Un profesor con varios años enseñando sabe que no hay una técnica que funcione con todos los integrantes de un grupo de estudiantes, lo que tiene efecto sobre unos estudiantes no satisface a otros. Generalmente un profesor se inicia imitando las clases que le daban sus mejores maestros. Sin embargo igualmente se encuentra con problemas entre los cuales el primero es convencer al estudiante de que necesita estos conocimientos parar su vida profesional y más aún el de lograr una motivación diferente a la de estudiar para aprobar, la cual prevalece en la mayoría de los estudiantes. Lo que se busca es enseñar métodos de razonamiento, búsqueda y manejo de información. Es conveniente también definir objetivos antes de comenzar una actividad, si no se sabe a dónde se va, ¿cómo se sabrá que ya se llegó? La mayoría de nuestros alumnos estudian para pasar el examen, de manera que responder las preguntas del examen se convierte en el objetivo.
La física generalmente se recuerda como un conjunto de fórmulas a memorizar y el ejercicio de habilidades algebraicas; perdiéndose la belleza de los razonamientos y sus aplicaciones a la vida diaria. Es importante conocer como ha evolucionado la enseñanza de la física, esto se puede hacer analizando la evolución de los textos de física. El Physics Today de marzo de 1999 (pag. 50-56) presenta un análisis de la evolución de los libros de texto en los últimos 150 años observando que las innovaciones pedagógicas tienen cierta periodicidad. (Archaeology of a bookstack: Some Major introductory Physics Texts of the Last 150 Years, C.H. Holbrow).
También es importante, como punto de referencia, conocer cómo se enseña en otros lugares. Esto es posible utilizando la Internet y como una muestra en este trabajo a continuación se hace una descripción de la enseñanza de física en el Instituto Tecnológico de Massachussets
(MIT).
EVOLUCIÓN DE LA ENSEÑANZA DE LA FÍSICA, EN LOS LIBROS DE TEXTO.
Más allá de su propósito de enseñanza, un libro de texto de física introductoria es también un documento histórico. Contiene la física y la pedagogía de sus autores y de sus épocas, y refleja la era en la cual fue escrito.
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| Figura 1 |
Es interesante ver cómo ha cambiado la enseñanza de la física introductoria durante los 150 años pasados y qué es lo que ha permanecido siendo igual. El contenido de estos libros ha cambiado para seguirlos avances notables en la física. Sin embargo, los problemas de la enseñanza de la física, han permanecido iguales. A continuación se presenta una revisión de los libros que marcaron hitos en la enseñanza de la física.
“Tratado elemental de Física experimental y aplicada”de Adolphe Ganot., es un texto clásico utilizado ampliamente para la enseñanza de la Física, tanto a nivel secundario como universitario, a fines del siglo XIX y comienzos del XX. Se trató de un libro muy actualizado y permanentemente corregido y mejorado, lo que le permitió mantenerse siempre a la altura de los nuevos hallazgos en Física. Redactado originalmente en francés, fue traducido, cuando menos, al español y al inglés, y tuvo numerosas reediciones en todos estos idiomas.
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| Figura 2 |
En el Perú debe haber sido de amplio uso, porque es posible conseguir ejemplares de todas sus ediciones en las ferias de libros viejos, seguramente debido al gran uso que tuvieron en su época. La física de Ganot es representante de textos y de la pedagogía de mediados del siglo 19. Presenta una secuencia de dispositivos o del aparato para realizar una demostración, junto con una descripción cuidadosa de la operación de cada uno de ellos. Al ser bastante completos hace que el libro sirva hoy como una enciclopedia de aparatos olvidados. A continuación se presenta un ejemplo.
El aparato de inducción de M. Matteucci.
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| Figura 3 |
“La Figura 3 representa un aparato inventado por M. Matteucci, y construido por M. Ruhmkorff, en París, muy a propósito para demostrar el desarrollo de las corrientes de inducción, producidas, sea por la descarga de una botella de Leyden, o bien por el paso de una corriente voltaica’ (Ganot —1858- página 561)
También se encuentra descripción detallada de aparatos usados en la época, por ejemplo los globos aerostáticos.
