Patricia Cáceres - Tucumán

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Secuencia didáctica para el desarrollo del tema: Interacción de la radiación con la materia. Cuerpos opacos/transparentes

Propuesta para Profesorado de Matemática- 3 año

Asignatura: Física 2 (Electricidad – Magnetismo – Óptica)

Propósitos 1 - Generar un espacio amigable y flexible para la comprensión de los modelos matemáticos usados para modelar la radiación electromagnética 2 - Promover la expresión en lenguaje formal, superando las explicaciones coloquiales consecuentes con aproximaciones cualitativas

Objetivos L@s estudiantes deberían:

1. Participar activamente en un foro de discusión 2. Asociar las variables de las funciones senoidales con las características/propiedades de la

ondaEM 3. Identificar el modelo geométrico de rayo con el vector de Poynting 4. Diferenciar materiales transparentes de opacos, en función de frecuencias de la radiación

EM

Contenidos 1 - Ondas electromagnéticas, características y formas de representación. Vector de

Poynting 2 – Principios de Huygens, Huygens – Fresnel

Saberes previos necesarios

En relación a la disciplina: Campos eléctrico y magnético como funciones de punto y tiempo. La forma matemática de la solución de las Ecuaciones de Maxwell. Ecuación de onda. Principio de superposición. En relación a las TIC: Uso del campus del IFD. Planificación considerando entorno digital de aprendizaje.

Apertura (40 minutos)

Actividad 0 - Se presenta la secuencia. Se abre un diálogo informal, el profesor presenta la secuencia, comparte propósitos y explicita por qué y qué espera que comprendan los estudiantes. Las agendas de cada jornada lo incluyen, usan la primera persona del plural para reforzar “todos enseñamos, todos aprendemos”.

Actividad 1 - “Características de las ondas electromagnéticas”

En el grupo grande, se continúa trabajando con lectura de imágenes. Debían buscar imágenes de “ondas” en la web que se proyectan en pantalla para analizar y evaluar la información diferente que pueden leer. Se busca establecer acuerdos para hablar de espectro electromagnético, de la onda de campos y de la función senoidal como envolvente. Se analiza el fenómeno de transporte de energía con la proyección del gif animado http://www.acs.psu.edu/drussell/demos.html y la envolvente

propagándose en una onda 𝐸(𝑃, 𝑡)⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ - 𝐵(𝑃, 𝑡)⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ ⃗⃗ desde el sitio http://www.educaplus.org/play-321-Onda-electromagn%C3%A9tica.html una animación que permite variar la frecuencia de ondas EM viajeras. Momento de síntesis. Se busca favorecer la reflexión personal sobre las concepciones que deben modificar o fortalecer y la flexibilidad en las actitudes frente a los desaciertos o errores conceptuales. En el campus: Participar en el foro “Yo creía que la onda electromagnética…”

Patricia Cáceres - Tucumán

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Evaluación

Instrumentos. Reportes del campus del Instituto - Observación y diálogo en el aula – Lista de cotejo Criterios. Calidad y pertinencia de los aportes en aula y foro - Aceptación de los errores que hubieran detectado en sus concepciones - Claridad en las explicaciones - Valoración de la crítica de los pares Indicadores de logro. Comentan con humor los errores y los cambios que adoptaron - Realizan representaciones de fenómenos ondulatorios en distintos códigos (algebraico – funcional – gráfico)

Desarrollo (120 minutos)

Actividad 2 “La interfaz en la interacción - vector de Poynting”

Debían –como tarea previa- explorar (en casa) el recurso http://phet.colorado.edu/es/simulation /bending-light que representa la interacción de una onda electromagnética con una superficie plana. En grupos de cuatro estudiantes trabajarán con el recurso activando un laser en modo frentes de onda. Variando la frecuencia de la onda, deben relacionar la geometría de los frentes de onda con propiedades del medio de propagación, el comportamiento en la interfaz y la necesidad de una función periódica como herramienta. El profesor debe ayudar con preguntas-guía a diferenciar medios transparentes y opacos e inducir a la consideración de los principios de Huygens y Huygens-Fresnel para explicar la propagación. Con el recurso en modo rayo, deberán proponer la relación entre el vector de propagación de la onda, el vector de Poynting y el rayo como representación de un haz de luz, además identificar qué propiedades de la onda se mantienen en la representación de rayos comparando con la representación con frentes. El profesor interviene por ejemplo, recordando las imágenes virtuales en espejos planos. En grupo grande. Se comparten las conclusiones de cada grupo y se propone una generalización en el espectro EM, para describir los medios opacos y transparentes y las aplicaciones en la vida cotidiana de la transmisión de energías: el horno microondas, las placas radiográficas, por ejemplo.

