CURSO DE FISICA Y MATEMATICAS EN INTERNET COMO CREAR UNA PAGINA WEB

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1 CURSO DE FISICA Y MATEMATICAS EN INTERNET 1.- Introducción COMO CREAR UNA PAGINA WEB La aparición del computador personal y su difusión en los centros escolares e incluso en los hogares, hizo pensar que este instrumento iba a tener un papel cada vez más preponderante en el sistema educativo, que iba a cambiar el modo en el que se enseña y la forma en la que los estudiantes aprenden. Aunque el computador se convirtió en una herramienta imprescindible en el campo de la investigación, su impacto real en el aula ha sido escaso, señalándose entre sus causas las siguientes. La falta de acceso a las computadoras. Los programas eran poco adecuados. Que los profesores no estaban suficientemente preparados para usar las computadoras de forma efectiva. Sin embargo, las computadoras tienen en sí mismos un gran potencial para mejorar el proceso de aprendizaje-enseñanza, a fin de que: El aprendizaje sea más interesante El aprendizaje sea activo, no pasivo como ocurre frecuentemente en nuestras aulas. Los estudiantes estén más motivados. La motivación no es equivalente al entretenimiento. El aprendizaje sea al ritmo del estudiante individual. La educación sea permanente Internet es imprescindible en el campo educativo, no solamente porque se trata de un medio didáctico de posibilidades insospechadas, sino por sus cualidades intrínsecas, el uso eficaz de Internet se está convirtiendo en una competencia básica en la nueva sociedad del conocimiento: navegar por las páginas web, descargar 1

2 ficheros, enviar y recibir mensajes, participar en educación a distancia, etc., formarán parte de las tareas cotidianas de cualquier estudiante. Internet proporciona acceso a una gran cantidad de información en forma de cursos, artículos, almacenada en bases de datos, etc. Sin embargo, una gran parte de esta información no se adapta a los intereses de los estudiantes que están más tentados a hojear las páginas que a leerlas con atención. Para evitar estos inconvenientes, el profesor deberá asumir la tarea de filtrar la información para sus alumnos y decidir qué temas deben aprender e investigar. Su papel será el de : Seleccionar unos pocos websites de calidad Asignar tareas para llevar a cabo cuando se visitan dichas páginas. Venezuela sufre de retrasos importantes en la utilización de las Nuevas Tecnologías de la Información y de la Comunicación con respecto a otros países más avanzados. La escasez de equipos informáticos en las aulas hace que los estudiantes usen el ordenador ocasionalmente. Sin embargo, el impacto real del computador en la enseñanza será probablemente distinto cuando este instrumento se convierta en una herramienta de trabajo habitual. Partiendo de un déficit de equipos y programas informáticos, de productos y servicios multimedia educativos, de una penuria de personal calificado, se pretende realizar a nivel de Venezuela: 1. Un esfuerzo en material de equipamiento 2. Un esfuerzo de formación a todos los niveles 3. El desarrollo de servicios y contenidos multimedia de calidad 4. El desarrollo e interconexión de centros de adquisición de conocimientos. Para que tenga éxito esta iniciativa en el campo educativo, es necesario crear una infraestructura humana a la vez que se dotan a las aulas de computadoras y se conectan a Internet. Entre los factores se han de tener en cuenta, hay que destacar el papel de los contenidos: Internet se puede convertir en una herramienta válida desde el punto de vista educativo, solamente si es una fuente de información de alta 2

