DISEÑO DE PROTOTIPOS

UNIVERSIDAD DE CARABOBO FACULTAD DE CIENCIAS DE LA EDUCACIÓN DIRECCION DE ESTUDIOS DE POSTGRADO

MAESTRIA DE EDUCACIÒN EN FÌSICA

DISEÑO DE PROTOTIPOS EXPERIMENTALES ORIENTADOS AL APRENDIZAJE DE LA

FÍSICA

Prof. Ribeiro Carlos

Mérida, Noviembre de 2011

INTRODUCCIÓN

La Física es una ciencia natural, basada en

la observación y la experimentación, por lo

cual debe ser presentada a los estudiantes,

en las áreas de clase, con dispositivos o

instrumentos que permitan reproducir los

fenómenos que se tratan de explicar.

EJEMPLOS

a) La caída libre de un objeto o cuerpo

b) El principio de inercia

c) la tercera ley de Newton

d) El desplazamiento con mínima fricción

e) El plano inclinado

Todos ellos se realizan con la finalidad de

llamar la atención del educando y de

facilitarle la comprensión de los contenidos.

OBJETIVO GENERAL

Diseñar y utilizar prototipos experimentales elaborados con materiales de provecho, los cuales están orientados al aprendizaje experimental de la Física.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

a) Proponer el uso de prototipos elaborados con materiales de provecho para el aprendizaje experimental de la Física. b) Aplicar el diseño y uso de prototipos en los docentes que laboran en el área de la Física.

c) Proponer a los docentes el uso de

prototipos (construidos con material

de bajo costo ò de provecho) para la

enseñanza y el aprendizaje de la

Física.

JUSTIFICACIÓN

La presente investigación pretende: Efectuar prototipos para facilitar a los docentes de Física la enseñanza de dicha asignatura, la cual debe constituirse en fuente de motivación. Facilitar el desarrollo del aprendizaje constructivista, utilizando recursos didácticos y técnicas metodológicas que le proporcionen a los estudiantes, algo más que habilidades, conocimientos y actitudes.

JUSTIFICACIÓN

Además se puede decir que: los estudiantes de Física de la mayoría de las Universidades son capacitados con instrumentos altamente costosos en el laboratorio y una vez egresados se encuentran con otra realidad; al laborar en instituciones educativas donde carecen del espacio físico del laboratorio de Física y los materiales e instrumentos que deberían poseer los mismos.

JUSTIFICACIÓN Con estos prototipos se pretende facilitar a los educadores un recurso didáctico que contribuya en el proceso de orientación y aprendizaje de la Física, el ayudar a los estudiantes a comprender los significados de los conceptos físicos que se les presentan, al relacionar la asignatura con problemas cotidianos y situaciones reales, poniendo de manifiesto la utilidad de la Física como herramienta de trabajo.

METODOLOGÍA El desarrollo de actividades experimentales por medio de un conjunto de prototipos elaborados con materiales de provecho, permite que cada estudiante construya su propio material de experimentación. Aunado a esto, se reconoce la importancia del paradigma de la enseñanza sustentada en constructos y procesos (Ausubel, 1982) según el cual el conocimiento es reconstruido, reelaborado e incorporado a los esquemas previos del sujeto cognoscente durante el proceso de aprendizaje

METODOLOGÍA La metodología del proyecto de diseño y construcción de prototipos para la Didáctica de las Ciencias Naturales, en particular de la Física en el contenido mecánica, consta de tres etapas: I. Diseño del prototipo y Manual del Docente. II. Validación del Manual. III. Empleo y determinación de su efectividad en aula.

METODOLOGÍA En la etapa (I) se seleccionan los conceptos y constructos teóricos relevantes de acuerdo a los contenidos programáticos del currículo, en forma secuencial creciente de complejidad; se idean o proponen experiencias experimentales y/o prototipos experimentales que evidencien estos fenómenos y conceptos. De las posibles experiencias se toman aquellas que su construcción y diseño sean posibles con materiales de fácil adquisición y preferentemente de uso cotidiano, de suerte tal, que incluso puedan elaborarse en casa por los aprendices o estudiantes, con un mínimo de instrucciones y asesoramiento del docente-facilitador.

