, los cuales su utilización en los experimentos son fácilmente asimilables. Por ejemplo, el cálculo de la pendiente y el intercepto en experimentos donde se espera una relación lineal entre la variable dependiente y la independiente. Puede ser el caso de un experimento acerca del comportamiento Ohmico, donde se espera una relación lineal entre el Voltaje medido entre los terminales de una resistencia R y la corriente I, que pasa a través de ella. O puede ser el caso de la misma Ley de Hooke abordada en una guía anterior.

 Hacer estos cálculos, el Método de Mínimos Cuadrados por ejemplo, una vez pasada la novedad de su implementación, puede hacer tedioso la elaboración del reporte de Laboratorio. Lo que interesa es el análisis físico una vez que se ha logrado asimilar la necesidad del uso de este método numérico. Se recomienda el uso de estos recursos para evitar caer en un `activismo` donde los estudiantes realicen un montón de actividades pero la mayoría con poco significado físico, ya que aplicar este tipo de métodos numéricos es simplemente seguir las indicaciones de una receta.

 A continuación se ofrecen dos archivos tanto en hoja de cálculo, como en leguajes de con los cuales se puede encontrar la pendiente y el intercepto de una relación lineal entre dos variables.

 1)      Programa que usa el método de regresión lineal en lenguaje C: ( Bajar)

2)      Programa que usa lenguaje C, para el cálculo de error absoluto, error relativo, y desviación estándar, de una serie de mediciones: ( Bajar)

3)      Hoja de cálculo para encontrar el error absoluto, error relativo, y desviación estándar, de una serie de mediciones: ( Bajar)

Estos programas tienen la ventaja que son pequeños en cuanto a la memoria que se utiliza. Y pueden ahorrar mucho tiempo para procesar los datos. Se pueden hacer otros para distintos fines, entre los cuales pueden ser la resolución de problemas, como los de Leyes de Kirchoff, o problemas donde se plantee una ecuación cuadrática para su solución.

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