3 calidad, relevante y fiable que pueda ser encontrada y adaptada a las necesidades educativas. 2.- Los Cursos Interactivos de Física y Matemáticas en Internet en la Universidad de Oriente-Anzoátegui. Los Cursos Interactivo de Física y Matemáticas en Internet es un proyecto que tiene la intención de aprovechar una de las características más sobresalientes de Internet, la interactividad. De este modo, los applets son los elementos centrales de las páginas web acompañados de texto explicativo, fórmulas,videos y figuras dinámicas introducidas por el profesor Beltrán Velásquez de la Universidad de Oriente- Venezuela.. Estos cursos no tratan de sustituir ni a los libros de texto ni al profesor, sino complementar la enseñanza tradicional. Los Cursos Interactivos de Física y matematicas trata casi todos los temas que aparecen en un libro de Física y Matemáticas General, dedicándose una especial atención a aquellos que resultan más difíciles de comprender a los estudiantes: Cada capítulo consta de un número variable de páginas web, con applets insertados al final de las mismas, conjuntamente con los videos. Los applets son un excelente instrumento educativo para ilustrar algunos aspectos que no son obvios, pero que son fundamentales para entender las diferentes representaciones matemáticas y conceptuales de los fenómenos estudiados. Aunque cada uno de los programas interactivos tiene unos objetivos concretos y un diseño totalmente diferente, se pueden clasificar en las siguientes categorías: 1. Los que enseñan conceptos físicos de forma interactiva, especialmente aquellos que presentan mayor dificultad a los estudiantes. 2. Simulaciones de experiencias de laboratorio, que a su vez se pueden dividir entre 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; aquellas que por ser costosas, peligrosas o difíciles 3

4 de montar son inaccesibles al laboratorio escolar y finalmente, las simulaciones de experiencias relevantes desde el punto de vista histórico. 3. La resolución de problemas es una parte esencial de la enseñanza de la Física y las Matemáticas. En los libros de texto, los enunciados proporcionan toda la información necesaria para resolver el problema. Sin embargo, en algunos applets del Curso Interactivo en vez del enunciado se muestra una animación, en la que el estudiante puede cambiar algunos parámetros. Con estos applets pretendemos ayudar a los estudiantes a desarrollar mejores estrategias en la resolución de problemas y a la vez, les sirva de estímulo para resolverlos Actualmente los Cursos Interactivos de Física y Matemáticas están en procesos de desarrollo. 3.-Creación de contenidos interactivos El proceso de creación de los contenidos interactivos comienza con la búsqueda de situaciones que ilustren leyes físicas, postulados matemáticos y principios fundamentales, particularmente aquellas que puedan enunciarse de forma concisa y que puedan visualizarse fácilmente. Sería estupendo que además, pudiesen estimular la discusión entre estudiantes y motivarles al estudio de estas dos Ciencias Las principales fuentes de inspiración, además de la experiencia docente del propio autor, han sido los artículos procedentes de las revistas científicas. De este modo, los resultados de las investigaciones de los autores de dichos artículos o las propuestas fundamentadas de nuevas formas de enfocar un determinado tema, quedan reflejadas en las páginas del Curso Interactivo. Los contenidos se estructuran de modo que los conceptos básicos forman las columnas vertebrales ramificadas y entrelazadas en las que un mismo concepto se estudia en múltiples contextos, o diferentes conceptos se emplean para analizar una situación física-matematica particular. Para un autor de contenidos, las ventajas de publicar en Internet son significativamente mayores que a través de los medios tradicionales: 4

5 1. La audiencia potencial es muchísimo mayor 2. La posibilidad de publicar los materiales de enseñanza a medida que se van elaborando 3. La posibilidad de modificarlos una vez publicados, y tantas veces como se precise. 4. Las opiniones y comentarios recibidos a través del correo electrónico, permiten mejorar el producto, que puede considerarse en constante perfeccionamiento y por tanto, nunca acabado. Las etapas en el proceso de creación de las páginas web del Curso Interactivo de Física y Matemáticas son las siguientes: 1. Selección de contenidos 2. Elaboración del texto y las figuras 3. Programas interactivos 4. Composición 5. Navegación Selección de contenidos Las páginas web del Curso Interactivo están basadas en la experiencia de los propios autores, como profesores de Física y Matemáticas en la Universidad de Oriente Núcleo de Anzoátegui. En un futuro próximo, sería deseable que los investigadores publicasen artículos que permitiesen a los lectores ejecutar programas interactivos para presentar sus resultados de un modo que no es posible en los medios estáticos como el papel. Podrían mejorar la sección introducción mediante enlaces a otras publicaciones online. Podrían actualizar la publicación después de algún tiempo con nuevos descubrimientos o a partir de la las respuesta de sus lectores. Los autores venezolanos de artículos que han sido convertidos en páginas web interactivas han acogido esta iniciativa de forma positiva y también, muchos lectores de los Cursos Interactivos de Física y Matematicas que cuentan con un material de 5

