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Introducción
A partir de la situación mundial y nacional generada por la Covid-19, fue concebida la impartición de la asignatura Introducción a la Física al 1er año de la carrera Ingeniería en Automática para el curso 2021-2022 con carácter propedéutico. La asignatura fue impartida por la profesora principal de Física I con el apoyo de 8 Alumnos Ayudantes.
Una asignatura similar había sido diseñada e impartida, en el Plan de Estudio D, también como una preparación a la Física I, cuando los resultados de los estudiantes de 1er año no eran satisfactorios. Esta asignatura incluyó el fortalecimiento de los contenidos básicos adquiridos en la enseñanza precedente y la reafirmación de un correcto desarrollo de los procedimientos para el análisis y estudio de los procesos en la Física. Esto conllevó a una mejor capacidad de aplicar los conocimientos adquiridos en aras de lograr la sistematización y automatización de dichos procedimientos para cualquier tipo de proceso físico. Una mirada a los resultados posteriores en la Física I, luego de cursada la Introducción a la Física, revelaron una mejoría notable en el aumento de la calidad de las notas, así como, la disminución de estudiantes en la tercera convocatoria y desaprobados [1].
En el curso 21-22 la asignatura Introducción a la Física, con carácter electivo, se ha convertido en una opción efectiva para la recapitulación y preparación de los estudiantes de nuevo ingreso en la integración a la universidad después de la situación creada por la pandemia, en la que estos estudiantes no tuvieron condiciones normales de estudio, en la búsqueda de un mejor desempeño en la Física I. El objetivo principal de la asignatura es suplir las necesidades intrínsecas de estos estudiantes, teniendo en cuenta factores como el largo periodo de tiempo sin, prácticamente, asociación ninguna a actividades docentes y la nueva dinámica de enseñanza a distancia asumida por la universidad. Los retos, generados por la propia situación ya expuesta, llevan a repensar los recursos didácticos a utilizar en el proceso de enseñanza- aprendizaje con el objetivo de sistematizar y automatizar el desarrollo de procedimientos con los conocimientos aplicados, aun dada a distancia. El objetivo del presente artículo es mostrar las características esenciales del curso diseñado con la inclusión de nuevos recursos didácticos y los resultados comparativos entre las asignaturas de Introducción a la Física y la Física I en el curso 21.
Desarrollo
Mientras que la Introducción a la Física en el plan D fue concebida en la modalidad presencial con un sistema de clases impartidas por Alumnos ayudantes y la profesora principal, en la presente experiencia fue modelada como educación a distancia.
Para ello se crearon actividades para cada tema y orientaciones pertinentes, que incluyeron animaciones en modo teleclase como material complementario en los contenidos necesarios donde año tras año más problemáticas han tenido los estudiantes en su proceder.
Estructura de la asignatura Introducción a la Física en el curso 21 en la modalidad a distancia
Para el estudio de la asignatura se diseñaron 11 actividades según se presenta en la Tabla 1 que aparece en el Anexo 1. La asignatura contemplaba un tema introductorio en el cual se estudiaba la importancia de la Física, los sistemas de unidades y sobre todo como hacer más eficiente el uso del libro de texto, los Vectores y sus operaciones, la cinemática de los movimientos de traslación con aceleración constante asícomo el movimiento circular uniforme y el movimiento parabólico y las leyes de Newton y su aplicación en el caso de fuerzas constantes.
Para la impartición de la asignatura se utilizaron recursos didácticos tradicionales y se diseñaron otros novedosos.
Recursos didácticos
En la asignatura se utilizaron los siguientes recursos:
Libro de texto: Se empleó la edición 13 del libro de Sears Zemansky [2] que no se había utilizado antes en Automática lo que conllevó una nueva selección de problemas y, en correspondencia, un trabajo metodológico para la elaboración de las guías de estudio
Animaciones o videos para los principales procedimientos incluidos en el contenido
Guía de estudio para cada actividad
Una de las autoras de este trabajo, en aquel momento alumna ayudante de Física y estudiante de 2do año de Ingeniería Automática, aportó dos ideas a partir de sus propias experiencias, primero como cursante de la Física I en una modalidad a distancia [3] y, posteriormente, como alumna ayudante de la misma asignatura en una modalidad híbrida a sus propios compañeros de año [4]. Estas ideas fueron esenciales para perfeccionar las orientaciones para el estudio en la asignatura Introducción a la Física.