METODOLOGÍA Para asegurar la pertinencia de la experiencia o del prototipo en la significación conceptual de un determinado fenómeno, se procede a la validación del prototipo (etapa II) y de su manual por el método de juicio de expertos (Test de Likert). En la etapa (III) se emplea en el ejercicio docente del aula; allí la metodología de investigación cualitativa y de observador participante es fundamental para realizar ajustes al diseño y estrategia de instrucción, en el empleo de cada prototipo particular, con el fin de mejorar su implantación en los diseños venideros o en otros grupos de estudiantes.

DISEÑO DE PROTOTIPOS

EL POTE OBEDIENTE Objetivo: Ilustrar la conversión de la energía cinética en potencial.

DISEÑO DE PROTOTIPOS CILINDROS RODANTES

Objetivo: Explicar el momento de inercia de un cuerpo y su dependencia de la distancia al eje de giro.


EL AERODESLIZADOR Objetivo: Ilustrar el desplazamiento de un cuerpo con mínima fricción.


OSCILADOR SENCILLO Objetivo: Demostrar que la amplitud de oscilación al aplicar una fuerza externa oscilante depende fundamental de la sincronización entre la frecuencia de la fuerza y la frecuencia propia del cuerpo que se coloca en oscilación.

OSCILADOR SENCILLO

Palabras Claves:

Resonancia, frecuencia, péndulo

Objetivo:

Demostrar, mediante un oscilador sencillo, que la amplitud de oscilación al aplicar una

fuerza externa oscilante depende fundamentalmente de la sintonización entre la

frecuencia de la fuerza y la frecuencia propia del cuerpo que se pone en oscilación.

Materiales:

Tres péndulos de diferente longitud

Tres trozos de hilo de nylon de diferente longitud

Tres pelotas del mismo tamaño

Un trozo de varilla

Tiempo de montaje:

Muy poco

Procedimiento:

En primer lugar, conviene poner en oscilación cada uno de los péndulos para

memorizar la frecuencia de oscilación de cada uno. A continuación dejaremos los

péndulos en reposo, y moviendo la varilla a la frecuencia propia de uno cualquiera de

los péndulos (de forma casi imperceptible con la mano) observaremos que ese

péndulo se pone en oscilación con gran amplitud, mientras los demás permanecen

prácticamente en reposo. Se puede repetir la demostración sintonizando el

movimiento de vaivén de la mano con la frecuencia propia de cualquier otro péndulo.

Hacer ver que, en resonancia, se obtiene una gran amplitud de movimiento del

péndulo pese a que la amplitud de la fuerza que se aplica a la varilla es muy

pequeña.

Sugerencias:

Es preferible hacer la demostración antes de explicar el concepto de resonancia, de

forma que sea posible un breve diálogo con los estudiantes sobre los motivos por los

que sucede el fenómeno. Por ejemplo, se puede preguntar por qué se mueve sólo un

péndulo cada vez y no los demás, dado que con la mano se está moviendo la varilla

de la que penden todos ellos. Se pueden discutir las causas del fenómeno y a

continuación explicar el concepto de resonancia.

Una vez explicado el concepto, dejar un solo péndulo (retirando o sujetando los

demás) y ponerlo en oscilación natural para que se observe la frecuencia propia.

Después mover la varilla con esa frecuencia y ver que se pone en oscilación. A

continuación mover la varilla a una frecuencia diferente (mucho mayor o mucho

menor) y verificar que ese péndulo no se mueve. Exagerar el movimiento de las

manos.

Explicar la analogía de este fenómeno con el de ser empujado por alguien cuando

nos columpiamos: el empuje se ha de dar con una frecuencia que coincida con la

frecuencia propia del columpio.

Complementar esta demostración a otras sobre resonancia como “ondas

estacionarias en una cuerda” o el video del puente deTacoma Narows.