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| Figura 4 |
“Los globos se construyen de largas tiras fusiformes de tafetán, cosidas entre sí y barnizadas, con objeto de que sea impermeable el tejido. En el vértice del globo hay una válvula que se mantiene cerrada, merced a un resorte, pero que puede abrirla el aeronauta por medio de una cuerda. Una ligera barquilla de mimbres suficiente para contener varias personas, pende debajo del globo, sostenida por una red de cuerda que envuelve a éste por completo (fig. 111 y 112). Un globo de dimensión ordinaria, que puede elevar fácilmente a tres personas, cuenta unos 15 metros de altura, 11 de diámetro, y su volumen, una vez henchido por completo, es aproximadamente de 700 metros cúbicos. La cubierta pesa 100 kilogramos y 50 los accesorios, tales como la red y la barquilIa’ (Ganot — 1858 - páginas 131 y 132)
De acuerdo con Holbrow, los estudiantes de Albert A. Michelson (1852-1931), quien fuera un notable físico norteamericano de origen alemán, Premio Nobel de Física en 1907, en la Universidad de Chicago, que utilizaban el libro de Ganot como bibliografía básica, tenían prohibido no sólo participar activamente, sino hasta formularle preguntas a su profesor.
En resumen, el texto de Ganot, es una verdadera enciclopedia de aparatos actualmente olvidados, pero no hay ninguna información para que el estudiante pueda manejar tales aparatos. No hay actividades consistentes en experimentos que permitan la participación de los estudiantes. No se guía al lector con preguntas, ejercicios de repaso o actividades ilustrativas de ningún tipo.
Este modelo recibió numerosas críticas en textos posteriores, en los que generalmente hay un marcado interés en incluir actividades, observaciones y experimentos que apunten a otorgar un rol más activo a los alumnos.
Los libros de Robert Andrews Millikan
En 1896, Robert A. Millikan fue llamado a la Universidad de Chicago por Michelson a sólo cuatro años después de su fundación. Allí se le asignó como gran parte de su trabajo la tarea de organizar los cursos de física de la universidad nueva.
Robert A. Millikan conocido hoy como el ganador del premio Nobel por sus investigaciones experimentales del efecto fotoeléctrico y de la carga del electrón, durante los primeros 12 años de su carrera profesional, Millikan se concentró en la enseñanza y a escribir libros de texto, en sus libros de texto de la física se puede notar el énfasis en la instrucción basada en el laboratorio.
A continuación una muestra de la explicación del primer teléfono sacada de NEW ELEMENTARY PHYSICS de Robert Andrews Millikan.
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| Figura 5 |
“Modelo del primer teléfono de Bell. Este modelo es un duplicado del instrumento a través del cual los sonidos de la voz fueron transmitidos eléctricamente por primera vez en 1875. Las vibraciones del diafragma como respuesta a los sonidos circundantes llevan con ellos a la pequeña armadura sostenida por un resorte e inducen así corrientes que fluctúan en la bobina. Éstos se pueden llevar de los terminales a cualquier punto deseado” (Michelson — página 423)
La Física para ingenieros
Los físicos tienen un interés profundo en la enseñanza de la física a los estudiantes de ingeniería; esta tarea crea muchos puestos de trabajo de enseñanza para los físicos y un gran mercado para los libros de texto. Uno de tales fue el profesor y autor William 5. Franklin, productor exuberante de unos 25 libros de textos. El enseñó en la universidad de Lehigh en Bethlehem, Pennsylvania por 18 años (1 897-191 5) y luego en el Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT) por 12 años (1 91 7-29). El interés en lo que los físicos pueden ofrecer a estudiantes de ingeniería se ve aumentado por las revisiones de los criterios de acreditación propuestos por ABET (Consejo de Acreditación para Ingeniería y Tecnología).
La American Physics Society APS está implicada desde 1922, cuando A. Wilmer Duff, profesor de la física en el Instituto Politécnico de Worcester y presidente del comité Educativo de la APS, escribió el primer informe del comité, “La enseñanza de la física con referencia especial a la enseñanza de física a los estudiantes de ingeniería’ Sin embargo, el desgano del consejo de la APS de adoptar las recomendaciones del informe, y la discontinuación del comité educativo en 1927, motiva la fundación de la Asociación Americana de los profesores de la física en 1930. Duff era también el autor principal de un libro de texto de física, en colaboración con diferentes autores para cada una de sus siete secciones importantes. Duff escribió una de las secciones y corrigió y contribuyó a las otras para proporcionar consistencia y unidad total. (Datos obtenidos en PHYSICSTODAY, Enero 1999, página 59.)
Sears y Zemansky: elevan el nivel
Seguramente no es una coincidencia que el siguiente libro de texto introductorio principal de física fuera escrito por un profesor del MIT con muchos años de experiencia en enseñanza de los ingenieros. Entre los 1944 y 1946, Addison -Wesley publicó las primeras ediciones de los tres volúmenes de Francis que el W. Sears. “The Principies of Physics”. Los que sirvieron de base 4 libro “College Physics and University Physics” escrito por Sears y Mark Zemansky. Desarrollado para los estudiantes el curso de física introductorio de dos años del MIT, del cual se dijo que su nivel matemático sería muy alto para los estudiantes de otras universidades.
