Servicios personalizados
Español (pdf)
Articulo en XML
Referencias del artículo
Enviar articulo por email
Citado por SciELO 
Similares en
SciELO 
Permalink
Introducción
Las computadoras han penetrado las diferentes esferas de la actividad de la sociedad, en particular la salud pública. Los experimentos de cálculo o simulaciones computadorizadas, inicialmente desarrollados para la solución de problemas en otras ciencias como la física, son ampliamente utilizadas en salud pública ya sea en epidemiología o la investigación médica y constituyen un medio de enseñanza en la educación médica superior. Esto se ha revelado al ciudadano común e incluso a los jóvenes que aspiran a carreras de ciencias médicas en los análisis de los pronósticos de la evolución de la pandemia de Covid-19 en las conferencias de prensa televisivas diarias del Director de Epidemiología del Ministerio de Salud Pública de Cuba y en otros espacios informativos a partir del análisis de los resultados de las simulaciones con modelos matemáticos en computadoras. La preparación de las nuevas generaciones de profesionales de la salud para que puedan asimilar las nuevas tecnologías empleadas en diferentes áreas de la profesión y sus constantes cambios es insoslayable.
Las computadoras han variado sustancialmente los métodos de investigación e influido decisivamente en el desarrollo científico. El análisis de la evolución y desarrollo de las computadoras permitió precisar las principales direcciones de utilización de las computadoras en la actividad científica investigadora [1], entre ellas se encuentran:
La realización de cálculos numéricos extensos
La realización de experimentos de cálculo o simulaciones computadorizadas
La automatización de experimentos
La utilización de sistemas expertos
El almacenamiento, organización, búsqueda y comunicación automatizados de la información científica.
El análisis de imágenes (trazas, fotos y videos) este trabajo se dedica especial atención a la realización de experimentos de cálculo o simulaciones computadorizadas.
En las condiciones de ampliación de las simulaciones computadorizadas Shannon y Johannes [2] las caracterizaron como "…el proceso de diseñar un modelo de un sistema real y llevar a término experiencias con él, con la finalidad de comprender el comportamiento del sistema o evaluar nuevas estrategias - dentro de los límites impuestos por un cierto criterio o un conjunto de ellos - para el funcionamiento del sistema".
El objetivo del trabajo es demostrar las potencialidades de los applets de Física para familiarizar a los estudiantes del Curso Premédico con la utilización de las simulaciones computadorizadas en la ciencia.
Desarrollo
Las simulaciones computadorizadas en la investigación en física
El impacto que las computadoras han producido en la Física a estado determinado por dos factores: a) los cambios que se han producido en los objetos de estudio y las condiciones en las que se realiza la actividad investigadora y b) el propio desarrollo que ha alcanzado esta tecnología.
Como consecuencia del desarrollo de las computadoras ya hacia 1965 se hizo posible la amplia difusión de la experimentación con modelos matemáticos en la computadora (experimentación numérica o simulación computadorizada).
La simulación es esencialmente una técnica para la realización experimentos con un modelo construido de una situación real, una hipótesis o un conjunto de hipótesis. Estos experimentos comprenden ciertos tipos de relaciones matemáticas y lógicas, las cuales son necesarias para describir el comportamiento y la estructura de sistemas complejos del mundo real a través de largos periodos de tiempo.
Los experimentos de cálculo o simulación matemática guarda semejanza con la investigación experimental y con la investigación teórica. Como en el experimento real, durante la simulación se examina un objeto variando sus propiedades y situándolo en diferentes condiciones. Esto se logra, por ejemplo, cambiando los valores de las constantes y de las condiciones iniciales de las ecuaciones con que se describe un proceso. Pero independientemente de las acciones que realice el investigador, él no estudia directamente un objeto material, sino ideal y el análisis efectuado es eminentemente teórico.
Como consecuencia de este proceso Shubik [3] precisó las condiciones bajo las que debe realizarse la simulación en lugar de manipular el sistema real “La simulación de un sistema (o un organismo) es la operación de un modelo (simulador) el cual es una representación del sistema. Este modelo puede sujetarse a manipulaciones que sería imposibles de realizar, demasiado costosas o imprácticas. La operación de un modelo puede estudiarse y con ellos, inferirse propiedades concernientes al comportamiento del sistema o subsistema real”.
Atendiendo a lo expresado por Shubik [3] y al papel del experimento en la investigación científica la simulación es conveniente o necesaria por:
La factibilidad y costo de experimentos para obtener datos para formular hipótesis
La complejidad del objeto que no permita la elaboración de un modelo matemático simple
El carácter de las soluciones del modelo
La y costo de experimentos para obtener datos para verificar hipótesis.
Un ejemplo de utilización de las simulaciones en los años de la década del 40 del pasado siglo permitió resolver problemas concernientes al desarrollo de la bomba atómica en el Laboratorio Nacional de Los Álamos en EE UU mediante la simulación de la difusión de neutrones en el material de fisión utilizando el Método de Montecarlo. Otro ejemplo más reciente es la preparación de experimentos para descubrimientos trascendentales de la Física fueron los que se realizarían en el nuevo acelerador de partículas LHC del CERN para revelar la existencia del bosón de Higgs.