CARRO BOMBA Objetivo: Ilustrar los términos velocidad, tiempo y espacio .


BOTELLAS EQUILIBRISTAS Objetivo: Ilustrar equilibrio y centro de masa.


EL PLATO GIRADOR Objetivo: Ilustrar la fuerza centrípeta y el principio de inercia.


EL INERCIADOR Objetivo: Ilustrar el principio de la inercia.


PLANO INCLINADO Objetivo: Ilustrar el movimiento en un plano inclinado con cuerpos de diferentes masas.


EL LIBRE Objetivo: Ilustrar la caída libre de un cuerpo.


COHETE DE BOTELLA Objetivo: Ilustrar las leyes de newton y lanzamiento de proyectiles.


LA CUNA DE NEWTON Objetivo: Ilustrar la conservación de la energía en los choques.


PRENSA HIDRAULICA Objetivo: Ilustrar la ley de Pascal y el funcionamiento de los gatos hidráulicos.

DISEÑO DE PROTOTIPOS ACELEROMETRO

Objetivo: Ilustrar la aceleración del sistema mediante la medición del ángulo de inclinación.


DINAMÓMETRO Objetivo: Ilustrar la medida del peso de un cuerpo.


INDEPENDENCIA DE MOVIMIENTOS Objetivo: Ilustrar el movimiento balístico y el movimiento parabólico de proyectiles.


MAQUINA DE PRESIÓN Objetivo: Ilustrar la diferencia entre fuerza y presión al aplicar una fuerza sobre una gran área.


PISTA DE CARRO Objetivo: Ilustrar el movimiento circular.


CARRO PROPULSADO POR AIRE Objetivo: Ilustrar la ley de acción y reacción.

DISEÑO DE PROTOTIPOS MOTORES ELÉCTRICOS

Objetivo: Ilustrar los principios físicos que intervienen en el funcionamiento de un motor eléctrico de corriente continua.

DISEÑO DE PROTOTIPOS GENERADOR ELÉCTRICO

Objetivo: Ilustrar la producción de energía eléctrica.

DISEÑO DE PROTOTIPOS SIMPLE GENERADOR ELÉCTRICO

Objetivo: Ilustrar la producción de energía eléctrica.

DISEÑO DE PROTOTIPOS ELECTROSCOPIO

Objetivo: Ilustrar la acumulación de cargas eléctricas.

DISEÑO DE PROTOTIPOS JAULA DE FARADAY

Objetivo: Ilustrar la distribución de cargas eléctricas en un conductor.

DISEÑO DE PROTOTIPOS PÉNDULO ELÉCTRICO

Objetivo: Ilustrar la inducción y atracción electrostática.

DISEÑO DE PROTOTIPOS ELECTROIMÁN

Objetivo: Ilustrar la producción de campos magnéticos.

DISEÑO DE PROTOTIPOS CIRCUITO ELÉCTRICO

Objetivo: Ilustrar los diferentes tipos de circuitos eléctricos.

DISEÑO DE PROTOTIPOS MANOMETRO EN FORMA U

Objetivo: Ilustrar la presión hidrostática.

DISEÑO DE PROTOTIPOS JERINGA DE PASCAL

Objetivo: Ilustrar las presiones de un líquido.

DISEÑO DE PROTOTIPOS ELASTICIDAD DE LOS GASES

Objetivo: Ilustrar la Ley de Boyle y la de Charles.

DISEÑO DE PROTOTIPOS MÁQUINA DE ONDAS

Objetivo: Ilustrar las ondas transversales.

DISEÑO DE PROTOTIPOS MÁQUINA DE ONDAS

Objetivo: Ilustrar las ondas longitudinales.

DISEÑO DE PROTOTIPOS CAJA DE

BERNOULLI Objetivo: Ilustrar el principio de Bernoulli.

DISEÑO DE PROTOTIPOS CAÑON DE GAUSS

Objetivo: Ilustrar la transferencia de energía potencial a cinética entre las esferas.

