CREACION DE UN TUTORIAL PARA RESOLVER PROBLEMAS DE FISICA

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1 CREACION DE UN TUTORIAL PARA RESOLVER PROBLEMAS DE FISICA Bárcenas L. Josefina, Barojas W.Jorge Centro de Instrumentos, UNAM Laboratorio de Cognición, Cibernética y Aprendizaje de las Ciencias Circuito Exterior, Cd. Universitaria A.P C.P , México D.F., Fax: (525) RESUMEN Con este tutorial se muestra un ejemplo de aplicacion de la metodología de soluciòn de problemas de fìsica basada en el método TADIR (Traducción, Análisis, Diseño, Implementación y Revisión) el cual se apoya en un sistema diseñado con técnicas de animación y simulación. ABSTRACT This tutorial shows applications of the metodology of solution of physics problems based on the method TADIR (Translation, Design, Implementation and Review), the tutorial is supported in a system designed with technical of animation and simulation. 1. INTRODUCCION La solución de problemas es esencial en cualquier actividad científica y tecnológica y por ello es crítico el aprendizaje de métodos que faciliten en los estudiantes la adquisición de esta compleja habilidad. En tal sentido, la enseñanza asistida por computadora representa un auxiliar muy valioso en el desarrollo de una capacitación en el arte de plantear y resolver problemas que sea a la vez gradual, sólida, flexible y eficiente. Una manera de aproximarse a tal propósito educativo es la elaboración de productos educativos consistentes en sistemas tutoriales que sirvan como herramientas computacionales interactivas de apoyo en el aprendizaje de las ciencias básicas. En este trabajo presentamos una metodología que aplicamos a manera de ejemplo ilustrativo en problemas de mecánica a nivel del Bachillerato. La metodología propuesta se denomina TADIR y consiste en los siguientes pasos: (1) traducción del enunciado y manejo de la situación física del problema en términos del lenguaje cotidiano del alumno; (2) análisis de suposiciones y conocimientos requeridos para obtener la solución, expresados en el lenguaje formal de las matemáticas; (3) diseño creativo del proceso de obtención de la solución, implicando el manejo de distintas formas de representación de la solución; (4) implementación de la solución a partir de la obtención experimental de datos, la ejecución de operaciones algebraicas y/o el desarrollo de algoritmos de cálculo, y (5) revisión de los resultados y reflexión acerca de todo el proceso de solución. (1 ) OBJETIVO DEL PROYECTO: Desarrollar un software educativo de ejercicios de mecánica clásica, en el que se pretende manejar un formato de comprensión de los problemas desde el punto de vista del estudiante a nivel medio básico (secundaria y/o bachillerato), implicando: 1. La conceptualizaciòn del método de solución TADIR (Traducción, Análisis, Diseño, Implementación y Revisión), y CONGRESO NACIONAL DE INSTRUMENTACION

2 La creaciòn de un software en un ambiente de interacción software-hardware-usuario disponible para ejecutarse en una computadora personal. 2. DESARROLLO 2.1 La metodología TADIR TADIR es una posible manera de representar el camino requerido para pensar la solución del problema y una guía para llevar a cabo los correspondientes procesos cognitivos (de arriba hacia abajo, comprendiendo las cuatro primeras etapas: TADI) y metacognitivo (de abajo hacia arriba, comprendiendo la última etapa: R). En el desarrollo actual del ejemplo ilustrativo sólo se contemplan las cuatro primeras etapas de la metodología. Aquí metacognición implica pensar lo pensado y contiene dos partes: la primera consiste estrictamente en el exámen de todas las componentes de la solución: orden de magnitud, unidades, significado físico, casos límite. La segunda parte se refiere a la confrontación de los resultados con las operaciones realizadas en cada una de las etapas previas (TADI), tal como se indica en la Fig. 1 y se explica a continuación. COGNICIÓN METACOGNICION TRADUCCIÓN R 1 ANÁLISIS R 2 REVISION R 3 R 4 DISEÑO IMPLEMENTACION Figura 1. Etapas del método TADIR para resolver problemas. R 1 : R 2 : Examinar el enunciado original del problema y considerar críticamente si los términos utilizados en la etapa de Traducción no requieren de modificaciones y si las respuestas obtenidas responden a las preguntas planteadas en el enunciado. Plantearse si todas las suposiciones introducidas en el Análisis se han utilizado correctamente y analizar las implicaciones que tendría cambiar alguna de ellas o introducir algunas nuevas. CONGRESO NACIONAL DE INSTRUMENTACION