La primera de estas ideas fue incorporar en las tareas que debían realizar y entregar los estudiantes, a través de las cuales serían evaluados, tareas individuales y tareas colectivas. Las colectivas debían ser elaboradas y analizadas por todos los miembros del equipo mediante la vía que entendiera, y el jefe de dicho equipo debía entregar el resultado del análisis grupal. Luego, al final de cada actividad, el estudiante recibía 2 notas, una individual y otra de su equipo (figura 1).
Fuente: elaboración propiaFigura 1 Ejemplo de problema orientado, en la Actividad de Movimiento parabólico, para resolver y entregar en equipo.
Elaboración de los videos
La segunda idea, la cual tuvo mucho impacto, surge a raíz de la necesidad de crear un recurso didáctico preciso, que acercara el profesor al estudiante, y fue la elaboración de vídeos a modo de teleclase como material complementario. La Alumna Ayudante se responsabilizó por la parte técnica de su elaboración, mientras que la profesora principal de la asignatura seleccionó los procedimientos que debían ser "animados" mediante vídeos y, asesoró y controló el contenido que en cada uno tendría la presentación del problema seleccionado para cada caso.
Se identificaron como fundamentales los siguientes procedimientos:
Para el producto vectorial de dos vectores
Para el movimiento rectilíneo uniformemente variado
Para el movimiento parabólico
Para la aplicación de las Leyes de Newton
Se diseñaron en total cuatro videos, como soporte digital para el autoestudio de cada uno de los contenidos identificados. La duración de los mismos va desde los cuatro hasta los cuasi ocho minutos. Los videos están elaborados a partir de ejemplos tipo de cada tema, todos extraídos del libro. Los problemas son resueltos y animados mientras se escucha la voz grabada de la profesora principal de la asignatura explicando el procedimiento en cada caso. Todo ello incorporado sincrónica y coherentemente con las siguientes herramientas:
Principales procedimientos
Producto vectorial: Operación de vectores, fundamental e indispensable por su amplio empleo posterior en el tratamiento de magnitudes en la disciplina Física y otras disciplinas. En este caso, como ejemplo tipo, se seleccionó el caso del torque ejercido sobre una tuerca con una llave inglesa para aflojarla. El cálculo de su magnitud se presenta en la (figura 2a). Además, como parte del procedimiento, se desarrolla el método de la regla de la mano derecha para establecer la dirección y el sentido del torque (figura 2b). Con ello se concluye que un producto vectorial posee magnitud, y la vez, dirección y sentido.
Fuente: elaboración propiaFigura 2 a. Representación del análisis del torque ejercido con una llave inglesa sobre una tuerca. b. Aplicación de la Regla de la Mano Derecha para determinar el sentido de un producto vectorial.
Movimiento Rectilíneo Uniformemente Variado (MRUV): El procedimiento se inicia con el establecimiento del sistema de referencia (figura 3a), paso indispensable que regirá los signos de las magnitudes a analizar. De los datos extraídos del problema se conformarán, a partir de las ecuaciones generales del movimiento, las ecuaciones particulares (figura 3b), llamadas así porque describirán específicamente las características del movimiento en cuestión.
Bastará aplicar este procedimiento para hallar las incógnitas necesarias de una forma simple y perfectamente sistemática. Para el análisis gráfico del movimiento se sugiere colocar los gráficos de posición, rapidez y aceleración, uno debajo del otro y en ese orden (figura 3c) para aprovechar la mejor visualización posible de sus valores en cada instante de tiempo y así poder compararlos.
Fuente: elaboración propiaFigura 3 a. Establecimiento de un sistema de referencia. b. Determinación de las ecuaciones particulares del movimiento a partir de las generales.Fuente: elaboración propia. c. Análisis gráfico de las magnitudes posición, velocidad y aceleración en función del tiempo.
Movimiento Parabólico: Muestra cómo el movimiento parabólico se estudia a través de la superposición de dos movimientos (figura 4a): uno rectilíneo uniformemente variado en el eje vertical y otro rectilíneo uniforme en el eje horizontal con sus respectivas características (figura 4b y figura 4c). Por ende, la solución del problema consistirá en la aplicación de los procedimientos aprendidos con anterioridad, correspondientes a cada uno de los movimientos planteados.
Fuente: elaboración propiaFigura 4 a. Movimiento Parabólico como la superposición de dos movimientos. b. Movimiento Rectilíneo Uniformemente Variado (MRUV) con aceleración constante igual a la aceleración de la gravedad. Fuente: elaboración propia. c. Establecimiento de las ecuaciones particulares para cada eje.