6 estudio de difícil acceso, por razones de idioma (la mayoría en inglés) o por que el formalismo de las publicaciones los hace difíciles de leer Elaboración del texto y las figuras Las páginas se crean con el editor Dreamweaver y se guardan en su respectivo subdirectorio con extensión HTML. Las fórmulas matemáticas se hacen con el Editor de Ecuaciones y se insertan en el documento. En el proceso de conversión, las fórmulas se guardan en ficheros GIF cuyo nombre es asignado automáticamente. Las figuras se elaboran con el programa Powerpointt. Se selecciona el dibujo y se guarda en un fichero con extensión pp. Se convierte dicho fichero a formato GIF mediante el programa Photo Editor, Paint Saint Shop Pro o programa similar Los applets Una de las características más sobresalientes de Internet es la interactividad proporcionada por los applets insertados en las páginas web. En el Curso Interactivo de Física, los applets son los elementos centrales aunque no los únicos de las páginas web. La creación de programas interactivos no es una tarea sencilla. En primer lugar, es necesario tener amplios conocimientos del lenguaje de programación Java y requiere los siguientes pasos: 1. Formulación de objetivos educativos, qué se pretende enseñar de forma interactiva. 2. Resolución del problema físico, algunas veces el problema físico no tiene solución analítica por lo que es necesario emplear procedimientos numéricos, para obtener la raíz de una ecuación trascendente, resolver una ecuación diferencial o un sistema de ecuaciones diferenciales, obtener el valor de una integral definida, o aplicar los denominados métodos de Montecarlo. 3. En la mayor parte de los casos, es necesario definir escalas para evitar que el ordenador trabaje con números excesivamente grandes o pequeños. 6

7 4. Se debe establecer un compromiso entre el estudio en profundidad de un determinado fenómeno, cambiando los valores de los parámetros que lo determinan y el de reducir al mínimo posible la complejidad de la interfaz de usuario. Así, se debe decidir que parámetros se mantienen constantes y cuales se permiten variar al usuario dentro de ciertos límites. Además, se tendrá que decidir la manera de introducir los datos: mediante campos de texto, barras de desplazamiento, el uso del ratón, etc. 5. La mayor parte de los fenómenos son dependientes del tiempo, por lo que se hace uso de las técnicas de animación para mostrar la evolución del sistema físico. Uno de los objetivos didácticos del Curso Interactivo de Física es el de ayudar al estudiante en la interpretación de las gráficas mediante la asociación entre el fenómeno físico simulado y representación gráfica de los parámetros relevantes que describen dicho fenómeno. 6. Se ha de verificar el comportamiento del programa, comprobando que los resultados que proporciona para todos los casos son correctos, y que no se interrumpe su ejecución debido a errores internos. 7. Es necesario observar como los estudiantes perciben los distintos elementos que se disponen en el reducido espacio rectangular que ocupa un applet en la ventana del navegador. La percepción de los usuarios no siempre coincide con la del diseñador del applet. Se ha de tener en cuenta además, que el applet no ocupa toda la pantalla, sino que es un elemento más de la página web, que junto con el texto, las figuras y los enlaces conforman un módulo de enseñanza. 8. Finalmente, se deberá rediseñar los applets en función de los resultados del proceso de depuración de errores y de la observación del comportamiento de los usuarios cuando trabajan con los programas interactivos Los applets se han creado con el Easy Java Simulation (EJS). Cada uno de los applets está formado por varios ficheros.class. El IDE proporciona una herramienta para empaquetar y comprimir los ficheros componentes en un único fichero.jar. Este proceso se denomina deployment. 7

