Laboratorio Virtual de Física en e-learning Javier Ablanque Rosa M. Benito Grupo de Innovación Educativa Física Interactiva. Departamento de Física y Mecánica. ETSI Agrónomos. Universidad Politécnica de Madrid. 28040 Madrid, España. Juan Carlos Losada Grupo de Innovación Educativa Física Interactiva. Departamento de Tecnología de la Edificación. EU Arquitectura Técnica. Universidad Politécnica de Madrid Francisco Javier Arranz Grupo de Innovación Educativa Física Interactiva. Departamento de Ingeniería Rural. ETSI Agrónomos. Universidad Politécnica de Madrid Luis Seidel Mª Encarnación Cámara Grupo de Innovación Educativa Física Interactiva. Departamento de Física. ETSI Industrial. Universidad Politécnica de Madrid Florentino Borondo Grupo de Innovación Educativa Física Interactiva. Departamento de Química. Universidad Autónoma de Madrid. Cantoblanco, 28049 Madrid, España Correspondencia a: Rosa M. Benito. E-mail: rosamaria.benito@upm.es RESUMEN En las universidades públicas de Madrid se están llevando a cabo varias experiencias piloto en relación con el Espacio Europeo de Educación Superior (EEES). El objetivo principal de estas experiencias es desarrollar y validar nuevas metodologías adecuadas a la nueva filosofía de enseñanza, donde el protagonista de la educación es el alumno y su trabajo de aprendizaje. En este sentido consideramos que las nuevas tecnologías aplicadas a la formación, como Internet o videoconferencia pueden y deben jugar un papel muy importante en la implantación de la nueva metodología que conlleva el EEES, en la que el alumno tiene que tener un papel mas activo. Consideramos que para la gestión y organización de la enseñanza y aprendizaje es muy importante el uso de plataformas de telenseñanza, tanto para b-learning como para e-learning. En esta ponencia presentamos las principales características de la metodología seguida en el desarrollo de los materiales didácticos de un laboratorio virtual de física complementado con unos capítulos interactivos de teoría. Keywords: Física; Interactiva; Laboratorio; Espacio Europeo de Educación Superior; e-learning. 1
1. Introducción El uso de las nuevas tecnologías de la información en la enseñanza puede contribuir a abrir las fronteras del conocimiento a lugares fuera de la escuela tradicional y permitir una formación continua así como el acceso a la misma a personas que viven en lugares alejados de las universidades y centros de enseñanza. Además, dentro del EEES puede permitir que alumnos de distintas universidades europeas cursen simultáneamente una misma asignatura dentro de un entorno virtual de enseñanza, lo que se conoce como e-learning. Para llevar a cabo este tipo de enseñanza es fundamental disponer de una plataforma de telenseñanza adecuada, como por ejemplo Moodle (J. Cole,2005). A parte de la existencia de algunas universidades virtuales (ver referencia [6]), en las universidades españolas se han empezado a ofertar asignaturas de licenciatura que se pueden cursar a través de Internet. Esto presenta una gran ventaja para muchos estudiantes, ya que pueden acceder a asignaturas impartidas por profesores de otros centros distintos al que se encuentran matriculados o incluso de otras universidades españolas sin el inconveniente (muchas veces insalvable) del transporte y la incompatibilidad de horarios. Un ejemplo de esto es el proyecto Aula a Distancia y Abierta de la Comunidad de Madrid (ADA- Madrid) (ver referencia [7]), en el cual algunos profesores de las universidades públicas de Madrid imparten asignaturas de libre elección por Internet o videoconferencia. En este sentido consideramos que esta tecnología es de gran utilidad a la hora de facilitar el acceso a la formación en toda Europa, ya que, una vez salvados los problemas administrativos, se podrían crear fácilmente Proyectos similares a ADA-Madrid a nivel Europeo (ADA-Europa), lo que permitiría por ejemplo que los alumnos españoles pudieran beneficiarse de los cursos que imparten profesores de universidades europeas de prestigio sin necesidad de desplazarse, así como ampliar nuestra oferta educativa a estudiantes de otros países. Además, este tipo de enseñanza permite al alumno ser él mismo quien se organice su proceso de aprendizaje y al profesor una mejor gestión de su asignatura y una percepción más personalizada por parte del alumno de su papel de tutor-guía. Consideramos que todavía la principal limitación a la hora de ofertar asignaturas de e-learning radica en la elaboración de los materiales didácticos (R.M. Benito, 2007). Estos materiales se deben desarrollar con sumo cuidado para que tengan un gran valor pedagógico y sobretodo teniendo presente que deben incluir todos los elementos multimedia necesarios para conseguir un alto grado de interactividad encaminada a potenciar una actitud activa del estudiante en el proceso de aprendizaje. En esta ponencia presentamos una descripción detallada de la metodología seguida en la elaboración de materiales didáctico de e-learning y en la organización de la docencia de un laboratorio virtual de Física, complementado con unos capítulos teóricos de Física Interactiva (L. Seidel, 2006), destinado a alumnos de primeros cursos de Ciencias e Ingeniería. Terminamos con unas conclusiones y reflexiones sobre el papel importante que este tipo de enseñanza puede desempeñar en la creación del EEES. 2. Descripción del laboratorio virtual de Física La enseñanza de la Física tiene que basarse en la experiencia de los procesos físicos, su análisis, etc. Es por ello que en todos los primeros cursos de Física se incluyen una o varias sesiones en el laboratorio. Al abordar la posibilidad de un curso de Física a distancia, en un principio parece insalvable la posibilidad de la realización de prácticas sin romper la calificación a distancia. Planteada esta cuestión, nosotros hemos desarrollado un laboratorio virtual, de 2
