I.- DATOS GENERALES Nombre de la carrera: Educación Unidad Curricular: Electricidad II.- SINOPSIS PROGRAMA DE ESTUDIO Mención: Física y Matemáticas Código de la Unidad Curricular: Número de Créditos: 3 Área de Formación Especializada Equipo de diseño: Régimen de Evaluación: Continua con Examen de Reparación Unidades curriculares vinculadas: Cálculo II, Cálculo III, Laboratório de Electricidad y Magnetismo, Magnetismo N horas semanales de acompañamiento Docente: 5 N horas semanales de trabajo independiente: 8 En este curso se estudian los principios físicos fundamentales de la electricidad. Por medio de sus contenidos se desarrollan los conceptos básicos asociados a estos principios y se presentan modelos sencillos para representar distribuciones de cargas estáticas y en movimiento, así como la representación de campos y potenciales eléctricos. Las competencias asociadas al curso se refieren a que el estudiante muestre dominio conceptual de cada uno de los tópicos y de sus aplicaciones a problemas reales así como el poder relacionar dichos contenidos con el entorno en que vive y establecer un juicio crítico de la importancia que tiene la electricidad como fuente de energía para la vida.
III.- JUSTIFICACIÓN La unidad curricular Electricidad pertenece al quinto semestre de la carrera. Es el primer curso del área de Electromagnetismo en donde los estudiantes tendrán la oportunidad de conocer y analizar los principios fundamentales de las interacciones eléctricas. La importancia del estudio de dichas interacciones radica no sólo en el hecho de formar parte de la física y que corresponde a la formación especializada de la carrera, sino que también cobra importancia que el licenciado en Educación, mención Física y Matemática de la UCAB sea capaz de transmitir valores y actitudes cónsonos con el quehacer docente, de manera que no sea un simple transmisor de información sino que discuta, analice, valore y dimensione lo que conoce a otros ámbitos como ambiente, la vida, el ahorro energético y otras situaciones similares propias del presente siglo. En la primera parte del curso se estudian las propiedades de la carga eléctrica y del campo eléctrico, así como la presencia de fuerzas eléctricas como resultado de la interacción carga-campo. Se hace hincapié en las semejanzas y diferencias con el campo gravitatorio y se espera que los estudiantes elaboren su propio mapa conceptual que sea consistente con la física involucrada. Posteriormente se estudia el potencial eléctrico, el concepto de flujo eléctrico y la ley de Gauss para así estudiar la capacidad eléctrica y el capacitor, elemento de suma importancia en la industria de la electrónica y desarrollo de prototipos. En la segunda parte del curso se estudian los circuitos eléctricos, se comienza con la definición de corriente y resistencia, la interpretación de la ley de Ohm, su límite de validez, el estudio de la potencia eléctrica y las diferentes técnicas de resolución de circuito, tomando en cuenta consideraciones de energía, el efecto Joule y otros parámetros eléctricos, de modo que el estudiante pueda concientizar y transmitir valores a sus futuros educandos. Esta unidad curricular se convierte en un espacio de análisis y reflexión en el área de electricidad. Consolida los conceptos, habilidades, técnicas y estrategias que los estudiantes deben haber aprendido en los cursos previos a su formación universitaria, atendiendo a sus experiencias y por ende a las fortalezas y debilidades que puedan presentar. La unidad curricular promueve: El análisis de los fenómenos físicos, como medio de comunicación e interrelación didáctica y científica. El desarrollo del pensamiento lógico matemático, como medio para la interpretación y resolución problemas. El estudio de la relación entre la física y matemática como ciencias que se complementan para comprender y conocer los fenómenos naturales y su repercusión sobre el ser humano. Desde el punto de vista profesional, el licenciado en Educación Física y Matemáticas demuestra habilidades profundas y bien consolidadas en su área de especialización, que le permiten realizar una constante revisión de sus aprendizajes previos como medio para desarrollar las competencias necesarias en su acción docente.
