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Introducción
Las prácticas de laboratorio ocupan un lugar cada vez más importante en el proceso de enseñanza de las asignaturas, motivado en primer lugar por el carácter activo que le confieren al proceso de aprendizaje y porque contribuyen a hacer más objetivo el conocimiento, a hacerlo más consolidado y duradero. En segundo lugar, son, de las formas de enseñanza, las que más acercan al estudiante de forma natural al trabajo científico-investigativo; de esta manera, contribuyen al desarrollo de las habilidades para el trabajo científico y a que, cada vez más, predomine la lógica del mismo en su actividad profesional. Por último, la realización de las prácticas de laboratorio desarrolla las habilidades experimentales exclusivas de esta forma de enseñanza, las cuales no pueden lograrse por ninguna de las restantes (Hernández, 2001; Hernández, Jiménez & Arévalo, 2002).
La contribución de la Física en la formación del ingeniero no se agota con la formación del cuadro físico del universo que presupone la comprensión de diversos fenómenos que se dan en la naturaleza o la fundamentación de la tecnología del mundo contemporáneo, sino que debe incidir al mismo tiempo en el desarrollo de las habilidades profesionales que tipifican los modos de actuación del ingeniero. Esto se ha venido manifestando como tendencia desde hace casi tres décadas en la formación de los ingenieros ( Álvarez, 1986, 1988; Torres, 1994; García del Portal, 1990; Del Risco, & Hernández, 2008).
Consciente de lo anterior y con el propósito de elevar la calidad de la docencia universitaria, el Ministerio de Educación Superior destinó un monto de un millón de dólares para la compra de equipos de laboratorio para la disciplina de Física de las carreras de Ciencias Técnicas y Ciencias Exactas, los cuales empezaron a recibirse en las universidades a partir del segundo semestre del curso 2006-2007.
Desarrollo
Para llevar a cabo el proceso de puesta a punto de los equipos nuevos con propósitos específicos se implementó una metodología que garantizaba la explotación de los mismos, de forma segura e integral, pues terminaba con la incorporación de la práctica al sistema de prácticas de la asignatura y su realización por los estudiantes. La misma contemplaba la realización de las siguientes tareas didácticas y técnico-experimentales:
Selección de los equipos por temas de la disciplina Física.
Estudio de la documentación técnica (en todos los casos en idioma inglés) que brindaban los fabricantes y que acompañaba al equipo.
Montaje o puesta en marcha del equipo y verificación del modo de funcionamiento del mismo de acuerdo a la documentación técnica.
Realización de corridas experimentales para la comprobación de la exactitud con que se determinan las magnitudes previstas a determinar con el equipo.
Elaboración de las guías de las prácticas de laboratorio adaptadas a las condiciones de los nuevos equipos.
Realización de las prácticas por los alumnos ayudantes.
Incorporación de las prácticas al sistema de prácticas de las asignaturas y realización por los estudiantes.
Evaluación de la calidad de las prácticas y del impacto en la formación del profesional.
A continuación, algunos comentarios sobre cada una de las anteriores tareas.
Selección de los equipos por temas de la disciplina Física. 44.
El criterio fundamental seguido para esta selección fue el de lograr la cobertura máxima en los contenidos de los temas contemplados en las asignaturas. Se realizó un análisis de la cobertura que se podía lograr con el ingreso del nuevo equipamiento en los aspectos del sistema de conocimientos por temas de las asignaturas y en el sistema de habilidades (Fariñas, 1988; Fuentes, 1989; Horruitiner, 1985). Vimos que, excepto en algunos temas, la cobertura posible a alcanzar era ahora muy favorable.
Antes del arribo de los equipos la asignatura cuyas prácticas de laboratorio brindaban una mejor cobertura del contenido era la Física I, que aborda la Mecánica (incluidas las Oscilaciones y Ondas Mecánicas), la Física Molecular y la Termodinámica. En esta asignatura se alcanzaba un por ciento elevado en la cobertura, tanto del sistema de conocimientos como en de las habilidades. Un análisis preliminar del equipamiento recibido nos indicó que la presencia de los equipos nuevos llevaría el grado de cobertura de los aspectos del sistema de conocimientos para los temas de la asignatura Física I al 100% y mejoraría las condiciones con que se realizaban la mayoría de las prácticas que se efectuaban.
