El curso interactivo de Física en Internet La enseñanza tradicional El ordenador en la enseñanza de la Física Bibliografía |
Introducción El Curso Interactivo de Física en Internet Creación de los programas interactivos (applets) |
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Resumen:
Palabras clave:
IntroducciónLa aplicación de las nuevas tecnologías de la información y la comunicación en el
ámbito escolar, en todos los niveles es quizás, uno de los principales desafíos de la
educación en este final de siglo. La reforma de los planes de estudio, las nuevas posibilidades de los formatos
multimedia y las experiencias de innovación educativa desarrolladas, hicieron aconsejable
la convocatoria, en el marco del III Plan Nacional de I+D, de una línea de ayudas y
subvenciones para promover la elaboración de contenidos para las materias básicas
científico-técnicas con nuevos planteamientos docentes: "... reorientando sus
enfoques tradicionales superando los planteamientos exclusivamente teóricos o
enciclopédicos, .... aumentando el carácter aplicado que cada materia debería tener en
función de los estudios."(1) El Curso Interactivo de Física en Internet constituye una parte del sitio web denominado "Física con ordenador". A lo largo de 1999 se ha ido ampliando con un Curso en Lenguaje Java, y otro de Procedimientos Numéricos en Lenguaje Java. Ambos, están pensados para promover y ayudar en su caso, a los profesores interesados (habitualmente, no programadores) a crear programas interactivos en el ámbito de Internet. Las ventajas que presenta Internet para un autor de contenidos educativos son significativamente mayores que otros medios: impresos (libro) o en formato CD-ROM:
En cuanto a las desventajas podemos citar, que de momento no se pueden incorporar elementos multimedia tan importantes como el sonido y vídeo, debido a la baja velocidad de transmisión de las líneas telefónicas y en general, a la saturación de Internet debido a su crecimiento exponencial.
El Curso Interactivo de Física en InternetEl Curso Interactivo de Física no es una forma alternativa de trasladar temas sacados de los libros de texto, o las notas del profesor, sino que trata de aprovechar una de las características más sobresalientes de Internet, la interactividad. Tampoco es una colección de applets aislados, sino un conjunto coherente que trata la mayor parte de los temas que se imparten en un curso introductorio de Física. El Curso Interactivo de Física en Internet es un trabajo muy amplio con muchos matices que es difícil de describir en pocas palabras. Abarca en total, 10 capítulos que van desde la Mecánica a la Física moderna y contiene, hasta este momento, 110 applets. El curso consta de un conjunto de páginas web, estructuradas jerárquicamente. Entrando por el índice nos podemos mover verticalmente a través de la jerarquía de lo general a lo específico, y también horizontalmente entre distintas secciones o tópicos. Las páginas web contienen texto, imágenes, fórmulas matemáticas y applets o pequeños programas interactivos escritos en lenguaje Java. El estudiante puede interaccionar con un applet del mismo modo que los hace con cualquier otro programa Windows: introduce los valores iniciales, y controla la evolución del sistema físico programado, cuyos resultados en forma de texto, representación gráfica o animación se presentan en su área de trabajo. Con los applets que se incluyen en las páginas web se ha pretendido crear un conjunto
rico de experiencias de modo que los estudiantes adquieran una intuición de las distintas
situaciones físicas programadas en el ordenador. Mediante el diálogo interactivo entre
el estudiante y el programa se pretende que el estudiante sea un participante activo en su
proceso de aprendizaje, en vez de un espectador pasivo.
No obstante, cada profesor puede adaptar el guión que acompaña a cada experiencia, a su gusto personal o al nivel de los estudiantes a los que imparte la asignatura. Al principio de cada uno de los capítulos, se señalan sus objetivos educativos, y se proporciona numerosas fuentes de información en forma de una amplia bibliografía, y próximamente, en forma de enlaces a otros sitios web de interés. La bibliografía básica está formada por libros de texto de amplia difusión y la complementaria, por artículos publicados en revistas educativas en español o inglés, así como libros de carácter divulgativo. Se ha insistido en los conceptos básicos dentro de cada tema y en especial aquellos consideramos como "difíciles" por los estudiantes, y que no han sido enseñados suficientemente en los cursos previos, como las oscilaciones y las ondas.
Los programas interactivosDe la experiencia acumulada a lo largo de varios años, en el desarrollo y en la observación de la interacción entre los estudiantes y los programas de ordenador, se han sacado las siguientes conclusiones que han servido de base al autor de este artículo, para elaborar nuevos programas y emprender nuevos proyectos educativos:
La hipótesis de partida ha sido la siguiente: el ordenador puede ayudar mucho a los
estudiantes a crear una intuición de los distintos fenómenos físicos, a través de un
conjunto rico de experiencias no encontradas en la vida diaria, ni en el laboratorio.
