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sábado, 27 de julio de 2013

COMO HACER APARATOS PARA LA ENSEÑANZA DE FÍSICA.

Elaboración de equipo para un laboratorio computarizado para Física General.

Al inicio de los años 90 del siglo pasado se comienza a incluir el uso de la computadora en los laboratorios de Física general para la toma de datos, con esto se abrió la posibilidad de realizar el registro de los parámetros en el fenómeno simultáneamente a la elaboración de las curvas correspondientes. Algo que solamente era posible con aparatos complicados como el que se usaba en los laboratorios de Ingeniería mecánica de la universidad de Ingeniería para ver la formación del ciclo termodinámico de un motor a gasolina haciendo el registro simultaneo de la presión y el volumen y su la obtención del gráfico del ciclo de Otto en forma mecánica con un ingenioso sistema de mecanismos complicados. También en otra oportunidad una firma vendedora de equipos textiles en una exposición de sus equipos en el Hotel Crillón mostró un equipo que hacia el gráfico deformación esfuerzo de un hilo encontrando así su esfuerzo de trabajo.
Aparecieron firmas vendiendo equipos apara esto a mi me parecieron de costo alto para nuestro medio así que me puse a trabajar en el pequeño taller de la sección Física de la Universidad en que laboraba y puede hacer algunos prototipos que quedaron registrados en el siguiente documento escrito en 1993.

Hugo Medina Guzmán
1995

A pesar de haber transcurrido 20 años este documento no ha perdido vigencia porque con mucho deseo y un poco de ingenio se puede tener lo necesario para trabajar con material de última generación.

Equipo para demostraciones de aula.
Para este caso lo mejor es hacer el equipo necesario para la demostraciones y todas las variaciones, cuando es diseñado y construido bajo la dirección de uno es posible conocerlo a detalle y evitar totalmente las situaciones en que fenómeno no sale y el descontento de la audiencia al ver que la física no se cumple, para esto no es necesario ser un experto o tener formación especial aquí nuevamente funciona el deseo de hacer las cosas y despertar al ingenio dormido que todos llevamos.
El siguiente trabajo muestra la secuencia de la incubación de una idea hasta llegar a su materialización.

Hugo Medina Guzmán
2008


¡Buena suerte!

jueves, 6 de junio de 2013

Yo, Profesor

De niño tenía la curiosidad de conocer cómo funcionan los motores, me explicaba el motor a vapor con su sistema de tubos que conducen el vapor a un lado el cilindro y mediante un sistema de se cambia al vapor hacia una entrada opuesta para empujar al pistón hacia el lado opuesto produciendo el movimiento reciprocante y mediante un sistema de biela manivela es convertido en movimiento circular.

Se me hacía difícil entender con el sistema sin cambio de entrada, no entendía todavía la inercia que proporciona la volante de inercia.

Uno de los primeros juguetes que construí fue un muñequito de plástico dentro de un frasco tapado con el jebe de un globo que subía o bajaba según la presión ejercida sobre una membrana, eso lo vi una tarde rumbo a la escuela, porque desviaba mi camino a una calle paralela al camino más corto para pasar por el mercado y comprarme una refrescante raspadilla en el caluroso mediodía huarasino. En las afueras del mercado observé a un charlatán que adivinaba la suerte mediante un muñequito conocido como Chumbeque contrapesado para mantenerlo vertical dentro de un gran frasco lleno de agua, al cual hacia subir o bajar a su voluntad, pude ver que el mantenía una mano sobre el frasco cubierta con una franela de tal manera que no se observara su manipuleo, eso lo deduje y lo repetí en la casa usando un frasco vacio de los que traían mermelada. Y el muñeco un frasquito en los que venía la penicilina, el contrapeso fue muy fácil un pedazo de alambre de los usados como fusible en la caja de entrada de la electridad.
Usando como membrana el jebe de un globo reventado, un frasco vacio de mermelada y como muñequito un frasquito pequeño en los que venían los inyectables pude hacer uno que funcionaba muy bien. Más adelante me enteré era el Diablito de Descartes o Ludión.

Mi entretenimiento favorito era la lectura de la colección de revistas Hobby (revista argentina de manualidades) que despertaba mi curiosidad, porque en ella encontraba la explicación de muchos fenómenos y los planos con instrucciones para construir motores y me hacían soñar en algo se podía hacer con creatividad y trabajo manual.