A continuación un ejemplo de una ilustración de “Fundamentos de Física” versión en castellano de “The Principies of Physics” de (1965) Francis W. Sears.
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| Figura 6 |
“11-23. Un cubo de agua que pesa 32 Kg está suspendido de una cuerda arrollada alrededor de un torno que tiene la forma de un cilindro macizo de 30
cm de diámetro y que pesa también 32 Kg. El cubo se deja caer, partiendo del reposo, desde la boca de un pozo y desciende una altura de 20 m antes de llegar al agua.
a) ¿Cuál es la tensión de la cuerda mientras cae el cubo?
b) ¿Con qué velocidad llega el cubo al agua?
c) ¿Cuánto tarda en caer? Despréciese el peso de la cuerda’ (Sears — página 221).
David Halliday y Robert Resnick
En 1960 David Hallidayy Robert Resnick publican “Physics for Students of Science and Engineering” por la editorial Wiley. Este libro reemplazó a los de Sears y de Zemansky.
A continuación una ilustración de Halliday y Resnick.
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| Figura 7 |
“figura 35-13. Un betatrón de 100 MeV. Muestra el imán, las bobinas de magnetización C, y la región Denia que se encuentra el “doughnut’ (Cortesía General Electric Company.) “(Halliday y Resnick — página 781).
Tanto Sears y Zemansky y después Halliday y Resnick hicieron su aparición en el tiempo del lanzamiento del Sputnik en 1957, primer satélite artificial de la tierra, que hirió el orgullo de los Estados Unidos. Lo que hizo que se exigiera una mejor calidad en la educación de la ciencia que dio lugar a una mayor inversión del gobierno para reformar la enseñanza de la física y para estimular la educación de más ingenieros y físicos. Esta situación permitió a Resnick y Halliday con un libro que preserva la organización tradicional de la física introductoria. Elevó más el nivel de abstracción, acentuando los principios y la unidad de la física mientras que pone en segunda importancia los temas tradicionales tales como las “máquinas simples, la tensión superficial, viscosidad, calorimetría, cambio del estado, humedad, bombas, motores prácticos, escalas musicales, acústica arquitectónica, electroquímica, la termoelectricidad, motores, corriente alterna, circuitos, electrónica, las aberraciones de las lentes, color, fotometría y otros.
En la actualidad hay una diversidad de libros de texto escritos por diversos autores, pero todos son similares o tienen muy pocas variaciones a los ya mencionados.
COMO SE ENSEÑA EN EL MIT
El departamento de física del MIT ha sido el centro de mayor importancia en los Estados Unidos en ciencias e ingeniería, desde el inicio del siglo XX.
Ha sido el centro de la revolución del entendimiento de la naturaleza de la materia, de la energía y la dinámica del cosmos. Tres de sus profesores obtuvieron premios Nobel y 21 fueron miembros de la Academia Nacional de Ciencias (National Academy of Sciences). Ha educado a los líderes del mundo en ciencia y la ingeniería, incluyendo 10 ganadores del premio Nobel.
Siendo el Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT) una institución que históricamente ha jugado un rol preponderante en modelar la enseñanza de la física universitaria es conveniente analizar como se realiza la enseñanza de la física en la actualidad en este centro de estudios.
Esto es posible hacerlo sin necesidad de ir a visitarlo en persona debido al gran material que el MIT ha puesto a disposición de quien quiera usarlo en la Internet. http://ocw.mit.edu/Ocw/Web/Physics/index.htm
Entre el material proporcionado se encuentran los apuntes de clases
Unos ponen apuntes manuscritos de las clases realizados por estudiantes de semestres pasados, un ejemplo se muestra en la figura a continuación.
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| Figura 8 |
Otros publican apuntes mejor elaborados como lo que se muestra a continuación.
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| Figura 9 |
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| Figura 10 |
Otros profesores publican su material de “Powerpoint”
También hay profesores que publican fotografías de las pizarras de clases pasadas.
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| Figura 11 |
CLASES CONFERENCIAS
Las clases conferencias son tres veces por semana, de 1 hora de duración por cada una. En las conferencias se explican los conceptos que se espera sean entendidos, y además el profesor realiza demostraciones en vivo que son importantes para la comprensión del material.
SESIÓN DE PREGUNTAS Y PRÁCTICA EN RESOLUCIÓN
DE PROBLEMAS.