Las simulaciones en FísicaCada uno de los 110 programas interactivos tiene unos objetivos concretos y un diseño totalmente diferente. Por tanto, es difícil clasificarlos en distintas categorías. Se han simulado numerosos fenómenos físicos, experiencias de laboratorio y se han creado los denominados problemas-juego. La simulación de experiencias de laboratorio, se pueden dividir en dos categorías,
aquellas que se pueden llevar a cabo en el laboratorio escolar, pero no tienen la
intención de sustituir a las experiencias reales, sino de servir de preparación a las
mismas. Como ejemplo podemos poner, el estudio de los movimientos rectilíneos, el
calibre, la medida de la viscosidad de un fluido por el método de Stokes.
Figura 1. Funcionamiento del ciclotrón También, se han recreado experiencias relevantes desde el punto de vista histórico, por ejemplo, las que dieron lugar al descubrimiento del electrón, de la estructura atómica, de la cuantización de la energía, etc., (véase la figura 2)
Figura 2. Simulación de la experiencia de Rutherford Los problemas-juego se pueden resolver con la ayuda de la intuición y del conocimiento
que va adquiriendo el estudiante del sistema físico tras sucesivos intentos.
Posteriormente, se le pedirá resolverlos aplicando las ecuaciones que describen dicho
sistema y a partir de los datos que se proporcionan. Se incluyen también algunos pequeños trabajos de investigación como pueden ser: averiguar el reparto óptimo del combustible en un cohete de dos etapas, (véase la figura 3), o razonar cual es la mejor estrategia que puede seguir un jugador de baloncesto para encestar en los tiros frontales a canasta sin tablero y con tablero, etc.
Figura 3.Cohete de dos etapas en el espacio exterior
Creación de los programas interactivos (applets)La creación de un programa educativo es un proceso complejo que requiere un
conocimiento de la materia que se va a programar, de procedimientos numéricos, del
lenguaje de programación, y sobre todo, de la interacción entre los estudiantes y el
programa de ordenador.
Se ha de tener en cuenta la diferencia en la percepción que tiene el usuario de una aplicación (Windows) y de un applet insertado en una página web. En este último caso, el interfaz de usuario debe simplificarse al máximo posible.
El lenguaje Java y los procedimientos numéricosPara crear los applets se ha utilizado el lenguaje Java, un lenguaje de propósito general que deriva del lenguaje C++, pero que al que solamente se parece en los aspectos básicos. Para programar simulaciones de sistemas físicos de cierta complejidad, es necesario resolver ecuaciones diferenciales que muchas veces no tienen solución analítica sencilla, hallar la raíz de una ecuación trascendente, o emplear los denominados métodos de Montecarlo. Aunque la Programación Orientada a Objetos es la manera más natural de programar,
aclimatarse a su ambiente requiere cierto tiempo, no se producen resultados inmediatos.
Una vez aclimatado, sentirá por sí mismo la necesidad de organizar el código en clases,
y posteriormente, si lo requiere el problema, establecer jerarquías entre dichas clases. Una vez entendidos los conceptos básicos, la creación de applets no presentará
grandes dificultades si se hace con la ayuda de un Entorno Integrado de Desarrollo, el
cual genera casi todo el código correspondiente al interfaz dejando al programador la
tarea de darle funcionalidad, es decir, la de definir la respuesta a las distintas
acciones. En general, las características del lenguaje Java y la potencia del Entorno Integrado de Desarrollo de Aplicaciones (IDE) hacen que los tiempos de desarrollo de los applets disminuyan considerablemente respecto de los programas equivalentes escritos en lenguaje C++. Una sección del Curso de Lenguaje Java está dedicada al estudio completo de ejemplos significativos del Curso Interactivo de Física en Internet: el planteamiento del problema, el diseño del applet, la respuesta a las acciones del usuario sobre los controles, la definición de las distintas clases, la representación gráfica o la animación. Una vez que se han aprendido los aspectos básicos del lenguaje Java, se aplican a la resolución de problemas físico-matemáticos. El curso de Procedimientos Numéricos en Lenguaje Java consta de los siguientes capítulos:
Por ejemplo, en uno de los capítulos se estudia el procedimiento de Runge-Kutta para la resolución de ecuaciones diferenciales. Veremos como se aplica de forma directa a una ecuación diferencial de primer orden, y como se extienden a un sistema de ecuaciones de primer orden, a un ecuación diferencial de segundo orden, y a un sistema de ecuaciones diferenciales de segundo orden. Se crea una clase base abstracta RungeKutta una de cuyas funciones miembro
define el procedimiento de Runge-Kutta que resuelve una ecuación diferencial de segundo
orden. Por las propiedades de la herencia y del polimorfismo, podemos separar el sistema físico de su procedimiento numérico, podemos extender la jerarquía de clases, describiendo por ejemplo un oscilador anarmónico, sin modificar el código previo o bien, podemos reutilizar el código de la clase base para estudiar otro sistema físico descrito por una ecuación diferencial de segundo orden.