En el campus: Disponen de imágenes, ejercicios, animaciones con ondas de distinto tipo para comparar y textos de distintos autores sobre análisis histórico y biográfico, evolución de los modelos y la contribución de Fresnel. Queda habilitado el foro de consultas

Evaluación

Instrumentos. Observación y diálogo en el aula – Reporte del campus - Rúbrica. Criterios. Calidad y pertinencia de los aportes - Aceptación de los aportes de otros - Claridad en las explicaciones. Integración de contenidos con temas anteriores. Indicadores de logro. Explican el modelo de rayo desde el punto de vista energético. Describen frentes de onda en medios materiales o en espacio libre.

Cierre (40 minutos)

Actividad 3 “Intensidades con una interfaz”

En grupos de dos estudiantes, nuevamente con el recurso http://phet.colorado.edu/es/simulation /bending-light deben explicar cómo varían las intensidades, las velocidades de propagación y las amplitudes de las funciones en la onda/rayo reflejada, transmitida e incidente, cuando se cambian los medios separados por la interfaz. El profesor debe asegurarse que consideren la reflexión total interna. Deben preparar un texto que resuma ventajas que encuentran del modelo de onda sobre rayos, o viceversa, para enunciar la explicación que construyeron en la actividad.

Evaluación

Instrumentos. Observación y diálogo en el aula – Producciones grupales - Rúbrica. Criterios. Calidad y pertinencia de los aportes - Aceptación de los aportes de otros - Claridad en las explicaciones. Integración de contenidos con temas anteriores. Indicadores de logro. Asocian la función matemática con las características de las ondas electromagnéticas. Interpretan imágenes o animaciones con más (o mejor) comprensión.

Patricia Cáceres - Tucumán

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Recursos

Guías de actividades: Acceden a guías preparadas por el profesor o a las guías e informes del sitio phet Bibliografía: Sears y otros, Resnick y otros, Hecht – Electricidad, Magnetismo y Óptica, disponibles en biblioteca

Evaluación final (40 minutos)

Actividad 4

En grupo grande se acuerdan los aspectos que deberían incluirse, al fundamentar que se comprendió el tema. Con los acuerdos se prepara una rúbrica de tres criterios y cuatro niveles de desempeño esperable. En grupos de dos estudiantes analizan la producción de otra pareja de estudiantes, para establecer su calidad de acuerdo con la rúbrica preparada por el grupo. Instrumentos. Observación y diálogo en el aula – Producciones grupales - Rúbrica. Criterios. Calidad y pertinencia de los aportes - Aceptación de los aportes de otros - Claridad en las explicaciones. Integración de contenidos. Indicadores de logro. Asocian la función matemática con las características de las ondas electromagnéticas. Interpretan imágenes o animaciones con más comprensión. Mejoran sus competencias en procesos de evaluación de pares.

Fundamentación

La secuencia considera que se debe presentar, siguiendo a Pogré y Lombardi (2004) una oportunidad para que puedan contrastar su comprensiones intuitivas y avanzar hacia comprensiones basadas en conocimiento, y por otro lado, se debe permitirles pensar y actuar flexiblemente con lo que saben... yendo más allá de la memoria, la acción y el pensamiento rutinarios, como indica Perkins (citado por Pogré). Ello facilitará, luego, la enseñanza.

El conjunto de temas que articulan el tratamiento de la Óptica con el Electromagnetismo a partir de las ecuaciones de Maxwell, ofrece una oportunidad para trabajar con modelos matemáticos como herramientas para comprender comportamientos de la luz y a partir de ello generalizar al espectro electromagnético. Se profundiza la comprensión. Hay dificultades que pueden considerarse en el diseño, por ejemplo, en los textos comunes los rayos son construcciones geométricas y ello dificulta la interpretación de imágenes virtuales (ligada a la pregunta de investigación sobre comprensiones: un espejo ¿se ve?).

Entre las inquietudes al momento del diseño, la actividad intenta verificar si ¿Es posible que las ideas previas que tienen los alumnos sobre los contenidos que quiero seleccionar estén en conflicto con lo que quiero que comprendan? Gangoso (clase 2). Se detecta generalmente, que suponen que toda onda implica el movimiento de “algo” siguiendo el perfil de una función senoidal (la piedra que cae en agua). Dice Gangoso “El uso de analogías es peligroso en la enseñanza” (clase 3), por ello la secuencia debe ayudar a la comprensión de este tipo de ondas, diferentes a las mecánicas, para analizar la interacción con medios materiales.

Gangoso, Z. (2013). Clase Nro2: El dilema de cómo hacer para dar todo. Enseñar con TIC Física II. Especialización docente de nivel superior en educación y TIC. Buenos Aires: Ministerio de Educación de la Nación.

Gangoso, Z. (2013). Clase Nro3: De los propósitos a los objetivos. Enseñar Física con TIC II. Especialización docente de nivel superior en educación y TIC. Buenos Aires: Ministerio de Educación de la Nación

Pogré, Paula; Lombardi, Graciela (2004) Escuelas que enseñan a pensar. Buenos Aires, Papers Editores