Las dos restantes asignaturas de la disciplina, la Física II (que aborda el Electromagnetismo y la Óptica) y la Física III (que aborda los temas de la Física Moderna) no tenían una situación tan favorable. En Física II el énfasis se hizo en estudiar las interacciones del campo magnético en los tres niveles previstos en el curso (con partículas cargadas, con conductores que transportan corriente y con dipolo magnético). Se revitalizó la de líneas equipotenciales y se unificaron las oscilaciones electromagnéticas libres y forzadas en circuitos RLC. Las restantes prácticas fueron mejoradas con los nuevos equipos. En Física III solamente el tema 3, Propiedades ondulatorias de las partículas. Principios de Mecánica Cuántica (que tiene carácter muy teórico, el equipamiento que se oferta para ello es muy específico y no se adquirió) y el tema 4 Átomos multielectrónicos, quedaban con pobre cobertura. El tema 1 Propiedades corpusculares de la luz no alcanza el 100% por no disponer de equipamiento relacionado con el estudio de la radiación térmica y precisa de elaborar algún montaje. El tema 6 Física del Núcleo puede ampliarse algo la cobertura, pero queda limitada a los fenómenos de la interacción de la radiación con las sustancias.
Estudio de la documentación técnica (en todos los casos en idioma inglés) que brindaban los fabricantes y que acompañaba al equipo. 48.
Ante todo, el idioma inglés usado por los especialistas chinos es bastante complicado porque se emplean términos y expresiones no adecuadas, lo que en ocasiones hacía difícil la comprensión del material y exigía la lectura reiterada de un mismo párrafo hasta lograr captarle el sentido. Se garantizó que en ningún caso se montaba el equipo ni se energizaba si antes no se tenía plena comprensión de sus características. Esto resulta vital para evitar roturas y daños a los equipos que son costosos.
Montaje del equipo y verificación del modo de funcionamiento del mismo de acuerdo a la documentación técnica. 50.
Realización de corridas experimentales para la comprobación de la exactitud con que se determinan las magnitudes previstas a determinar con el equipo. 52.
Se efectuaron para cada uno de ellos un grupo de corridas experimentales durante las cuales se obtuvieron juegos de datos de las magnitudes necesarias para su procesamiento estadístico conforme al fundamento teórico del experimento. Los resultados obtenidos al procesar los datos experimentales nos permitían calcular los errores cometidos y comprobar si estaban en los límites que establecía el fabricante para la magnitud objeto de estudio. En todos los casos los resultados fueron satisfactorios.
Elaboración de las guías de las prácticas de laboratorio adaptadas a las condiciones de los nuevos equipos. 54.
Se elaboraron o reelaboraron 25 guías de prácticas de laboratorio las cuales tenían la siguiente estructura: título de la práctica, objetivos, fundamentación teórica, descripción de la instalación experimental, técnica operatoria, elaboración de los resultados y anexos con fotos de los equipos.
Se procuró que no fueran muy extensas y se colocaron en versión digital en los materiales de las asignaturas en la plataforma Moodle y se incluyeron junto con algunas animaciones, prácticas virtuales y otros materiales en una multimedia soportada en CD.
Realización de las prácticas por los alumnos ayudantes. 57.
Los alumnos ayudantes realizaron las prácticas a partir de las guías desarrolladas. Esto sirvió para comprobar si estaban escritas de forma accesible a los estudiantes. Los resultados experimentales obtenidos por los alumnos ayudantes sirvieron para evaluar el grado de repetitividad respecto a los nuestros y usados como referencia para el resto de los estudiantes. En Física III los estudiantes que tenían buen aprovechamiento en la asignatura, realizaron todas las prácticas antes que el resto del grupo y luego ayudaron al profesor durante la impartición de las prácticas al grupo. En este caso precisaban las características de las instalaciones experimentales, la técnica operatoria y los cuidados a tener en cada caso.
Incorporación de las prácticas al sistema de prácticas de las asignaturas y realización por los estudiantes. 59.
Se establecieron los ciclos de prácticas de acuerdo al fondo de tiempo para esta forma de docencia que aparecía en el Plan Calendario de las Asignaturas, se organizaron los subgrupos para el laboratorio con los equipos conformados previamente y a cada uno se le programó las sesiones en que iba a trabajar en el laboratorio y en qué orden iba a realizar las prácticas del ciclo. Se les facilitaron las guías en diferentes formatos y luego de realizadas las prácticas se recogieron los informes para usar los datos en calidad de elementos de evaluación de la repetitividad.
Evaluación de la calidad de las prácticas y del impacto en la formación del profesional. 61.