En la primaria (Profesor Moisés Núñez Sánchez) no recuerdo que haya habido mucho relacionado con física, teníamos los cursos, cálculo (matemáticas), vida animal y vegetal (botánica y zoología) niño y la salud (anatomía). Pero lo que más me impresionó fue el aparato de Gravesande, aparato para la demostración de la dilatación térmica que el profesor nos mostro, me dejó pensando en como sucedía tal fenómeno. 
En la secundaria aparece física en los dos últimos años con el texto de Juan Tauro del Pino publicado en la imprenta del colegio militar Leoncio Prado, que al parecer es el colegio que marcaba el rumbo a todos los demás.

Recuerdo mucho cuando el profesor Jorge Giraldo nos presento una máquina electrostática de Wimshurst, daba vuelta a la manivela y entre las esferas saltaba un rayo con estruendo y todo, el seguía explicando y al tocar la máquina dio un salto porque sufrió una descarga.



También recuerdo la visita al Colegio Nacional "2 de Mayo" de Caraz en la que el profesor Lucio Huerta nos hizo demostraciones usando un carrete de Ruhmkorff.









Mi padre, maestro él, quería que yo estudiase medicina, mi madre veía esto con muy buenos ojos, su padre, mi abuelo Luís Guzmán Villa, había sido un médico que falleció a la temprana edad de 40 años víctima de la llamada pulmonía fulminante, en esos tiempos mal sin salvación. Pero un día, no recuerdo exactamente cuándo, pero me parece que estaba en segundo o tercer año de secundaría, dije a mi padre que yo quería trabajar con equipos, que quería conocer cómo funcionan los aparatos, hacer experimentos y a lo que el me respondió, “lo que tú quieres ser, es ingeniero mecánico”. En ese tiempo la física como carrera no era conocida y no había un centro de estudios en el país que se caracterizara por esa profesión, existía la Universidad de San Marcos con medicina y leyes, la Universidad Nacional de Ingeniería, con sus ingenierías, La Molina con Agronomía y por allí se escuchaba la Católica con Ingeniería Civil en la que se formaban expertos calculistas y excelentes abogados y no había más. Debido a que yo me sentía contento viendo mecanismos y explicándome de cómo funcionan las cosas, parecía lo más adecuado para mí. Eso me llevó a estudiar Ingeniería mecánica y eléctrica en la Universidad Nacional de Ingeniería, la que conocía por haberla visto en una de las estampillas de la colección de mi padre.

Eso me llevó a estudiar ingeniería y sin darme cuenta estaba metido en el mundo del estudio de la Física y también de todos los demás cursos en que la repetición de lo aprendido no se tomaba en cuenta había que comprender y poder aplicar a situaciones diversas haciendo uso de una serie de técnicas que había que aprender en base a mucha practica y paciencia.
El primer año conocí a los señores Sears y Zemansky, libro muy denso, lleno de explicaciones pero para los exámenes me ayudaban poco.

En el segundo año hicieron aparición los señores David Halliday y Robert Resnick texto que suprimía varias partes de la física clásica, pero yo pensaba en algo que me enseñara la técnica de cómo abordar situaciones, que no haya pasos misteriosos para hacer algún cambio que facilite la solución de la situación presentada. 



Me acostumbre y seguí sin mayor cuestionamiento hasta Terminar los estudios de ingeniería. Recibí el grado de Bachiller en Ingeniería Mecánica y Eléctrica el 23 de diciembre de 1965 (en ese tiempo era necesario hacer una tesis), de manos del Ingeniero Mario
Samamé Boggio en aquel entonces Rector de la UNI. Yo tenía grandes dudas sobre mí dedicación futura, si ponerme a trabajar en mantenimiento de maquinarias o en construcciones metálicas, en refinerías, en la industria pesquera o en otras afines, esos eran los trabajos más comunes en ese tiempo para un ingeniero mecánico que se iniciaba.

Un día me encontré casualmente con el profesor Sanmarquino José Wenceslao Vásquez
Rojas, profesor de física en muchas universidades quien fue mi Jefe de Prácticas en el primer curso de Física que tomé en la UNI. Mantuve una conversación con él, y me pidió que fuera jefe de prácticas de una de sus cátedras. Como solamente serían los sábados por la tarde no vi ningún inconveniente y acepté. Se trataba de un curso de física, la parte de electricidad, para la Facultad de educación de la Pontificia
Universidad Católica del Perú. Todo marchaba normalmente, hasta que un día el señor decano de la facultad, el padre San Cristóbal, me informó que el Ingeniero Hugo
Sarabia Swett quien en ese tiempo había sido encargado de organizar el recién creado
Departamento de Ciencias quería conversar conmigo. Tuvimos una reunión, hablamos de varias cosas, y al final me invitó a visitar el local de la facultad de Ingeniería en el lugar conocido como fundo Pando. Acepté, al fin y al cabo, siempre es bueno conocer.