3 R 3 : R 4 : Ser crítico respecto de otros posibles caminos o Diseños para obtener la solución, implicando las mismas componentes o introduciendo algunas diferentes. Asegurarse que todas las operaciones matemáticas requeridas en la etapa de Implementación de la respuesta se han realizado correctamente y si el correspondiente algoritmo se ha aplicado bien o se requieren modificaciones. Las etapas del método TADIR pueden igualmente aplicarse a varias disciplinas y son equivalentes a los pasos planteados por otras estrategias (2). En esta obra no hemos considerado el análisis comparativo de tales equivalencias ni sus implicaciones en términos de investigaciones acerca del importante tema de solución de problemas. (3) 2.2 DISEÑO Y DESARROLLO DEL SOFTWARE. En el desarrollo de un sistema multimedia es importante identificar cada una de las etapas que se presentan como la planeación, el diseño, la producción, las pruebas y la generación del producto final. Analizando las opciones de diseño se decidió manejar este tutorial con herramientas de multimedia aplicadas a páginas de Web a fin de obtener, además de un software que se ejecute en una computador personal, un producto factible de instalar en la red de Internet. Para lograr este formato el sistema tutorial utiliza la plataforma de Windows, que es el ambiente gráfico empleado por la generalidad de los usuarios. Además, se utiliza software de uso específico en el diseño de multimedia y un programa navegador o browser Diseño del sistema tutorial. Considerando que el área de la física es compleja, y que en la actualidad el desarrollo de la tecnología en los sistemas de cómputo nos permite generar herramientas para el desarrollo de software que ayuden al estudiante en la solución de problemas, en este tutorial se presenta un ejemplo ilustrativo referido al Movimiento Rectilíneo Uniforme, MRU ( figura 2). Una de las etapas más importantes en el diseño y desarrollo de una aplicación multimedia es la producción, que incluye el guión del sistema (mapa del diseño o navegación). A continuación se presenta un diagrama general del diseño del tutorial, en el que se explica la estructura general del (4) (5) (6) software. CONGRESO NACIONAL DE INSTRUMENTACION

4 MAPA DE NAVEGACION GENERAL DEL TUTORIAL Presentación del Tutorial Introducción del Tutorial Metodología TADIR Descripción general del problema (Movimiento Rectilineo Uniforme, MRU ) **** Explicación gráfica del problema ( MRU ) Explicación de TADIR aplicado a la solución del problema. Opciones de Solución del problema aplicando la metodología TADIR en MRU Método Gráfico Método Análitico Método por Aproximaciones Método por Tabulación Traducción Análisis Diseño Implementación Revisión Figura 2 Mapa de navegación general del software Como se observa en la figura anterior, TADIR puede aplicarse siguiendo diferentes métodos de solución. El desarrollo del software para cada uno de éstos módulos implica la presentación y representación de las diferentes etapas de TADIR, como se observa en el diseño del módulo del Método gráfico en la figura 3. CONGRESO NACIONAL DE INSTRUMENTACION

5 Descripción general del problema MRU a solucionar en el tutorial. *** Toño y Manuel están en los extremos opuestos de una pista de carreras y van a correr en direcciones contrarias. Toño es el más rápido y recorre 6 m/s mientras que Manuel corre sólo a 4 m/s; la distancia que los separa es de 100 m. En qué lugar y en qué momentos se encuentran? TRADUCCION: 1. Toño y Manuel se mueven en sentidos contrarios y con velocidades diferentes 2. El camino que recorren en la pista es a lo largo de una línea recta 3. El lugar del encuentro es una distancia y el momento del encuentro es un tiempo. Imagen 1: Despliegue en pantalla de corredores- Imagen 2: Despliegue en pantalla de lineas representativas de distancias entre corredores Imagen 3: Despliegue en pantalla de notación de variable d Imagen 4: Despliegue en pantalla de notación de variable d T Imagen 5: Despliegue en pantalla de notación de variable d M Imagen 6: Despliegue en pantalla de notación de variable t T Imagen 7:Despliegue en pantalla de notación de variable t M Imagen 8: Despliegue en pantalla de notación de variable V T Imagen 9: Despliegue en pantalla de notación de variable V M Figura 3 Mapa de navegación de la etapa de Traducción del módulo de solución gráfica.

6 Figura 4 Pantalla de la etapa de Traducción del problema de MRU Figura 5 Pantalla de la etapa de Análisis del problema MRU (se explicitan las suposiciones s 1 a s 4 requeridas para resolver el problema)

7 Figura 6 Figura 5 Pantalla de la etapa de Análisis del problema MRU (se explicitan las suposiciones s 5 a s 8 requeridas para resolver el problema) Figura 7 Pantalla de etapa de Diseño del problema MRU (la colocación de los circulos indican el lugar donde se aplican las suposiciones s 1 a s 8 )

8 Figura 8 Pantalla de la etapa de Implementación del problema MRU AVANCES DEL PROYECTO. Actualmente el proyecto se encuentra en la etapa del diseño de cada uno de los Métodos de Solución aplicando la metodología TADIR con animación para ilustrar su empleo. En las figuras 5, 6, 7 y 8 se observan las pantallas que se han diseñado para las etapas de la solución gráfica. El método TADIR se ha aplicado en cursos de física a nivel de bachillerato y de licenciatura, pero hasta ahora no se ha dispuesto de un programa y de la interfaz gráfica para mostrar al estudiante los procesos de razonamiento seguidos al resolver problemas.

9 REFERENCIAS 1. Barojas, J. (2000) On problem solving, creativity and distance education. 12 th International Conference on System Research, Informatics and Cybernetics. 2. Polya, G. (1945) How to solve it. Garden City, N:Y: Doubleday 3. Maloney, D.P. (1994) Research on Problem Solving:Physics, Handbook of Research Science Teaching and Learning. Ed. D.L. Gabel, MacMillan N.Y. 4. Centro de Computación Profesional de México, (1999) Multimedia Aplicada, Ed. McGraw-Hill, México, D.F. 5. Richard Brice, (1999) Multimedia & Virtual Reality Engineering, Ed. Newnes, Linacre House,Jordan Hill, Oxford, Great Britain 6. Rafael Ruiz Moreno, (2000) Preproducción de un sistema multimedia, Diplomado de Multimedia, DGSCA, UNAM.,México D

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