Para la realización de las simulaciones computadorizadas en la ciencia se ha establecido un procedimiento estructurado en las siguientes etapas: a) Definición del sistema, b) Formulación del modelo, c) Colección de datos, e) Implementación del modelo en la computadora, d) Verificación, e Validación del Sistema, f) Experimentación, g) Interpretación y h) Documentación.
Las simulaciones computadorizadas en la salud pública
En varias ramas de las ciencias de la salud son utilizadas simulaciones de diferentes tipos con objetivos específicos. Esto fue evidenciado en el análisis de artículos publicados en revistas de ciencias médicas [4] [5] [6] [7].
En los estudios epidemiológicos los investigadores desarrollan y validan modelos matemáticos para estudiar la propagación de enfermedades y anticipar las epidemias para una mejor lucha contra ellas. Esto se reveló en los estudios sobre la evolución y desarrollo de la pandemia de Covid-19 para la toma de decisiones en cuanto a las medidas para su enfrentamiento como se muestra en recientes trabajos publicados en revistas especializadas [8] [9].
También se incrementa el desarrollo y la expansión cada vez más de las simulaciones en entornos virtuales para enseñar a los profesionales de la salud procedimientos terapéuticos y de diagnóstico, así como de conceptos y para la toma de decisiones médicas.
El análisis de artículos publicados sobre el empleo de las simulaciones en el proceso de enseñanza de la física entre los que se encuentran los de Rodríguez, Mena y Rubio [10]; Crespo [11]; Amadeu y Leal [12]; López [13]; Montoya y Salas [14]; Ayón y Víctores [15]; Sánchez [16], Fundora, Jiménez y García [17] permitió establecer que ha estado dirigido a la intensificación del aprendizaje, a la manipulación de datos para ver qué pasa, paliar las carencias de equipos de laboratorio reales y al aprendizaje de conceptos impactando fundamentalmente sobre los medios de enseñanza. En estos no se revela el papel de las simulaciones computadorizadas como método de las ciencias.
En calidad de programas para la realización de simulaciones computadorizadas en este trabajo se propone utilizar applets java. Los applets son programas escritos en lenguaje java que se incluyen en las páginas Web con el fin de posibilitar la interacción en tiempo real, incluir animaciones y sonido. Los applets pueden ser transformados, aprovechando su interactividad, de ilustraciones de fenómenos, a herramientas para la solución de problemas que demandan la realización de experimentos para comprobar hipótesis o que requieran verificar resultados de la aplicación de algún conocimiento anterior.
Muchos applets de física se encuentran en diferentes sitios en internet y pueden ser descargados gratuitamente. Se sugiere utilizar los que se ofrecen en el sitio www.walter-fendt.de pues contiene un conjunto de applets que corresponde a diferentes ramas de la Física en un entorno de fácil manejo.
Cada applet recrea de forma sencilla el fenómeno objeto de estudio y el sistema de medición (Figura Nº 1) en el que se pueden cambiar las condiciones iniciales y los valores de las constantes. Para la realización de las simulaciones utilizando los applets en las clases de Física se propone el procedimiento simplificado: a) Definición del sistema, b) Formulación del modelo, c) Colección de datos, d) Introducción de datos en el modelo en la computadora, e) Experimentación, f) Interpretación, g) Documentación
Sistema de tareas docentes para la realización de simulaciones computadorizadas en el tema Mecánica de la asignatura Física del Curso Premédico
En el objetivo general del Curso Premédico se declara que los estudiantes extranjeros deberán adquirir una preparación que propicie la asimilación de las habilidades, hábitos, modos de actuación y la educación de valores, necesarios para cursar la Carrera de Medicina. Esto se ha interpretado como la inclusión de conocimientos de anatomía y fisiología humana y su relación con contenidos de ciencias naturales pero se obvian los métodos y herramientas de esta ciencia.
Al imprimir una orientación salubrista a la asignatura Física del Curso Premédico resulta necesario la inclusión de simulaciones computadorizadas que permitan la familiarización de los estudiantes con esta herramienta ampliamente utilizada en las ciencias de la salud lo que le daría actualidad y pertinencia. Los objetivos del sistema de tareas docentes para que se presenta son:
Valorar la importancia de los conocimientos de las características de la caída libre de los cuerpos para el profesional de la salud y los ciudadanos en general.
Aplicar los conocimientos sobre la caída libre de los cuerpos en la prevención de problemas de salud y en diferentes actividades de la sociedad.
Realizar acciones características de la actividad científica contemporánea durante la solución de problemas.
Comunicar, con el uso adecuado del español y el vocabulario técnico de la mecánica y las ciencias de la salud, los resultados de la actividad cognitiva-valorativa.
Tarea 1. ¿Qué relación existe entre el movimiento mecánico y los problemas de salud? Comentario metodológico 1
En correspondencia con la idea de que la actividad investigativa se inicia a partir de una situación problemática contextualizada y con la orientación profesional del currículo en la Educación Superior se busca relacionar los problemas de salud con el movimiento mecánico.