Así es como me inicié en el mundo de la enseñanza de la Física.

Con el tiempo pude armar un compendio del material preparado para la enseñanza, este forma tres volúmenes con los nombre de Física 1, Física 2 y Física 3.

El año 2009 los volúmenes 2 y 3 son publicados en el blog de biblioteca de la Pontificia Universidad Católica del Perú.

Física 1 y Física 2 de Hugo Medina, en versión digital
Gracias al aporte del Profesor Hugo Medina, el Sistema de Bibliotecas pone a disposición de sus usuarios ambos títulos en versión digital. Aunque los dos libros no fueron publicados por el Fondo Editorial, hemos considerado importante incluirlos dentro de la colección digital del Sistema de Bibliotecas debido a la gran demanda que tienen, principalmente, entre alumnos de Estudios Generales Ciencias.
Los interesados pueden bajar el texto completo, capítulo por capitulo, en ambos casos.
Desde el catálogo en línea se puede acceder a estos recursos electrónicos buscando por autor, título o tema.
A la fecha es de amplio uso en todo el país y en universidades de Latinoamérica y España. Como a continuación se puede ver un portal de universidades chilenas.
Universidades de Chile
Física (Hugo Medina)
Textos de Física del profesor Hugo Medina Guzmán de la Pontificia Universidad Católica del Perú. Estos libros tienen por objeto brindar a los estudiantes de la Física General una ayuda para dominar los principios físicos que son la base de la tecnología moderna. Se asume que los estudiantes tienen una base de álgebra, geometría, y trigonometría. Son mucho más compactos que los libros de texto tradicionales, se proporcionan muchos ejemplos trabajados y piden resolver problemas.


En el 2010 el volumen 1 es publicado por el fondo editorial de la PUCP.

Fondo editorial de la Pontificia Universidad Católica del Perú
Título: Física 1
Autor: Medina Guzmán, Hugo 
Editor: Pontificia Universidad Católica de Perú 
isbn: 9789972429248 
Lugar de publicación: Lima, Perú 
Año: 2010 
Paginas: 320 
DDC: 530 
CDU: 53 
Descripción:
Este libro toma como punto de partida una observación experimental. A partir de allí se desarrollan los conceptos físicos que permiten interpretar esta observación utilizando la formulación matemática más sencilla.


En la actualidad 2013 estos volúmenes han sido revisados, corregidos y considerablemente aumentados, los que deseen información al respecto pueden escribir al email


miércoles, 10 de junio de 2009

EL USO DE LAS DEMOSTRACIONES EN LA ENSEÑANZA DE FÍSICA


La experiencia nos muestra que la enseñanza de la Física en los últimos tiempos ha evolucionado de tal manera que se está dando preferencia a la parte operativa perdiendo noción del entendimiento conceptual. La meta de los estudiantes es pasar el curso, sus notas están determinadas completamente en su habilidad de resolver los problemas del libro de texto o similares, de tal manera que el profesor que muestra como proceder con métodos analíticos tiene mucha aceptación, así que, emplea la mayor parte del tiempo o la totalidad en enseñar estas técnicas y no pierde tiempo” realizando demostraciones. El método analítico no lleva a reconocer la realidad, de tal manera que el estudiante no puede diferenciar entre un resultado aceptable de uno imposible y hasta ridículo.
Este trabajo muestra la necesidad de realizar demostraciones en la clase, las demostraciones son en cierta forma mini laboratorios, algunas veces con toma de datos numéricos que en contraste con el método analítico nos acerca a la realidad del mundo en que vivimos.
Así también se muestra con ejemplos como se puede realizar demostraciones sin disponer de un presupuesto especial, aprovechando los elementos existentes en el colegio o universidad. Complementando con materiales que se pueden conseguir en cada localidad a bajo costo.
Una parte importante es la organización del almacenamiento del material que se va obteniendo para su uso posterior.
También es importante interesar a los profesores para que utilicen este recurso que redundará en la mejor preparación de los estudiantes despertando en ellos su interés, su curiosidad y su espíritu creativo. Además una clase con demostraciones es un método para enseñar conceptos básicos con efectividad y amenidad, hasta los estudiantes mas desinteresados prestan atención y escuchan al profesor.
En el Perú la enseñanza de la Física apoyada con demostraciones en los últimos años ha sido olvidada debido a motivos causados por la masificación de la enseñanza, la falta de disponibilidad del equipo necesario, carencia de salones adecuados con los recursos físicos para realizar las demostraciones, también la demanda de profesores ha superado al ritmo lento en que se pueden formar docentes que hayan desarrollado el arte y la ciencia que la enseñanza con demostraciones requiere. Este factor ha contribuido a que la enseñanza de física con demostraciones a nivel de los primeros cursos en las carreras de Ciencias e Ingeniería ha disminuido haciéndose casi cero.
El objetivo de este trabajo es hacer ver la importancia de las demostraciones, mostrar como elegir las demostraciones y como organizarse para poder realizarlas en la clase.