IV.- COMPETENCIAS QUE DESARROLLA LA UNIDAD CURRICULAR Competencia General: 1.G. Aprender a Aprender con Calidad Unidades de Competencia: Criterios de desempeño Indicadores de logro 1.1 Abstrae y analiza información 1.1.1- Identifica elementos comunes en diferentes situaciones o contextos. Establece semejanzas y diferencias entre los campos gravitatorio y eléctrico. 1.1.2- Simplifica una situación planteada de Resuelve situaciones problemáticas acuerdo a la información dada. de forma eficiente. Argumenta físicamente el fenómeno estudiado. 1.2-Aplica los conocimientos en la práctica. 1.2.1- Selecciona la información que resulta relevante para resolver un problema. Diferencia los elementos que definen un fenómeno físico particular y el modelo físicomatemático que puede dar solución al mismo. 1.3- Identifica, plantea y resuelve problemas. 1.3.1- Reconoce diferencias entre el planteamiento de un problema y su resolución. Identifica las diversas variables en el planteamiento de un problema y establece acciones para su resolución.
1.3.2-Analiza el problema y obtiene la información requerida para solucionarlo. Hace explícito el principio físico que está implícito en el fenómeno, listando las cantidades conocidas y las incógnitas, como elementos definitorios en el lenguaje técnicocientífico. Utiliza el dibujo como ayuda para visualizar y analizar la situación física. Selecciona o deduce la o las ecuaciones, que expresen los principios físicos que permite solucionar el problema. Sustituye las cantidades dadas en las ecuaciones y lleva a cabo el cálculo. Comprueba si los resultados son razonables y correctos para el problema físico planteado. Argumenta sobre otros posibles caminos para solucionar el mismo problema y sobre otros cambios
1.6.G- Demuestra conocimiento sobre su área de estudio y profesión 1.6.1.G-Identifica términos, definiciones y ejemplos del lenguaje técnico de la profesión. posibles basados en posibles incógnitas. Explica y diferencia el significado de la nomenclatura V AB, W A B, Competencia General: 3. G.- Aprender a Trabajar con el Otro Unidades de Competencia: Criterios de desempeño 3.1- Participa y trabaja en equipo 3.1.1- Identifica roles y funciones de todos los miembros del equipo. Indicadores de logro Participa activamente en la resolución colectiva de los problemas y ejercicios relacionados con principios físicos. 3.1.2- Realiza tareas establecidas por el equipo. Cumple con las tareas previstas en su equipo, en la resolución colectiva de los problemas y ejercicios relacionados con principios físicos. Hace explícito, públicamente, el
3.1.3- Cumple diversos roles dentro del equipo problema a resolver y los diversos caminos para resolverlo. 3.2- Toma decisiones efectivas para resolver problemas 3.2.1- Identifica el problema Analiza con detalle las características de la situación que se estudia, en particular en la resolución de problemas de electricidad. 3.2.2- Analiza el problema. Describe físicamente, ante sus compañeros, sobre la validez o no de los planteamientos hechos en la resolución de problemas de electricidad. 4. G APRENDER a INTERACTUAR EN EL CONTEXTO GLOBAL Unidades de Competencia: Criterios de desempeño: 4.1- Maneja adecuadamente las 4.1.1- Emplea recursos de internet como tecnologías de información y herramienta comunicacional. comunicación Indicadores de logro: Utiliza varios espacios electrónicos para enriquecer y complementar su actividad estudiantil. Reconoce los principales buscadores. Califica las fuentes Valida la información con expertos.
Identifica los espacios sociales de investigadores, profesores, expertos y demás relacionados con su área de interés. 4.2. G- Aplica tecnologías actualizadas en la práctica educativa. 4.2.1.G- Selecciona, adapta y utiliza aplicaciones, herramientas y recursos TIC, propiciando un ambiente de aprendizaje basado en los principios físicos de la resolución de problemas y el trabajo en equipo. Utiliza recursos electrónicos para fortalecer su proceso de aprendizaje, cotejar resultados y comunicar sus avances o inquietudes.
