Enfoque pedagógico adoptado

   Un laboratorio es una excelente herramienta pedagógica y, en muchos aspectos, un ámbito esencial para la enseñanza de la ciencia en un nivel introductorio. El laboratorio le ofrece a los estudiantes la posibilidad de aprender a partir de sus propias experiencias. También puede y debe ser usado para estimular la curiosidad y el placer por la investigación y el descubrimiento. Brinda a los alumnos la posibilidad de explorar, manipular, sugerir hipótesis, cometer errores y reconocerlos y, por lo tanto, aprender de ellos.

   En esta serie de trabajos de laboratorio se adoptó el criterio de guiar a los estudiantes a través de preguntas cuidadosamente seleccionadas con el fin de descubrir o redescubrir hechos nuevos e inesperados. La premisa es que las preguntas formuladas estimulen la imaginación y la inventiva de los estudiantes. Creemos que esto es más productivo y estimulante que las guías tipo "recetas" donde se describen detalladamente los pasos a seguir para llegar a un resultado, generalmente conocido o esperado de antemano.

    También se busca estimular la elaboración de conjeturas razonables para explicar las observaciones realizadas. Creemos que el encontrar resultados inesperados favorece el proceso de aprendizaje y mantiene el interés de los estudiantes. Esto es más constructivo que usar las sesiones de laboratorio simplemente para verificar resultados ya discutidos en los textos o en clases.

   Para la realización de varios de los experimentos propuestos  no se requiere equipamiento sofisticado;  donde sí se requieren equipos, hemos tratado de privilegiar aquellos experimentos que usan dispositivos de bajo costo. Para algunos experimentos es útil el uso de sistemas de toma de datos y análisis por computadoras. Esta tecnología se ha vuelto económicamente accesible y ofrece la posibilidad de realizar experimentos más cuantitativos y con mayor precisión. Algunas de las ventajas de su uso ya son claras: en el ámbito de laboratorio los sistemas de toma y análisis de datos por computadora reducen considerablemente el tiempo de adquisición de datos y evitan que los estudiantes deban realizar tareas monótonas y repetitivas. El tiempo ganado en la toma de datos se puede invertir productivamente en un análisis más profundo y detallado de los resultados. Si los resultados no son consistentes o si del análisis  surgen nuevos interrogantes o hipótesis, el experimento puede fácil y rápidamente ser repetido. Algunas de las ventajas de su uso ya son claras: en el ámbito de laboratorio los sistemas de toma y análisis de datos por computadora reducen considerablemente el tiempo de adquisición de datos y evitan que los estudiantes deban realizar tareas monótonas y repetitivas. El tiempo ganado en la toma de datos se puede invertir productivamente en un análisis más profundo y detallado de los resultados. Si los resultados no son consistentes o si del análisis  surgen nuevos interrogantes o hipótesis, el experimento puede fácil y rápidamente ser repetido. También esta tecnología se ha vuelto muy simple de usar (es “amigable”).

    Al mejorar la precisión de las mediciones, llegan a hacerse evidentes las limitaciones de los modelos propuestos y, así, se puede enfatizar sobre la necesidad de mejorar las teorías establecidas. Este tipo de vivencia difícilmente pueda ser internalizada en un ámbito distinto del laboratorio.

    Hay, además, importantes subproductos provenientes de este último paso, como ser: la utilización de computadoras para la adquisición y análisis de datos; la ganancia de experiencia en conceptos básicos tales como los de estadística, tan comunes y útiles en numerosos campos de la ciencia; la discusión sobre los errores experimentales y el nivel de significación de las observaciones; etc. Por otra parte, la utilización de instrumentos que les permita expandir su capacidad de observación y la habilidad de realizar mediciones es, en sí misma, una experiencia fructífera y útil. 

    En resumen, el laboratorio naturalmente brinda una excelente oportunidad para recrear o simular situaciones bajo las cuales no solamente las ciencias se desarrollan sino también un gran número de actividades profesionales y empresariales modernas, y tal vez de la vida misma.

Objetivo específicos

     El material presentado está organizado alrededor de estudios experimentales sobre temas relacionados con metrología, mecánica, electromagnetismo, óptica y termodinámica. En particular los experimentos propuestos intentan ilustrar los fenómenos físicos que dan sustento a las leyes básicas, como son las leyes de Newton, los principios de conservación, ecuaciones de Maxwell, etc.