El primer elemento que se tuvo en cuenta durante la evaluación de la calidad se obtuvo a partir de un análisis pormenorizado de las características del nuevo equipamiento y de cuáles ventajas traía consigo su empleo respecto al equipamiento anteriormente usado. Esto incluyó la precisión de los equipos, la exactitud de las magnitudes determinadas, el error relativo de sus valores respecto a los reportados en la literatura, entre otras.
El segundo elemento fue el grado de repetitividad de los resultados obtenidos con los diferentes montajes. Para ello se compararon los resultados obtenidos por el profesor durante la etapa de montaje, los de los alumnos ayudantes, los de los grupos de estudiantes y los ofrecidos por los fabricantes.
Otros elementos fueron recogidos en una guía que aparece en el segundo anexo y a la que se sometieron los montajes anteriores y los nuevos.
Por último, se aplicó una encuesta a los estudiantes cuyo contenido aparece en el primer anexo y que trataba de obtener sus opiniones relativas a la calidad de las mismas.
Las tareas didácticas y técnico-experimentales llevadas a cabo hicieron que la calidad del sistema de prácticas de laboratorio de la disciplina Física se haya elevado ostensiblemente. Destacamos los siguientes elementos que lo determinan:
1. Aumento en la precisión al determinar las diferentes magnitudes
Como ya anotamos, en todos los casos se eleva la precisión con que se determinan las magnitudes necesarias para obtener los resultados previstos en las prácticas. A manera de ilustración presentamos en la tabla 1 los resultados obtenidos por varios grupos de estudiantes de Física III, en los cuales los errores relativos de las magnitudes a determinar experimentalmente resultan bajos comparados con los valores teóricos reportados en la literatura. De igual manera, en los casos en que las magnitudes tenían dependencias lineales los valores de los coeficientes de correlación siempre eran muy cercanos a 1.
Tabla 1 - Resultados obtenidos por los equipos de laboratorio de los estudiantes en prácticas de Física III.
Tabla 2 - Resultados obtenidos en corridas experimentales durante montaje de prácticas de Física II.
En la tabla 2 aparecen los resultados obtenidos durante las corridas experimentales de los montajes de Física II.
2. Aumento del grado de reproducibilidad y de la confiabilidad
La realización de las prácticas de laboratorio por los primeros grupos de estudiantes puso de relieve el grado de reproducibilidad de los resultados, lo cual hace que los mismos resulten muy confiables y aseguran, que, con un trabajo cuidadoso por los estudiantes, les permitirá obtener los resultados previstos. Una manera de evidenciar lo anterior fue la comparación de los resultados obtenidos por varios grupos de estudiantes y los resultados en las corridas experimentales durante la puesta a punto de los equipos y en los informes confeccionados por los estudiantes de alto aprovechamiento. La tabla 1 brinda algunos elementos, así como la tabla 3 referida a la práctica de efecto Hall.
3. Resultados de la evaluación de la calidad de las prácticas de laboratorio según guía elaborada.
Cada práctica de laboratorio fue evaluada según la guía elaborada antes y después del proceso de perfeccionamiento y que aparece en el anexo 2. En el caso de prácticas que anteriormente no existían la calificación inicial era cero (0). En la tabla 4 aparecen los resultados particulares para la Física II.
Tabla 4 - Resultados de la evaluación de las prácticas de Física II antes y después del proceso de perfeccionamiento.
4. Opiniones de los estudiantes
Al concluir los ciclos de prácticas se evaluó, con la aplicación de una encuesta anónima, el grado de satisfacción de los estudiantes con las mismas, cómo vieron el cumplimiento de los objetivos previstos para cada una, el grado de vinculación con el contenido de la las habilidades experimentales adquiridas y la evaluación integral que le otorgarían tomando en cuenta todos los aspectos. La calificación de cada aspecto se expresó en una escala de 1 a 5. Los resultados particulares para Física III se muestran en la tabla 5.
Como se observa ningún aspecto recibió calificación inferior a 3 puntos y solo en dos oportunidades se otorgó esta calificación. La mayoría evalúa con valores de 4 y 5. Un análisis riguroso de estas opiniones nos indica que en las respuestas a la pregunta 4 en las prácticas 1 y 5 se invierte el orden de calificación siendo mayoritaria la de 4 por encima de la de 5. Esto se corresponde con el hecho de que en las mismas existe menos manipulación por parte de los estudiantes y nos indica que hubo objetividad en sus respuestas (Hernández, Hernández & Tsering, 2010).