El análisis con los estudiantes de los Anuario Estadístico de Salud [18] [19] correspondientes a los últimos años permitirá revelar que los accidentes constituyen la quinta causa de muerte en Cuba. El análisis de los datos de tipos de accidentes que provocan la mayor proporción de fallecidos indican que estos son las caídas accidentales.
Para precisar el estudio a realizar es necesario destacar que una caída no es más que el movimiento (mecánico) de descenso desde cierta altura. El impacto con el suelo de una persona que cae desde cierta altura puede provocarle lesiones muy graves, llegando hasta la incapacitación física e incluso a la muerte. El esqueleto axial, que son los huesos situados en la línea media o eje del cuerpo como la columna vertebral, soporta el impacto con el suelo. Una persona que llegara con las piernas extendidas al suelo se expone a recibir enormes fuerzas a lo largo del eje esquelético del cuerpo, con fracturas de la pelvis, las vértebras o las piernas.
Desde el punto de vista epidemiológico es necesario el estudio de las leyes objetivas, causas y condiciones de este problema de salud para su solución, como se expresa en el libro de texto de la asignatura Introducción a las Ciencias de la Salud para el Curso Premédico. [20]
Tarea 2. ¿Qué tipo de movimiento realizan los cuerpos durante la caída? Comentario metodológico 2
Para el estudio de la caída de los cuerpos se empleará el método que aparece en el libro de texto de Física Curso Premédico [21]:
Planteamiento claro y preciso de un problema.
Búsqueda y/o recogida de la información referente al problema a investigar.
Formulación y operacionalización de la hipótesis.
Verificación de la hipótesis mediante procesos adecuados para ello.
Análisis, discusión e interpretación de los resultados alcanzados.
Para la obtención de datos en un experimento real se puede recurrir a una foto estroboscópica de la caída de un cuerpo (Figura 4).
Según Valdés y Sifredo “El empleo de fotografías para el análisis de fenómenos no es un procedimiento meramente docente. Gracias a la fotografía se descubrió la radiactividad (1896) y fue posible el estudio experimental del movimiento.
Gracias a la fotografía se descubrió la radiactividad (1896) y fue posible el estudio experimental del movimiento browniano (1908-1909); ella ha influido notablemente en ramas como la Espectroscopía, la Astrofísica, la Astronomía, la Meteorología y la Física de las Alta Energías.” browniano (1908-1909); ella ha influido notablemente en ramas como la Espectroscopía, la
Astrofísica, la Astronomía, la Meteorología y la Física de las Alta Energías.” Según Valdés y Sifredo “El empleo de fotografías para el análisis de fenómenos no es un procedimiento meramente docente.
Se proporcionará a los estudiantes una copia de la fotografía sobre la que realizarán las mediciones con una regla. Los datos pueden ser introducidos en una hoja de cálculo ya preparada para el experimento virtual y comparar los resultados.
Conclusiones
La correspondencia entre los resultados obtenidos con el empleo del modelo matemático en la computadora y los resultados de las mediciones sobre la foto permiten aceptar la hipótesis adelantada.
Las leyes que es necesario considerar en la solución de problemas como ¿Cuál es la altura máxima que pueden tener los aparatos en un parque de diversiones para evitar lesiones en niños al saltar o caer de ellos? o ¿Cómo caer al piso al saltar durante la práctica de ejercicios físicos o la actividad laboral? son las del movimiento rectilíneo uniformemente variado.
El hogar es el lugar donde las personas pasan gran parte de su tiempo, donde se comparte con la familia, amigos y vecinos, es el confort donde a final de la jornada se descansa, sin embargo, si no se tienen en cuenta algunos requisitos puede ser motivo de desgracia en la mayoría de los casos fatales sobre todo si habitan niños y ancianos.
En niños por su desconocimiento e inexperiencia y en los ancianos por los cambios de la marcha y la rigidez músculo-esquelética, así como las alteraciones visuales.
Documentación
La elaboración del informe del trabajo se realizará como tarea extraclase.
Tarea extraclase
Redacte el informe del trabajo realizado. Valore el cumplimiento de la metodología a seguir en un trabajo científico según lo descrito en el epígrafe 1.1 del libro de texto. Elabore una síntesis en no más de dos párrafos para exponer en la próxima clase.
Verifique la conclusión de Galileo sobre la relación de las distancias recorridas en intervalo de tiempo iguales durante la caída de los cuerpos en su libro “Discursos y demostraciones matemáticas en torno a dos nuevas ciencias, relativas a la mecánica y a los movimientos locales”, Implemente un algoritmo en una hoja de cálculo con este fin.
Conclusiones
La introducción de simulaciones computadorizadas en el Curso Premédico constituye una necesidad y le proporciona actualidad y pertinencia.
Los applets de física pueden ser utilizados para familiarizar a los estudiantes con las simulaciones computadorizadas ampliamente utilizados en la ciencia y la salud pública.
La inclusión de las simulaciones computadorizadas en el Curso Premédico no solo modifica los objetivos sino también el contenido y los métodos de enseñanza.