Competencia Profesional Básica: 1. PB Asume con Autonomía su Desarrollo Personal Unidades de Competencia: Criterios de desempeño: 1.1. PB- Es un pensador critico 1.1.1.PB- Participa en debates y formula preguntas significativas que aclaren diversos puntos de vista 1.1.2.PB- Identifica, analiza y sintetiza información sobre el medio en el que convive, con el objeto de responder interrogantes planteadas. Indicadores de logro: En función de las observaciones y estudio de los fenómenos físicos donde se evidencien los conceptos, leyes y principios de la física eléctrica, discierne sobre las diversas formas de solucionar problemas. Discute y valida los argumentos realizados por otros en función de los requerimientos del problema. Relaciona los fenómenos físicos abordados en el curso con su entorno y contexto en el que convive. 1.1.3.PB- Desarrolla su pensamiento lógico Clasifica los fenómenos físicos estudiados y elabora mapas de conceptos
Competencia Profesional Básica: 3. PB Desarrolla su Acción Didáctica con Eficiencia y Efectividad Unidades de Competencia: 3.5.PB- Aplica tecnologías actualizadas en la práctica educativa. Criterios de desempeño 3.5.1.PB- Selecciona, adapta y usa aplicaciones, herramientas y recursos TIC, propiciando un ambiente aprendizaje basado en la resolución de problemas y el trabajo en equipo. Indicadores de logro Utiliza recursos electrónicos para fortalecer su proceso de aprendizaje, Observa simulaciones físicas, Compara diversas formas de solución, Valida resultados y comunica sus avances.
Competencia Profesional Específica 4.PE- Emplea sus conocimientos en física para interpretar la dinámica científica y tecnológica en un contexto global. Unidades de Competencia: 4.1. Domina la epistemología de la física, sus teorías y métodos. Criterios de desempeño 4.1.1. Comprende la diferencia entre principios, leyes y teorías física asociadas a las diferentes áreas del conocimiento científico y tecnológico. Indicadores de logro Hace explícita la diferencia entre conceptos, teorías, leyes y experimentos. Utiliza las cantidades fundamentales y derivadas que se requieren para expresar las leyes físicas. 4.1.2. Analiza los diferentes principios, leyes y teorías físicas específicamente en el área de electricidad. Describe las propiedades de la carga eléctrica y su interacción con el campo eléctrico. Identifica, dibuja e interpreta las líneas de campo eléctrico. Define y aplica la ley de Gauss dentro de sus límites de validez.
Define, interpreta y calcula el potencial eléctrico para diferentes distribuciones de carga. Identifica y calcula superficies y líneas equipotenciales. Explica el concepto de capacitancia y establece analogías conceptuales. Identifica las características, propiedades físicas y funciones de un capacitor. Define la corriente eléctrica y aplica las leyes de Ohm y Joule a la resolución de circuitos eléctricos. Aplica las leyes de Kirchhoff para resolver circuitos eléctricos sencillos.
4.1.3. Resuelve problemas en cada una de las áreas que constituyen el objeto de estudio de la física. 4.1.4. Comprende la relación entre los principios, leyes y teorías física asociadas a los fenómenos eléctricos. Plantea, analiza y resuelve problemas de física eléctrica utilizando métodos analíticos. Relaciona y establece redes conceptuales entre los distintos contenidos de la física eléctrica. Establece analogías conceptuales con la mecánica gravitatoria. 4.1.5. Utiliza principios y leyes de la física eléctrica en la resolución de problemas. Resuelve problemas relacionados con la electrostática: ley de Coulomb, campo eléctrico, ley de Gauss, potencial eléctrico y capacitores. Resuelve problemas relacionados con la electrodinámica: corriente eléctrica, resistencia eléctrica, conductividad, ley de Ohn y de Joule, circuitos eléctricos y reglas de Kirchhoff.