forma que los alumnos puedan experimentar con datos previamente recogidos en el laboratorio real o con simulaciones numéricas de los procesos a estudiar. El Laboratorio virtual de física consta de catorce prácticas agrupadas en cinco bloques temáticos: - Errores (1 práctica) - Mecánica (3 prácticas) - Termodinámica (3 prácticas) - Electromagnetismo (3 prácticas) - Óptica (2 prácticas) - Física Moderna. (2 practicas) Figura 1. Página de inicio. Cada práctica está desarrollada en detalle y todas siguen el siguiente esquema: - Objetivos a conseguir - Material necesario, - Introducción teórica sobre los fundamentos físicos de la práctica - Registro de datos - Interpretación de resultados. 3
La mayoría de las prácticas están basadas en el laboratorio asistido por ordenador (R.M. Benito, 2002), (J. Ablanque, 2006), en el que se utiliza el ordenador como elemento de adquisición y tratamiento de datos. El texto está acompañado de numerosas ilustraciones y pequeños fragmentos de video con el fin de reproducir el experimento y explicar el proceso de manera similar a como se realizaría la experiencia en el laboratorio. Figura 2. Ejemplo de una práctica desarrollada paso a paso. En todas las prácticas se insiste en la importancia de expresar los resultados correctamente, es decir dando siempre el valor numérico acompañado de la incertidumbre y las unidades que correspondan. Tanto para la representación gráfica de los resultados de la experiencia, como para el cálculo del valor de la incertidumbre que acompaña al resultado final se ha empleado la hoja de cálculo Excel, ya que si bien no es la única hoja de cálculo si es la que mayor difusión tiene y por lo tanto con la que más familiarizado está el alumnado. 4
Además, el material dispone de una sección en la que se plantea al alumno la resolución de un ejercicio práctico cuyos datos se han obtenido experimentalmente tal y como se ha explicado en el desarrollo de la práctica. Con la resolución de este apartado, el alumno puede comprobar que ha entendido los objetivos y el desarrollo de la experiencia aplicando el mismo procedimiento a otros datos. Por último, al final de cada práctica hay una sección para que el alumno pueda ampliar sus conocimientos, en la que se incluyen varias direcciones de páginas web, bibliografía, CDs y DVD. El laboratorio virtual se complementa con unos capítulos de teoría denominados Física Interactiva, que si bien no son imprescindibles para la realización de las prácticas, pueden ayudar al alumno que lo desee a comprender los fundamentos físicos de los procesos estudiados o a ampliar sus conocimientos sobre algún tema en particular. En estos capítulos se incluyen animaciones, simulaciones y ejercicios resueltos sobre los distintos temas, que permiten al alumno seguir de una manera más amena y sencilla las explicaciones teóricas, así como autoevaluarse el grado de conocimiento adquirido. 3. Conclusiones Creemos que este tipo de material complementa perfectamente a un curso de Física de primeros cursos de Universidad, de forma que la asignatura de Física se pueda impartir íntegramente on-line sin que pierda ninguno de los aspectos de la enseñanza presencial como pueda ser la realización y comprensión de las prácticas de laboratorio. Permite además desarrollar la metodología de aprendizaje que conlleva el EEES, donde el punto de vista importante en el proceso de enseñanza-aprendizaje es el aprendizaje por parte del alumno, más que la enseñanza por parte del profesor. Con este tipo de material el alumno es el gestor íntegro de su proceso de aprendizaje, dejando al profesor el papel, además del de diseñador de materiales que permitan este proceso, el de tutor-guía que le ayuda a conseguir los objetivos propuestos. 4. Agradecimientos Este trabajo ha sido financiado parcialmente a través de los Proyectos de Innovación Educativa IE06023032 y IE07023049, de la Universidad Politécnica de Madrid, en el marco del proceso de implantación del espacio europeo de educación superior y la mejora de la calidad universitaria. 5. Bibliografía [1] J. Ablanque, J. C. Losada, A. S. Sanz, F. J. Arranz y R. M. Benito (2006), Laboratorio asistido por ordenador: oscilaciones regulares y caóticas en el péndulo de Pohl. Revista Española de Física, 20 (4). 2006 [2] R.M. Benito, J.C. Losada, J. Ablanque y A. Sanz (2002), Prácticas de Laboratorio de Física, Editorial Ariel, Barcelona [3] R. M. Benito y J. C. Losada (2007), Metodología seguida en el desarrollo de los contenidos del curso Iniciación a la teoría del caos y fractales impartido por internet en ADA-Madrid. Relada 1 (1): 66-70 5
[4] J. Cole (2005). Using Moodle: Teaching with the popular open-source course management system. Ed. O Reilly [5] L. Seidel, R. M. Benito, M.E. Cámara (2006). Desarrollo de un Curso Interactivo de Física para los alumnos de nuevo ingreso en la UPM. 14 Congreso Universitario de Innovación Educativa en las Enseñanzas Técnicas. Recursos electrónicos [6] http://www.uoc.edu/web/esp [7] http://morfeo.gate.upm.es/moodle/ 6