IMPORTANCIA
Las demostraciones ofrecen la única oportunidad para muchos estudiantes de observar la base experimental de la ciencia.
El uso de las demostraciones depende principalmente del gusto personal de los instructores. La mayor parte por lo general están en contra de emplear tiempo en realizar demostraciones y frecuentemente desalientan a los quieren realizar un limitado número de experimentos.
En una clase el profesor debe mostrar como piensa un físico profesional acerca de un tópico, desarrollándolo desde sus fenómenos primarios. En este proceso las demostraciones juegan un papel importante porque además de mostrar un fenómeno o un principio añaden un condimento de interés extra sin el cual aún la mejor conferencia puede hacerse tediosa por falta de variedad.
Como el objeto de la física es comprender un fenómeno, las demostraciones son una parte indispensable para la enseñanza de la física. Las demostraciones agudizan la sensibilidad del estudiante a la variedad de sucesos en la naturaleza, lo cual es un atributo útil para la actividad científica. El cambio de una conferencia en pizarra por una demostración viva, por ejemplo una experiencia simple como escuchar un efecto doppler, contribuye a mantener el interés del estudiante.
La interacción entre el profesor y la clase es lo que cuenta, la que debe ser inmediata y espontánea.
La importancia de una buena demostración es que nos muestra directamente algunos aspectos de la física, además nos brinda un contrapeso al material descriptivo analítico que forma lo mayor parte de la conferencia.

COMO ELEGIR LAS DEMOSTRACIONES
El uso más frecuente de demostraciones es sin duda en la muestra de aspectos cualitativos de un fenómeno físico. En la demostración la naturaleza habla por sí sola. Para estar seguro de lograrlo ésta debe ser una versión altamente trabajada de la naturaleza para no crear una barrera entre el estudiante y el fenómeno cuándo este realmente pasa.
Cuando se tienen dispositivos inventados con el solo propósito de usarlos en una demostración particular y no tienen justificación fuera del contexto del salón de clases, pueden inhibir al estudiante de reconocer la relevancia de la física del salón de clases y el comportamiento de los objetos de la vida diaria. Por supuesto que hay excepciones a este principio, como es el caso de una buena máquina de Ondas o un Carril neumático por ejemplo, estos pueden mostrar propiedades que son difíciles de demostrar en otra forma.
Para seleccionar un experimento este debe ser bueno para la audiencia, tanto intelectualmente, lógicamente, mecánicamente y visualmente.
Para esto el conferencista debe realizarse las siguientes preguntas. ¿Pueden ver claramente los estudiantes de la última fila?, Pueden ver lo esencial incluyendo las lecturas en los amperímetros y las medidas que se toman.
¿Se dejan muchas cosas para creer? Por ejemplo si el conferencista toma las lecturas en un microscopio y anuncia a la audiencia lo que el ve.
¿Son necesarios argumentos demasiado largos?
Si hay mucho razonamiento, desarrollo matemático se pierde el experimento y su impacto.
¿Hay muchas cajas negras en la parte esencial? Las partes componentes deben ser obvias, si parte de los detalles no pueden verse estos deben de tener una función familiar como es el caso de un cronómetro, un amplificador de señales, un osciloscopio.
Se reconoce el valor de las demostraciones cualitativas pero las posibilidades de las demostraciones cuantitativas pueden explotarse ahora con laboratorios asistidos por computadora en que se hace la toma de datos, tabulación y gráficas todo en tiempo real, contando con los dispositivos de proyección apropiados los estudiantes pasan a ser observadores activos, saliendo del estado de pasividad que el sistema de conferencia generalmente los pone.
No solamente se puede explotar la belleza inherente y brillantez que son características de muchos fenómenos físicos. También se puede emplear la analogía y modelos en los tópicos más avanzados donde el fenómeno primario no puede ser exhibido directamente.