4.1.6. Diseña actividades experimentales para verificar y/o utilizar las leyes o principios de la física eléctrica. Diseña experimentos sencillos que permitan evidenciar leyes y principios de la electricidad. Argumenta los resultados de las experiencias. Compara los principios, leyes y teorías estudiadas con las experiencias prácticas. 4.2. Comprende el comportamiento de la naturaleza 4.2.1. Describe y explica los conceptos de la física eléctrica y los relaciona con fenómenos de la naturaleza. Investiga la presencia y aplicación de los conceptos de física eléctrica a otras áreas del saber tales como Biología, Ingeniería, Química 4.2.2. Muestra sus conocimientos de principios, leyes y teorías generales en el área de física eléctrica. Clasifica los problemas físicos de la electricidad según los principios que los definen y el nivel de dificultad
4.3 Demuestra actitud constructiva ante la física 4.3.1. Identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea las hipótesis necesarias para responderlas. Elabora experiencias físicas creativas al alcance de de todos: personas de cualquier edad y nivel educativo. Diseña experiencias físicas que consolidan el pensamiento hipotético y la resolución de problemas
V.- CONTENIDOS CONCEPTUALES PROCEDIMENTALES Campo eléctrico. Uso de los sistemas métricos SI, Carga eléctrica. CGS y el sistema ingles en la Ley de Coulomb. resolución de problemas de Líneas de campo debido a electricidad. distribuciones continuas y/o Comparación de los diversos discretas de carga. sistemas métricos y realizar Dipolo eléctrico. conversiones Flujo eléctrico. de parámetros eléctricos. La Ley de Gauss. Análisis de resultados de los Materiales conductores y aislantes. problemas, tomando las cifras Potencial eléctrico, diferencia de significativas que se ajustan al potencial eléctrico. fenómeno físico estudiado. Superficies equipotenciales. Reconocimiento de la diferencia Relación entre el campo eléctrico y entre magnitudes escalares y el potencial eléctrico. vectoriales Energía potencial eléctrica. en la electrostática. Capacidad eléctrica. Uso de los vectores en la Capacitores. descripción física del campo Asociación de capacitores en serie electrostático. y en paralelo. ACTITUDINALES Valoración del medio ambiente donde ocurren los fenómenos físicos estudiados, entendiéndose el impacto que el ser humano puede causar sobre su entorno inmediato y sobre el planeta. Comprensión de la importancia de la electricidad como fuente fundamental de energía y la importancia de su ahorro. Valoración de la importancia ética del análisis de problemas de electricidad para aportar soluciones y evitar eventos catastróficos. Toma conciencia de la importancia de la actitud crítica, atenta y concentrada ante la resolución de problemas como medio para alcanzar soluciones en cualquier campo.
Energía almacenada por un capacitor. Dieléctricos. Corriente eléctrica. Fuentes de fuerza electromotriz. Corriente y densidad de corriente. Resistencia y resistividad. Ley de Ohm. Ley de Joule, potencia eléctrica. Asociación de resistencias en serie y en paralelo. Leyes de Kirchhoff Análisis y solución de problemas de la ley de Coulomb y campo eléctrico. Resolución de problemas relacionados con diferenciales de longitud, área y volumen. Análisis del comportamiento del campo eléctrico para diferentes geometrías y diferentes configuraciones de carga. Representación gráfica del campo eléctrico para distintas distribuciones de carga. Relaciona los parámetros eléctricos que se estudian en clase con situaciones reales. Aplicación del concepto de flujo eléctrico a distintas geometrías. Explicación de la ley de Gauss en términos de flujo eléctrico y de fuente. Análisis y resolución de problemas Disfruta el proceso de resolución de problemas. Valoración de la sistematización de sus apreciaciones, análisis y conclusiones en la resolución de ejercicios y problemas. Valoración del trabajo en equipo como vía para hallar mejores soluciones a los problemas. Participación activa en la comunicación, expresando sus ideas de forma respetuosa y educada. Toma de conciencia del uso de editores de lenguaje físico y matemático para la presentación de sus ideas y trabajos.
de potencial eléctrico y diferencia de potencial eléctrico. Establecer relaciones conceptuales y matemáticas entre la ley de Coulomb, campo eléctrico, ley de Gauss y el potencial eléctrico. Análisis y resolución de problemas de capacidad eléctrica y capacitores. Análisis de las características físicas de un capacitor. Resolución de circuitos capacitivos conectados en serie y en paralelo. Definición de corriente eléctrica. Interpretación de la ley de Ohm. Resolución de circuitos resistivos conectados en serie y en paralelo. Resolución de circuitos con mallas y nodos utilizando las leyes de Kirchhoff.