A los estudiantes se les asigna una clase de 50 minutos cada reunión dos veces por semana, Estas clases le dan oportunidad de hacer preguntas acerca del material de estudio, y de practicar la solución de problemas. Hay cinco pruebas de 25 minutos durante estas sesiones. Esta parte es equivalente a las prácticas calificadas en el sistema usado en la Pontificia Universidad Católica del Perú.
A continuación se muestra dos ejemplos de preguntas de las pruebas de 25 minutos.
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| Figura 12 |
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| Figura 13 |
INSTRUCTORES Y TUTORES
Los estudiantes tienen instructores y tutores los cuales son estudiantes de post grado que están disponibles durante todo el ciclo para asesorarlos en horarios de atención establecidos.
LIBRO DE TEXTO
A los estudiantes se les pide adquirir un libro de texto. De tal manera, cuando el material de estudio es demasiado sucinto para el estudiante, este puede recurrir al libro de texto, que proporciona derivaciones y explicaciones más detalladas de los resultados y de las fórmulas. También tiene más ejemplos y problemas trabajados, sugerencias para resolver problemas, los problemas de tarea “homework” son asignados del libro de texto.
CONJUNTOS DE PROBLEMAS
Semanalmente se asignan conjuntos de problemas para su resolución, cuyas fechas de entrega están en el calendario del curso. El resolver los problemas en la preparación es absolutamente esencial para aprender el material de los cursos. El intentar aprender la física sin hacer problemas es como intentar aprender a montar bicicleta leyendo un libro. Los estudiantes deben reunirse en grupos para discutir los problemas, pero por supuesto el mero copiado de las soluciones escritas por otros no ayuda a aprender la física. Las soluciones a cada conjunto de problemas los estudiantes las tienen disponibles inmediatamente después de las fechas de entrega.
DOMINIO DE FÍSICA “MASTERING PHYSICS”
Los estudiantes inscritos tienen ingreso al sistema de tutoría y tareas “homework” en línea.
EXÁMENES
Pruebas de la sesión de preguntas y práctica en resolución de problemas.
En cinco semanas seleccionadas, se rinden pruebas de 25 minutos en las sesiones de preguntas y práctica en resolución de problemas. Las fechas de las pruebas se indican en el calendario del curso.
Exámenes de 50 minutos.
Se toman tres exámenes de 50 minutos ¼, ½ y 3/4 del ciclo. Cada examen se centra en todo el material desde el examen anterior, e incluye por lo menos un problema que tenga, a lo más, una pequeña modificación de un problema previamente asignado en uno de los homework.
Examen final.
Se toma un examen final de 3 horas de duración, el cual cubre el material de todo el curso.
Calificación final. Para la nota final se toman en cuenta todas las evaluaciones con los porcentajes siguientes.
Actividad
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porcentaje
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Conjunto de problemas
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9 %
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Dominio de Física
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9 %
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Sesión de preguntas
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10 %
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Exámenes de 50 minutos
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36 %
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Exámen final
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36 %
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EL PROFESOR WALTER LEWIN. UN MODELO DE PROFESOR.
A continuación se presenta una reseña del profesor Walter Lewin quien es reconocido en MIT por su excelencia en la enseñanza, profesor que emplea la tiza y la pizarra matizando con experiencias demostrativas.
Natural de los Países Bajos, el profesor Lewin recibió su Ph.D. en física de la universidad de Delft (1965). En 1966, llegó a MIT como asociado posdoctoral en el departamento de física y fue invitado a ingresar como profesor asistente posteriormente el mismo año. Lo promovieron a profesor asociado de física en 1968 y a profesor a tiempo completo (“full time profesor”) en 1974.
Los premios y honores del profesor Lewin incluyen el premio de la NASA para el Logro Científico Excepcional (1978), recibió dos veces el premio Alexander von Humboldt (1984y 1991); el premio del Consejo de Ciencias del MIT para la excelencia en la enseñanza (1984) y el premioW. Buechner de enseñanza del departamento de Física del MIT (1988). En 1997, recibió el premio “NASA Group Achievement” por el descubrimiento del pulsar que estalla.
El profesor Walter Lewin es miembro de la Academia Real Holandesa de Ciencias (elegido en 1993), miembro Fellow de la Sociedad Física de los estados Unidos (American Physical Society - APS).