8 3.4.- Figuras dinámicas Son figuras realizadas en Powerpoint y transformadas en películas Flash mediante el programa Spring free. Estas figuras son incrustadas en la página web en forma parecida que los applets. La finalidad de estas figuras es de aclarar lo mas posibles los conceptos confusos de la física-matematica Composición Una vez que disponemos de todos los elementos que forman parte de las páginas web en sus respectivas carpetas, se pone en marcha el programa de composición de páginas web. Las tareas a realizar son: Establecer el color de fondo de la página Dar formato al texto con diferentes tamaños, estilos y alineación del texto. Insertar las figuras en la posición adecuada y otros elementos como los applets. Definir los enlaces origen y destino Si bien, las pantallas actuales tienen una resolución gráfica que facilita la lectura de documentos, la percepción de la información es diferente en una pantalla que en una hoja de papel impresa de un libro o de un artículo, La lectura del texto en la pantalla del ordenador produce mayor cansancio en el lector que la equivalente en un papel impreso. La densidad de información que percibimos en un área de la ventana, es superior a la equivalente en un libro. Las figuras atraen rápidamente la atención del usuario. Los usuarios prefieren buscar información relevante que leer, quieren un texto dividido en párrafos cortos y concisos. Se ha de encontrar un equilibrio entre dar una información útil y hacer que se pueda leer fácil y rápidamente. Se ha de resumir la información y llamar la atención sobre porciones de texto importantes. Se usará el hipertexto para dividir la información en múltiples páginas. La división de la información no se debe basar en la longitud sino en el criterio de que cada página está enfocada a explicar un determinado aspecto. 8

9 Se ha de ser consistentes a lo largo de las páginas web, tanto en el tipo de letra, como en el color del fondo, en el empleo prudente de las figuras, la funcionalidad de los enlaces, el diseño de los applets y la disposición de los distintos elementos en la página La navegación La estructura jerárquica de los contenidos es esencial para que el lector sepa cual es su posición con referencia al capítulo o la sección. Con un solo clic se puede trasladar al principio del capítulo, a la página principal, o a cualquier página de la sección. Para ello se disponen de enlaces fácilmente reconocibles en la parte superior de la página, y en el borde izquierdo de la misma. Para disponer los distintos elementos que componen una página web, para definir los marcadores (destinos) y enlaces (orígenes), se ha utilizado el programa DreamWeaver. 4.-Modos de usar el Curso Interactivo Se usará Internet, cuando la exposición de un tema o la realización de ciertas actividades pueda resultar más interesante o instructiva que de la forma habitual que se hace en clase. Algunos ejemplos son los siguientes: 4.1.-Explicar conceptos difíciles Cuando se explica un concepto difícil de entender, los gráficos y las animaciones pueden ser muy útiles para mostrar fenómenos que evolucionan en el tiempo o entidades que no se pueden observar directamente como el campo eléctrico o las moléculas de un gas. El estudio del movimiento oscilatorio no es fácil para el estudiante, ya que su aspecto cambia con el tiempo. Para explicar este tema, es importante no sólo la representación espacial, sino también como va evolucionando temporalmente. 9

10 La figura 1 es una imagen tomada de un applet en el que se representa de forma animada el movimiento de un muelle (sistema masa-resorte)y su evolución en el tiempo Figura 1. Descripción del movimiento ondulatorio armónico 4.2.-Resolver problemas interactivos En los libros de texto, los enunciados proporcionan toda la información necesaria para resolver un problema. Sin embargo, los estudiantes suelen tener dificultades para su correcta interpretación. Se habrá observado también, que algunos dirigen sus esfuerzos a encontrar la fórmula que contiene los datos que se proporcionan en el enunciado del problema. Se puede ayudar a los estudiantes a desarrollar mejores estrategias en la resolución de problemas [8] mediante programas interactivos o applets. Observando el comportamiento del sistema físico, se facilita el proceso de análisis, es decir, la descomposición del problema en partes y la aplicación a cada una de ellas, de las ecuaciones que describen el fenómeno físico correspondiente. 10

11 La figura 2 muestra un circuito de carga y descarga de un condensador se cierra el interruptor A y el luego el B El enunciado del problema es visual y abierto, de modo que el estudiante puede modificar los datos que el programa proporciona por defecto, pudiendo ensayar otras posibilidades, que le permitirán darse cuenta que la Figura 2. Carga y descarga de un condensador 4.3.-Promover el estudio independiente En las clases tradicional se imparte a los estudiantes la misma materia y al mismo ritmo. El alumno gracias a la continua disposición de los materiales presentes en Internet podrá estudiar en aquellos contextos y horarios que se ajusten más a sus necesidades, el aprendizaje ya no se va a limitar a un lugar, un tiempo y una infraestructura. El alumno aventajado tiene muchas oportunidades de profundizar en los temas que figuran en el programa de la asignatura o de aprender otros adicionales. 11