    El diseño de los experimentos fue realizado de modo que cada uno de ellos sea auto contenido, es decir, los mismos pueden ser desarrollados por los estudiantes sin necesariamente haber hecho alguno de los otros. Se buscó asimismo que los experimentos puedan ser aprovechados  tanto por aquellos estudiantes que conozcan la base teórica correspondiente como por aquellos que aun no la posean. En este último caso, el experimento puede ser enfocado de modo que los estudiantes descubran las relaciones fenomenológicas entre las variables en juego.   

      Este enfoque  permite además optimizar el uso del instrumental requerido para un curso de laboratorio. De otro modo sería necesario contar con numerosos diseños experimentales repetidos de una misma práctica.

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Pautas y sugerencias para el uso del material

     El contenido de este portal está organizado alrededor de estudios experimentales sobre temas relacionados con metrología, mecánica, electromagnetismo, óptica, termodinámica y física moderna (física de estado sólido y nuclear). En particular los experimentos propuestos intentan ilustrar los fenómenos físicos que dan sustento a las leyes básicas, como son las leyes de Newton, los principios de conservación, ecuaciones de Maxwell, etc.

    El diseño de los experimentos fue realizado de modo que cada uno de ellos sea auto contenido, es decir, los mismos pueden ser desarrollados por los estudiantes sin necesariamente haber hecho alguno de los otros. Se buscó asimismo que los experimentos puedan ser aprovechados tanto por aquellos estudiantes que conozcan la base teórica correspondiente como por aquellos que aun no la posean. En este último caso, el experimento puede ser enfocado de modo que los estudiantes descubran las relaciones fenomenológicas entre las variables en juego.   

      Este enfoque permite además optimizar el uso del instrumental requerido, ya que varios grupos podrían realizar en forma simultánea experimentos distintos. De otro modo sería necesario contar con numerosos diseños experimentales repetidos de una misma práctica.

     El material presentado aquí es más extenso de lo que normalmente pueda cubrirse en un curso normal de laboratorio. Esto es así a fin de posibilitar que los docentes puedan hacer una selección del material que crean más apropiado para sus cursos y que mejor se adapte al equipamiento que posean. 

     Cada experimento propuesto está constituido por varias partes o actividades. Se espera que cada docente elija, según su criterio y posibilidades de tiempo y material, aquellas actividades que les resulten más apropiadas. Por lo general, se incluyeron actividades más cualitativas al comienzo, de simple realización y análisis.   A esto por lo general le sigue una parte de actividades más cuantitativas y de mayor profundidad de análisis.  Finalmente, algunos proyectos incluyen temas más avanzados que podrían darse cabida en los cursos, según el criterio del docente. 

     En cuanto al análisis de los experimentos, se sugiere que los estudiantes guarden en disquetes los datos primarios (datos crudos sin análisis) para su posterior tratamiento usando hojas de cálculos, tratando de interpretar sus resultados a la luz de las teorías pertinentes. Los programas de toma de datos disponen de herramientas de análisis básicas que pueden ser usadas para un análisis preliminar mientras se realiza el experimento. Este modo de proceder es más conveniente tanto desde el punto de vista pedagógico como logístico. Desde el punto de vista pedagógico, se trata de alentar a los estudiantes a realizar un análisis completo del experimento, eligiendo los algoritmos más apropiados de reducción de datos y su comparación con las teorías y modelos apropiados. Desde el punto de vista logístico, este proceder evita que cada estudiante requiera una copia de los programas de toma de datos que, por lo general, requieren una licencia especial para su instalación. 

      Algunos de los informes de experimentos similares a los propuesto en estas guías, pueden encontrarse  en este mismo sitio de Internet .

Agradecimientos

   Este trabajo fue posible gracias al auspicio y apoyo brindado por la Universidad Nacional de San Martín y la Universidad de Buenos Aires, donde la mayoría de los experimentos fueron desarrollados y probados. También deseamos agradecer a la Universidad Nacional de  La Matanza y la Universidad Tecnológica Nacional, donde parte de los temas tratados en este portal fueron practicados en cursos para docentes. También deseamos agradecer a los colegas que participaron en los talleres realizados en varias universidades  y escuelas secundarias de Argentina y a nuestros alumnos que en muchos casos nos motivaron a escribir este trabajo y nos inspiraron con su ingenio y agudeza.

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Bibliografía

1.-

 

American Journal of Physics y The Physics Teacher - Publicaciones mensuales del AAPT (Asociación Americana de Profesores de Física), publicadas desde 1935 al presente. 

2.- Física re-Creativa - Salvador Gil y Eduardo Rodríguez. Texto en preparación (1999).
3.- Nuevas Tecnologías en la Enseñanza de la Física. S. Gil - Educación en Ciencias. Vol. 1, No 2, 34 (1997). Publicada por la Universidad de Gral. San Martín, Bs. As., Argentina.