Figura 4. Una jerarquía de clases Los métodos de Montecarlo abarcan una colección de técnicas que permiten obtener soluciones de problemas matemáticos o físicos por medio de pruebas aleatorias repetidas. En la práctica, las pruebas aleatorias se sustituyen por resultados de ciertos cálculos realizados con números aleatorios. Se estudia el concepto de variable aleatoria y la transformación de una variable aleatoria discreta o continua, y se fundamentan varios ejemplos del Curso Interactivo de Física:
Las páginas webUna vez creado el applet se inserta en una página web. Para diseñar una página web es necesario conocer cómo percibe el usuario la información en un documento HTML y su diferencia con un documento impreso:
Si bien el contenido es importante, la estructura de la información, es decir, cómo se divide en páginas, cómo se accede a las distintas páginas y a los elementos dentro de una misma página, no lo es menos. El usuario puede encontrarse perdido en la maraña de la información si no tiene referencias claras. En general, el usuario espera que los elementos que forman parte de una página web funcionen como se espera. Que la página tenga enlaces cuyas función sea conducir a otras páginas, los enlaces no están pensados, por ejemplo, para controlar applets. Que exista al menos una referencia a la parte más alta de la jerarquía (habitualmente la página principal). Se debe evitar las ventanas secundarias, ya que en este caso no funciona el botón marcha hacia atrás para desandar el camino andado y además, el usuario puede perderse por las distintas ventanas, o bien ocultar unas con otras. Se ha observado, que para realizar una experiencia simulada se sigue un procedimiento inverso al que estamos acostumbrados en la clase o en el laboratorio: el usuario lo primero que busca dentro de una página web son los elementos más llamativos, en este caso, el programa interactivo, o applet. Luego, si lo precisa lee las instrucciones para su manejo y por último, la descripción del fenómeno físico. El usuario tiene una gran facilidad para desplazarse por la información pulsando con el ratón sobre los elementos activos. Esta libertad de movimientos tiene un precio, que denominamos "picoteo", que consiste en ver casi todo pero no concentrarse en casi nada.
ConclusionesAunque los ordenadores se han usado poco en el ámbito educativo tienen en sí mismos un gran potencial para mejorar sustancialmente el proceso de enseñanza/aprendizaje a fin de que
Los programas interactivos o applets tratan de facilitar la comprensión de las experiencias reales, o bien incrementar el número de experiencias que realiza un estudiante a lo largo del curso. Las simulaciones, en un amplio sentido, pueden ayudar a los estudiantes a aproximarse a una gran variedad de fenómenos que para ellos son difíciles de comprender desde el punto de vista analítico. El Curso Interactivo de Física en Internet es una experiencia que ha tenido un eco muy
favorable en la comunidad educativa, pero es muy pronto para extraer conclusiones acerca
de su efectividad educativa. La creación de contenidos interactivos es un proceso arduo y que lleva mucho tiempo. El desarrollo de nuevos cursos no debería ser una iniciativa personal de unos cuantos profesores, sino que debería llevarse a cabo por un amplio equipo a escala nacional o internacional formado por profesores experimentados que trabajen diariamente con distintos tipos de estudiantes. El éxito de Internet en el campo educativo dependerá de la calidad de los materiales publicados. (1) Resolución 3395 del 25 de enero de 1996 (BOE del jueves 15 de febrero de 1996)
ReferenciasFranco A. Nuevas formas de enseñar. Desarrollo de un curso interactivo de Física en Internet. Revista Española de Física. V-12, nº 4, (1998) Franco A. La enseñanza en Internet. Desarrollo de un curso interactivo de Física en Internet. VI Congreso Universitario de Innovación Educativa en las Enseñanzas Técnicas. Las Palmas de Gran Canaria, 9, 10 y 11 de septiembre de 1998. Se accede al Curso Interactivo de Física en Internet en la dirección www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/default.htm |
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