12 5.-Ejemplos de utilización del Curso Interactivo de Física- Matematicas Primero: El profesor dispone de un videobeam conectado a una computadora en el aula. Los applets proyectados en una gran pantalla constituyen un punto de partida excelente para comenzar la discusión. Qué sucede si se cambia este o el otro parámetro?. Por ejemplo, un profesor está explicando el capítulo Oscilaciones. Comienza con el caso más sencillo, el Movimiento Armónico Simple. Cambia sucesivamente la amplitud, la frecuencia angular o la fase inicial, observa la animación y la representación gráfica x-t. Sin embargo, cuando un cuerpo se pone a oscilar, aparecen fuerzas de rozamiento que disminuyen la amplitud de las oscilaciones a medida que transcurre el tiempo Cuando el oscilador se conecta a una fuerza oscilante, tenemos un oscilador forzado El profesor, en vez de dibujar figuras estáticas en la pizarra, puede correr los applets que conectan el comportamiento de los distintos tipos de osciladores (libre, amortiguado y forzado) a su descripción matemática. Segundo: Un estudiante está resolviendo en casa o en la sala de estudio, un problema acerca de la caída de los cuerpos con este enunciado u otro similar: Se lanza un objeto hacia arriba con una velocidad inicial de 20 m/s, desde el techo de un edificio de 100 m de altura. Calcúlese la máxima altura que alcanza sobre el suelo y la velocidad con que retorna al mismo. Conecta la computadora, carga el Curso Interactivo en el navegador, va al capítulo Cinemática, sección Movimiento rectilíneo, página Caída de los cuerpos 12

13 Introduce en los controles de edición, del applet que está al final de la página, los valores iniciales de la velocidad y de la altura del cuerpo, pulsa el botón titulado Empieza y observa el movimiento. Puede parar la animación pulsando el botón titulado Pausa, o acercarse al instante que alcanza la máxima altura pulsando repetidamente el botón titulado Paso, o al instante que impacta sobre el suelo. A continuación, resuelve el problema planteando las ecuaciones del movimiento, introduciendo los datos en las ecuaciones y despejando las incógnitas. Finalmente, verifica que sus resultados coinciden con las proporcionadas por el programa interactivo. Fig.3 lanzamiento de proyectiles y la función cuadrática La ventaja que proporcionan los applets es que el estudiante, ve el movimiento de la partícula antes de comenzar a resolver el problema, y puede analizarlo a partir de la observación de las distintas etapas del movimiento del cuerpo. 13

14 6.-Implicación del profesorado La implicación del profesorado es esencial para que tenga éxito cualquier cambio en el proceso educativo. Los profesores, han mostrado, en general, un gran interés en la aplicación de las Nuevas Tecnologías de la Información en el aula. Para un profesor no programador es difícil crear un programa interactivo o applet, pero no le resulta difícil crear una página web en la que ha insertado un applet de libre distribución descargado de Internet. La personalización de contenidos es uno de los aspectos que más éxito han tenido dentro de los cursos que ha impartido el autor de esta memoria. De este modo, el profesor individual (o en grupo) se implica plenamente en el proceso educativo, creando o seleccionando los contenidos que considera más apropiados, dependiendo de sus criterios educativos y del tipo de alumnos a los que van destinados. En estos cursos, se enseña a los profesores a personalizar los contenidos teniendo en cuenta: 1. A quienes va dirigido? 2. Entender la materia que se va a enseñar 3. Seleccionar los recursos 4. Aprender a usar las herramientas para hacer estos recursos documentos digitales 5. Aprender a usar estos recursos en el ámbito educativo. Una vez que se ha introducido brevemente, los distintos puntos, se les enseña el cuarto punto, a crear una página web interactiva tomando prestado un applet de libre distribución. Las herramientas utilizadas son: Microsoft Word, con el Editor de Ecuaciones instalado El programa para componer páginas web, dreamweaver 14