5. Impacto en la formación del profesional
Hay una mejora ostensible de la cobertura en el sistema de conocimientos y habilidades antes y después de implementado el sistema (con las nuevas y las remodeladas) tal y como puede apreciarse en las tablas 6 y 7. Es evidente que el estudiante al realizar estas nuevas prácticas de laboratorio que permiten mostrarle nuevos elementos del contenido que antes no era posible por la vía experimental o que ahora realiza prácticas de mayor calidad, con más precisión que hacen más verosímil la verificación que se hace de las leyes estudiadas y las principales relaciones teóricas resulta con una formación mucho más completa.
Tabla 6 - Cobertura de los aspectos del sistema de conocimientos por temas de las asignaturas componentes de la disciplina Física.
Además de su evaluación cuantitativa en las guías empleadas para evaluar la calidad de las prácticas, los profesores expresaron sus criterios cualitativos que se resumen en que el perfeccionamiento llevado a cabo:
Permitió ampliar el estudio experimental de los contenidos del programa comparados con los cursos anteriores (antes en algunos casos estaba restringido al tratamiento teórico).
Amplió la gama de fenómenos abordados en el laboratorio (hay posibilidad de ofrecer prácticas opcionales a los interesados, entre ellos los estudiantes de alto aprovechamiento).
Enriqueció el diseño de las tareas experimentales en cuanto a su variedad del contenido y del equipamiento empleado.
Elevó la calidad de los instrumentos y equipos de medición empleados, lo que se refleja en la precisión de los valores experimentales obtenidos y la reducción de los errores.
Elevó el nivel del uso de las TIC en cuanto a la presencia del procesamiento de los datos experimentales.
Mejoró el proceso de habilidades de todo tipo (experimentales, de elaboración de informes, de procesamiento de datos, etc.) por parte de los estudiantes.
Abrió el espacio para el diseño de las prácticas por parte del estudiante.
El trabajo se encuentra ya aplicado desde el curso 2009-2010 y se sigue aplicando en la actualidad. De su aplicación han resultado beneficiados los estudiantes que han realizado las prácticas de laboratorio de la disciplina Física de las carreras de Ingeniería Mecánica, Industrial, Informática, Agronomía y Química. En la Universidad de Camagüey se concretó su aplicación en el curso 2010-2011y el centro emitió el correspondiente aval de introducción del resultado.
6) Vínculo con el trabajo científico estudiantil
Uno de los méritos principales del trabajo es la participación de los estudiantes mediante el trabajo científico estudiantil extracurricular en el grupo organizado para tales fines. Esto ha potenciado su participación en eventos nacionales e internacionales, así como la publicación de artículos en revistas nacionales e internacionales. Se han obtenido varios premios en los eventos municipales y provinciales del Fórum de Ciencia y Técnica correspondientes a las convocatorias XVI y XVII, en los cuales han resultado Destacados.
Conclusiones
Las tareas técnico-experimentales y didácticas llevadas a cabo para el perfeccionamiento del sistema de prácticas de laboratorio elevan ostensiblemente el grado de cobertura en los aspectos del sistema de conocimientos y las habilidades para los temas de la disciplina Física.
El sistema de nuevas prácticas de laboratorio para la disciplina Física se ha aplicado con éxito durante varios cursos y se está aplicando actualmente con los grupos de las carreras de Ingeniería Mecánica, Química, Industrial e Informática.
Las tareas realizadas para la incorporación del nuevo equipamiento a las prácticas de laboratorio de la asignatura Física son las adecuadas para que el trabajo tenga integralidad.
La calidad de las prácticas de laboratorio ha aumentado significativamente, lo cual se manifiesta en el aumento de la precisión con que se determinan las magnitudes a medir y el grado de repetitividad y confiabilidad de los resultados. Esto determinó el alto grado de correspondencia de las dependencias estudiadas y los bajos valores de los errores relativos cometidos. Esto trae consigo una formación profesional de mayor calidad.
El impacto sobre la formación del estudiante quedó evidenciado con la evaluación efectuada en base al criterio de los expertos. Las opiniones de los profesores y estudiantes reafirman esta aseveración.
El trabajo realizado tiene muchas posibilidades de continuar su generalización de forma inmediata a otras universidades por cuanto gran parte del equipamiento está tipificado en las mismas y los planes de estudios son los mismos nacionalmente.