Para tener una idea de la enseñanza de física en MIT sin necesidad de asistir en persona a una de las clases de ese centro. Las clases de Lewin en el MIT han trascendido fuera del Instituto. Muchas de sus clases se han transmitido por televisión en Seattle Estados Unidos por más de seis años, alcanzando a una audiencia de cerca de cuatro millones de personas. Se pueden encontrar en la página Web:
http://web.mit.edu/physics/facultyandstaff/faculty/walter Iewin.html, un curso video en Mecánica de Newton con un total de 53 horas de video clips. Además, sus 36 conferencias en Electricidad y Magnetismo y 23 conferencias en Vibraciones y Ondas. Finalmente, además sus conferencias especiales dadas en el MIT para los profesores de la ciencia y para los estudiantes.
A continuación se muestra imágenes de las clases del profesor Lewin sacadas del video clips mencionados.
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| Figura 14 |
El profesor Walter Lewin realizando demostraciones en una clase de electrostática.
El profesor Walter Lewin realizando demostraciones en una clase sobre corriente inducidas.
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| Figura 15 |
El profesor Walter Lewin realizando demostraciones en una clase de electrostática.
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| Figura 16 |
El profesor Walter Lewin realizando demostraciones en una clase sobre ondas estacionarias.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
Conclusiones
En los libros de texto se puede observar que en todo tiempo han buscado la motivación del estudiante, incluir contenidos de tipo experimental, dar un nivel matemático adecuado y se nota que hay una lucha entre predominio de los aspectos analíticos o los aspectos descriptivos de las ciencias.
De la enseñanza en el MIT el profesor debe usar todos los recursos que la tecnología para la enseñanza brinda, el profesor debe ser un motivador permanente. Como ejemplo de esto están las clases del profesor Lewin, que gracias a que se pueden encontrar en la Internet es posible tenerlas como modelo de una buena enseñanza, resumiendo para una enseñanza excelente es necesario un dominio completo del tema, realizar demostraciones experimentales y explicarlas mediante la aplicación de las leyes de física para su completa comprensión e interpretación
Recomendaciones
Como un profesor debe poseer conocimientos de Pedagogía, Didáctica, Psicología, Tecnología Educativa, etc., incluyendo el manejo de instrumentos e interpretación de datos con y sin ayuda de la computadora. Si tiene carencia de alguno de estos conocimientos se puede subsanar realizando seminarios y talleres sobre lo siguiente:
- Temas selectos de Didáctica y Pedagogía.
- Temas escogidos de Física.
- Tópicos de Matemáticas (Estadística y Manejo de datos, Métodos gráficos, Cálculo Numérico).
- Instrumentación y manejo de equipo
- Demostraciones de clase.
- Diseño de experimentos.
BIBLIOGRAFÍA
A. Ganot (1858). “TRATADO elemental DE FÍSICA experimental y aplicada CARLOS BAYLLI — SAI LLIERE MADRID.
A. Ganot (1 870).”Tratado elemental de Física experimental y aplicada’ Editorial Ch. Bouret, Paris, Francia.
C.H. Holbrow (1999). Archaeology of a bookstack some major introductory, physics texts of the last 150 years. PhysicsToday, marzo 1999,50-56.
Jorge N. Cornejo ELLIBRO DE TEXTO DE CIENCIAS NATURALES COMO DOCUMENTO HISTORICO. Gabinete de Desarrollo de Metodologías de la Enseñanza. Facultad de Ingeniería — Universidad de Buenos Aires MITOCW(opencourseware)httpt:/ocw.mit.edu/OcwWeb/Physics/index.htm
Héctor G. Riveras Instituto de Física, UNAM ¿Quiero mejorar mi clase de Física? http://www.smf.rnxlboletin/Abr-99/ense/ensena.html
FrancísW. Sears Profesor de Física del Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT) Fundamentos de Física. Editorial Aguilar (1965)
David Halliday Profesor de Física de University of Píttsburg y Rober Resnick. Rensselaer Profesor de Física de Polytecnic lnstitute Physics third edition John Wiley & Sons
Robert Andrews Milliken Director of the Norman Bridge Laboratory of physics and Henry Gordon Gale Professor of Physics in the University of Chicago. NEW ELEMENTARY PHYSICS Ginn and Company, USA
Créditos de las figuras mostradas.
Figura 1. Archaeology of a bookstack: Some Major introductory Physics Texts of the last 150 years, C.H. Holbrow
Figuras 2.3 y4 “TRATADO elemental DE FÍSICA experimental y aplicada
A. Ganot (1858)
Figura 5. NEW ELEMENTARY PHYSICS Robert Andrews Millikan
Figura 6. Fundamentos de Física Francis W. Sears (1965)
Figura 7. Physics third edition David Halliday y Robert Resnick
Figuras 8, 9,10,11,12,13,14,15 y16. MITOCW(opencourseware)ttp:/ocw.mit.edu/Ocw.Web/Physics/index.htm