15 Power point. Para crear una página web deberán: Conocer cómo percibe el usuario la información en un documento HTML y su diferencia con un documento impreso. Estructurar jerárquicamente la información, y establecer relaciones ente las diversas páginas mediante enlaces transversales. Proporcionar toda la información y actividades que se precisen para enseñar un determinado tema. Nuestra experiencia nos enseña que los profesores desean adaptar los contenidos educativos a su forma personal de enseñar y a las características de sus alumnos. Por otra parte, Internet supone un cambio importante en la forma en la que los materiales destinados a la enseñanza se pueden diseñar, desarrollar y suministrar a las personas interesadas. El diseñador puede crear componentes (pequeños en comparación con un curso completo) que los profesores pueden reutilizar en distintos contextos. Uno de los componentes preferidos es el applet, por su grado de interactividad, otros pueden ser fotografías, dibujos, animaciones simples, pequeñas secuencias de video, o incluso componentes complejos como páginas web completas. La composición es la yuxtaposición espacial y temporal de componentes. Ahora bien, cualquier composición puede no ser válida desde el punto de vista educativo y llevar al fracaso. Por lo que es necesario tener muy claros los objetivos educativos que se pretenden y los medios para alcanzarlos. 7.-Interacción con los usuarios La publicación de contenidos educativos en Internet tiene la ventaja de que el proceso de enseñanza aprendizaje se extiende más allá del entorno de la clase. 15

16 El correo electrónico es el medio básico de interacción a distancia entre el estudiante y el profesor. Entre todas aquellas que se reciben diariamente dando preguntando algunas cuestiones o dando algunas opiniones sobre el Curso Interactivo de Física, se ha seleccionado el siguiente procedente de una estudiante argentina. 8.-Futuros desarrollos 1. Incrementar los contenidos del Curso Interactivo de Física y Matematicas. 2. Modificar el diseño de la web por otro más moderno y visualmente más atractivo, incluyendo animaciones tipo Flash. 3. Utilizar código MathML para describir las fórmulas matemáticas insertadas en las páginas web. 4. Elaboración de una Guía de Actividades (cuestiones, problemas, etc.) basada en el Curso Interactivo de Física, para estudiantes universitarios y del último curso de Bachillerato. 5. Introducir progresivamente sistemas de autoevaluación. 9.-Referencias [1] Bork A. Personal Computers for Education. Harper & Row Publishers (1985) [2] Wilson, Redish. Using computers in teaching physics. Physics Today. January 1989, [3] Comisión de las Comunidades Europeas. Comunicación de la Comisión. e- Learning- Concebir la educación del futuro. Bruselas [4] Franco A. La enseñanza de la Física en Internet. Haciendo Interactivos artículos publicados en las revistas científicas. CINTEC 2001, International Conference on New Technologies in Science Education, Aveiro (Portugal) 4-6 de julio de [5] Franco A. Producing interactive web pages based on articles from Physics Journals. IADAT International Conference on Education, Bilbao, July 7-9,

17 [6] Usabilidad. Diseño de sitios web. Jakob Nielsen. Prentice Hall Designing web usability. Jakob Nielsen. Editorial New Riders (1999) [7] Physical Study Science Committee, PSSC. Física (1968), Editorial Reverté, volumen I, capítulo 6. [8] Franco A. The Interactive Physics Course on the Internet. Problems and Solutions. Computers and Education in the 21st Century. Kluwer Acadenic Publishers. (2000) Editado por Manuel Ortega y José Bravo [9] Franco A. La Simulación de Fenómenos Físicos y Experiencias de Laboratorio en Internet. I Congreso Nacional de Informática Educativa. Puertollano, Noviembre de [10] González M, Arranz G, Portales R., Tamayo M, González A. Development of a virtual laboratory on the internet as support for physics laboratory training. Eur. J. Phys. 23 (2002), [11] Savirón, José Mª. Problemas de Física General en un año olímpico. Editorial Reverté (1984), [12] Sendiña I., Sanjuan M. Sistemas lineales y no lineales: del oscilador armónico al oscilador caótico. Revista Española de Física, V-16, nº 3, 2002, [13] Franco A. Internet, la enseñanza de la Física y la formación del profesorado. I Congreso Internacional de Educación Digital. Bilbao, de diciembre de

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