DISEÑO DE PROTOTIPOS TELESCOPIO

Objetivo: Ilustrar la combinación de las lentes convergentes y divergentes .

DISEÑO DE PROTOTIPOS CALEIDOSCOPIO

Objetivo: Ilustrar la reflexión múltiple de la luz .

DISEÑO DE PROTOTIPOS PERISCOPIO

Objetivo: Ilustrar la refracción de la luz.

DISEÑO DE PROTOTIPOS MÁQUINA DE

EFECTOS VISULAES

Objetivo: Ilustrar el cromatismo o composición de la luz, la combinación de varios colores y la fatiga que experimenta la retina.

DISEÑO DE PROTOTIPOS MANÓMETRO

Objetivo: Ilustrar la medición de la presión de un gas encerrado en un recipiente.

DISEÑO DE PROTOTIPOS ESTROBOSCOPIO

Objetivo: Ilustrar como se pueden ver objetos que se mueven como si estuvieran quietos.

DISEÑO DE PROTOTIPOS ESPEJOS

ANGULARES

Objetivo: Ilustrar la formación de imágenes por espejos planos.

DISEÑO DE PROTOTIPOS ESPECTROSCOPIO

Objetivo: Ilustrar las diferentes longitudes de ondas y el cromatismo de la luz.

DISEÑO DE PROTOTIPOS LENTES

Objetivo: Ilustrar las lentes divergentes y convergentes, y como refractan la luz.

DISEÑO DE PROTOTIPOS ESPEJOS CURVOS

Objetivo: Ilustrar que todos los rayos luminosos que inciden sobre un espejo parabólico paralelamente a su eje óptico convergen en un punto llamado foco real cuando el espejo es cóncavo y divergen en un punto llamado foco virtual cuando el espejo es convexo.

DISEÑO DE PROTOTIPOS LA CENTRIFUGADORA

Objetivo: Ilustrar la fuerza centrifuga y sus efectos, los cuales son causados por la inercia.

DISEÑO DE PROTOTIPOS LA CATAPULTA

Objetivo: Ilustrar las máquinas simples.

RECOMENDACIONES Fomentar proyectos científicos que implique el diseño y construcción de prototipos experimentales con materiales de provecho que permitan visualizar de una manera más sencilla los fundamentos de la física en general. Estos diseños facilitan su operación y manipulación por parte de los estudiantes. Este tipo de actividades incentivan a los jóvenes y adultos a indagar sobre fenómenos particulares, promoviendo el desarrollo científico en las instituciones educativas.

REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA Alvarenga, B y Máximo, A. (1999). Física general con experimentos sencillos. Editorial Oxford. México. Falcón, N. (1992). Laboratorio de electromagnetismo, con materiales de bajo costo y fácil adquisición. Hewitt, P. (1998). Física conceptual. Manual de laboratorio. Editorial Adisson Wesley. México. Hewitt, P. (2004). Conceptos de física. Editorial Limusa. México. Pérez , E. (2007). Diseño de prototipos experimentales orientados al aprendizaje de la óptica. Facultad de Ciencias de la Educación. Universidad de Carabobo, Venezuela. Ribeiro, C. (2010). 145 Actividades para propiciar el aprendizaje experimental de la Física. Folleto del Taller. Universidad de Carabobo. UNESCO. (1956). 700 Science experiments for everyone. The United Nations Educational, Scientific, and Cultural Organization. Londres. UNESCO. (1966). Manual de la UNESCO para la enseñanza de la ciencia. Editorial Sudamericana. Argentina. UNESCO. (1975). Nuevo manual de la UNESCO para la enseñanza de la ciencia. Editorial Sudamericana. Argentina. UNESCO. (1986). Sourcebook for science in the primary school. The association for science education. UNESCO. (1999). Science & Technology Education. The association for science education. UNESCO. (1999). Low cost equipment for science and technology education Libro 1 y Libro 2. The association for science education. Paris.

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