VI.- ESTRATEGIAS DE ENSEÑANZA Y DE APRENDIZAJE SUGERIDAS En el tiempo de acompañamiento docente: Revisión de conocimientos previos de los estudiantes. Reformulación y corrección de los temas que están siendo estudiados. Mediación de aprendizajes durante actividades colaborativas e individuales, asesorías individuales y grupales. Asignación de lecturas. Análisis de cada uno de los productos material didáctico elaborado por los estudiantes en el proyecto encuentro con la ciencia Selección de vídeos y material relacionado al curso. Organización del encuentro con la ciencia Selección de los problemas o casos a resolver en clases: Aprendizaje Basado en Problemas, como vía para desarrollar las competencias relacionadas con análisis de fenómenos físicos. Aprendizaje Basado en Problemas, como vía para desarrollar las competencias relacionadas con el planteamiento y resolución de problemas de cinemática. Taller Reflexivo 1, para desarrollar las competencias de representación gráfica y vectorial de los fenómenos físicos. Taller Reflexivo 2, para desarrollar las competencias relacionadas con el uso de material didáctico. Taller Reflexivo 3, para desarrollar las competencias de resolución de problemas en equipo En el tiempo de trabajo independiente: Creación de problemas que respondan a los fenómenos físicos observados. Elaboración de artículos científicos, He observado! como medio para desarrollar las competencias relacionadas con la redacción de textos científicos, el desarrollo del pensamiento lógico. Elaboración de mapas mentales en el estudio de la electrostática. Participar en el Encuentro con la Ciencia diseñado para promover las competencias investigativas y de expresión escrita y oral.
Mantiene una ejercitación constante por y para el desarrollo de las habilidades en el manejo de las expresiones matemáticas de la física eléctrica abordadas en el curso. Analiza y grafica fenómenos físicos conceptualmente Resuelve problemas de diferentes fuentes bibliográficas o electrónicas. Desarrolla las lecturas sugeridas por el profesor. Resuelve las asignaciones y tareas correspondientes. VII ESTRATEGIAS DE EVALUACIÓN SUGERIDAS: Revisión de ejercicios y tareas. Talleres Reflexivos. Estudio de Casos. Exposiciones. Participación en proyectos didácticos. Elaboración de artículos científicos divulgativos. Exámenes teórico - práctico
VII.-FUENTES DE CONSULTA Bibliográficas FÍSICA ( TOMO II ). M. ALONSO y E. FINN. Editorial Addison Wesley. ISBN: 968-444-223-8, 968-444-224-6 FÍSICA ( TOMO II ), (4ª Edición). P.A. TIPLER. Editorial Reverté ISBN: 84-291-4367-X, 84-291-4368-8 FÍSICA ( TOMO II ), (9ª Edición). SEARS y otros. Editorial. Addison Wesley Longman. ISBN: 968-444-277-7, 968-444-278-5 FÍSICA ( TOMO II ), (3ª Edición). R.A. SERWAY. Editorial Mc. Graw Hill. ISBN: 968-422-988-7, 968-422-989-5 FÍSICA ( TOMO II ). J.M. de JUANA. Editorial Alhambra. ISBN: 84-205-1217-6, 84-205-1712-7 FUNDAMENTOS DE FÍSICA. HALLIDAY - RESNICK. Editorial CECSA. ISBN: 0-471-06020-8 FÍSICA. GETTYS, KELLER y SKOVE. Editorial. Mc. Graw Hill. ISBN: 84-7615-635-9 80 EXPERIMENTOS PARA HACER EN CASA. RESPUESTAS A LOS CURIOSOS. ISABEL AMATO Y CHRISTIAN ARNOULD. Editorial Barcelona FÍSICA RECREATIVA. Y. PERELMAN. Editorial Rubiños 1860, Madrid, 1994. Electrónicas: http://phet.colorado.edu/ bohr.fcu.um.es/miembros/rgm/ www.physicsonstage.net/main/publications.asp www.wfu.edu/physics/pira/ http://physicslearning.colorado.edu/pira/pira.asp www.experimentar.gov.ar/newexperi/home/home.htm centros5.pntic.mec.es/ies.victoria.kent/rincon-c/rincon.htm http://www.lip.pt/~outreach/experiments/experiments_pt.html