COMO ORGANIZAR LAS DEMOSTRACIONES
Las demostraciones incluyen costos en dinero y en tiempo para la preparación y espacio para su presentación y almacenamiento.
Aun los experimentos simples realizados en el contexto de un curso universitario más complejo, frecuentemente añaden mayor comprensión al problema que sé está estudiando. Otros profesores prefieren demostraciones muy elaboradas y un equipamiento complejo para realizar una medición difícil o con precisión. Los experimentos de tipo complejo son difíciles de mantener actualizados, para un equipo nuevo el método previo se hace obsoleto. Los profesores que realizan este tipo de experimentos generalmente se prestan equipos de sus propios laboratorios por lo cual solo algunos profesores pueden hacer estos experimentos, una persona que esta haciendo investigación puede tener equipo para él, pero no para los otros. Además del costo para mantener actualizados este tipo de experimentos, es necesario contar con ayuda de personal especializado para armarios y para mantenerlos.
El uso de las demostraciones depende crucialmente de la facilidad con que puedan ser ensamblados y presentados. Un método muy útil es tener una mesa rodante con las demostraciones ensambladas y probadas, listas para poder ser transportadas fácilmente del área de presentación del salón de clases.
En el salón de demostraciones es conveniente que los asientos se eleven con inclinación de tal manera que permita la visión hasta a los últimos asistentes, la acústica del local debe permitir oír a todos los presentes.
El salón debe contar con las instalaciones eléctricas necesarias que permitan hacer el uso de las ayudas como son proyectores, computadoras, etc.
Es recomendable tener un salón adjunto al salón de clases para preparar el experimento y transferirlo fácilmente al salón y retirarlo cuando el experimento termina.
También es de gran importancia tener un ambiente para almacenamiento, donde se guarden los experimentos, los cuales deben tener notas detalladas, de tal manera que estén disponibles para todos los profesores que quieran mostrarlos a sus pupilos.
Sería de gran ayuda tener un técnico para asistir en la construcción de aparatos para las demostraciones y operarlos en el salón de clases.

COMO LOGRAR EL INTERÉS DE LOS PROFESORES.
Existe el problema que los profesores no quieren enseñar usando demostraciones, prefieren enseñar sólo teóricamente, parecen tener mayor confianza al hacerlo en esta forma. Sin embargo muchos de ellos descubren que as demostraciones pueden probar sus puntos efectivamente. Su entusiasmo aumenta cuando conocen a otros profesores interesados en las demostraciones y comparan e intercambian ideas para mostrar algunos principios físicos a sus clases.
Cuando un profesor aprende a enseñar con demostraciones cae en cuenta que se presentan problemas no esperados, el aparato que funciona muy bien con otra persona o durante su preparación puede fallar durante la demostración, aquí entra la habilidad en hacer reparaciones o alternar con otros experimentos de tal manera que la presentación no pierda fluidez, porque repetir un experimento que no funciona tiende a hacer la conferencia pesada. El profesor sin experiencia generalmente habla o hace la demostración pero no ambas simultáneamente, esto hace la conferencia tediosa, es necesario que mientras realiza una demostración el profesor debe estar hablando, ya sea haciendo descripciones o contando hechos o anécdotas relativos al fenómeno, es necesario mantener canales abiertos entre el estudiante y el profesor. Como fuente de ideas para demostraciones muchos textos basan la explicaci6n de un fenómeno en un experimento el cual indican en forma esquemática, para realizar esto es posible encontrar sugerencias en revistas como el Physics Teachers.
Además es posible que muchos profesores aisladamente conozcan experimentos sobre algunos tópicos, sería muy importante realizar reuniones de aprendizaje e intercambio de experiencias en forma periódica con el fin de entrenar y preparar profesores en el campo de demostraciones experimentales.

CONCLUSIONES
Es deseable incluir demostraciones en un curso de física elemental, una demostración bien concebida y bien ejecutada proporciona satisfacción y deleite tanto al profesor como a la clase.
Las demostraciones enseñan conocimiento real, ver es más que oír, se usa más de un sentido de percepción. Las demostraciones muestran fenómenos muy importantes y la base experimental de la física
Sería muy importante realizar reuniones periódicas dedicadas a la enseñanza e intercambio de experiencias para la enseñanza usando demostraciones.