Leyes de Newton: El ejemplo seleccionado sugiere un cuerpo sobre un plano inclinado con un ángulo de inclinación θ y empujado por una fuerza aplicada horizontalmente. Así como para cada procedimiento, resulta de vital importancia asumir correctamente un sistema de referencia, teniendo en cuenta el sentido del movimiento y la identificación de todas las fuerzas ejercidas sobre el cuerpo. Una vez descompuestas las fuerzas en sus componentes de cada eje, que así lo requieran y, señalado precisamente la posición del ángulo de inclinación, se ha completado el Diagrama de Cuerpo Libre (figura 5a). Luego se procede a la aplicación de la Segunda Ley de Newton para cada eje coordenado (figura 5b) y será posible hallar cualquier incógnita.
Fuente: elaboración propiaFigura 5 a Realización del Diagrama de Cuerpo Libre. b - Aplicación de la 2da Ley de Newton en cada eje.
Los videos elaborados se encuentran montados en el espacio de la nube de la Facultad de enseñanza con acceso de los estudiantes de Ingeniería en Automática y Biomédica correspondiente a la asignatura Introducción a la Física. Aunque de los cuatro, dos poseen un peso entre los 60 y los 100MB, y los restantes, entre los 100 y 150 MB, su acceso es gratuito, al igual que su descarga desde la plataforma.
Guía de estudio
Se elaboraron guías de estudio para las 11 actividades. La estructura de las guías es similar, aunque dependiendo del tema aparecían más elementos teóricos, siempre dirigidos al libro de texto. Todas las actividades tendrán: Titulo, Objetivos, Indicaciones para el estudio incluyendo las tareas de aprendizaje Tareas que deben entregarse (figura 6).
Fuente: elaboración propia Figura 6 a Guía de la Actividad 1 en la que se propicia que los estudiantes aprendan" a trabajar con el libro de texto, e identifiquen todos sus beneficios. b. Incorporación, en las indicaciones de la Actividad #7, de la orientación para el uso de los videos, elaborado en el estudio independiente.
Comparación de los resultados docentes de Introducción a la Física y Física I
Los resultados docentes obtenidos en el curso 21-22 en las asignaturas Introducción a la Física y Física I se presentan en la tabla 1
Tabla 1 Resultados docentes de las asignaturas Introducción a la Física y Física I del mismo curso. Fuente: Elaboración propia
| Grupo | Introducción a la Física | Física I | ||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Mat | Pres | Aprob | 5 | 4 | 3 | 2 | Mat | Pres | Aprob. | 5 | 4 | 3 | 2 | |
| A-11 | 27 | 25 | 25 | 15 | 8 | 2 | 2 | 27 | 25 | 25 | 7 | 8 | 10 | 2 |
| A-12 | 32 | 32 | 31 | 6 | 15 | 10 | 33 | 31 | 27 | 2 | 6 | 19 | 6 | |
| A-13 | 33 | 31 | 31 | 6 | 11 | 14 | 2 | 33 | 30 | 30 | 14 | 10 | 6 | 3 |
| A-14 | 31 | 31 | 31 | 11 | 8 | 12 | 31 | 30 | 30 | 16 | 9 | 5 | 1 | |
| Total | 123 | 119 | 118 | 38 | 42 | 38 | 4 | 124 | 116 | 112 | 39 | 33 | 30 | 12 |
Durante el 2do. período (Física I) 3 estudiantes no continuaron el curso por diferentes motivos por lo que aparecen desaprobados. De la tabla se observa que el 96.5% de los estudiantes que terminaron la Física I aprobaron y el 62% obtuvieron calificaciones de 4 y 5, lo cual habla de resultados favorables en la asignatura.
Conclusiones
El trabajo realizado en el montaje de la asignatura Introducción a la Física demuestra que, con pocos recursos, es posible crear materiales ingeniosos, didácticos, diferentes, agradables e interactivos para enriquecer el aprendizaje de los estudiantes.
La inclusión del análisis colectivo de problemas prácticos fortalece el aprendizaje individual y desarrolla habilidades relacionadas con la defensa de ideas para establecer estrategias de búsqueda para la solución de los mismos.
La participación de los Alumnos Ayudantes de la asignatura en esta labor de metodológica fue esencial en la obtención de los resultados mostrados, reafirmando el valor que tiene ese movimiento para la universidad.
El trabajo con énfasis en los procedimientos, como objetivo elemental perseguido en la asignatura Introducción a la Física, resultan perfectamente aplicable en otras disciplinas a cualquier nivel.
Emplear los videos animados como material complementario, para cumplir los principales objetivos propuestos, indica la importancia de crear nuevos métodos de enseñanza efectivos que se adapten a nuevas condiciones de la educación.
