Modelling in Science Education and Learning

A vueltas con la modelización del vaciado de depósitos

Wed, 31 Jul 2024 00:00:00 +0200

Presentamos el estudio general de un problema clásico de vaciado de depósitos cuya forma es un sólido de revolución y que tiene un agujero circular en su base por donde se desaloja el líquido. Para ello, obtenemos la ecuación diferencial que describe la altura del líquido contenido en el depósito en cada instante temporal, h(t), así como el tiempo de vaciado, T. Ambas respuestas se dan en términos de las características geométricas de la curva de revolución que genera la forma sólida del depósito y del coeficiente de fricción del líquido al producirse su desalojo del depósito. Aunque se proporcionan respuestas explicitas de h(t) (en el caso de un cilindro) y de T (en el caso de un cilindro, un cono truncado y una esfera), mostramos que, en general, no es posible obtener expresiones explícitas de ambas cantidades. Para ilustrar esta última situación se muestran dos ejemplos donde describimos una metodología computacional para determinar h(t) y T, la cual es fácilmente adaptable para abordar el caso general de cualquier curva de revolución admisible. En la discusión de los distintos resultados que se obtienen a lo largo del trabajo se hace uso de diferentes estrategias propias del proceso de Resolución de Problemas, como el análisis de lo particular a lo general, el estudio de casos límites, la coherencia de la interpretación física de la respuesta a partir del análisis de la sensibilidad de la misma ante el cambio de uno de los parámetros del modelo, etc., que están diseñadas para ayudar a que las ideas expuestas a lo largo del artículo puedan aprovecharse en el aula.

Cuerda que Desliza sobre una Mesa: Modelo Complejo vs. Modelo Simple

Luis G. Cabral-Rosetti, Adriana Castillo Rosas — Wed, 31 Jul 2024 00:00:00 +0200

En la Enseñanza de la Dinámica Newtoniana a nivel universitario solemos construir Modelos Mecánicos para la comprensión de la situación Física estudiada. Por lo regular construimos primeramente modelos simples (toy models) que posteriormente iremos sofisticando con la intención de crear un modelo más complejo y por tanto más realista al final. Aseguramos con ello que el modelo sofisticado es mejor que el modelo simple (Estrategia de Modelización Progresiva, EMP). ¿Esto es siempre así?. Presentamos aquí la construcción de Dos Modelos Mecánicos (uno Sofisticado y otro Simple) para estudiar el Movimiento de una Cuerda Masiva que Resbala sobre una Mesa con y sin Fricción Seca y mostramos que los principales resultados obtenidos en el modelo simple son tan buenos y generales como los obtenidos del modelo sofisticado. Lo anterior nos muestra como poder estudiar el problema de la Cuerda que Desliza por una Mesa en diferentes estadios de la Educación Universitaria sin detrimento de la compresión completa del problema planteado. Como complemento a lo anterior discutimos también la versión Lagrangiana del Problema, así como una posible generalización al problema planteado.

El Niño Esquimal que Resbala de su Iglú

Luis G. Cabral-Rosetti, Adriana Castillo Rosas — Wed, 31 Jul 2024 00:00:00 +0200

En la enseñanza de la Mecánica, es siempre recomendable poder discutir en clase Problemas Integradores y Holísticos. En ese sentido proponemos analizar el clásico problema del Niño Esquimal que resbala por su Iglú desde diferentes puntos de vista, y que sirva como Experiencia de Aprendizaje Mediado (EAM) usando para ello la Estrategia de Modelización Progresiva (EMP). Dicho problema, aparece en la mayoría de los textos de Física General Universitarios y es abordado únicamente con argumentos de Conservación de Energía. En este trabajo lo planteamos y resolvemos usando la “Dinámica Traslacional con y sin Fricción”, “Conservación de Energía”, “Teorema Trabajo-Energía con y sin Fricción”, “Dinámica Rotacional con y sin Fricción” y usando la “Dinámica Lagrangiana con y sin Fricción”, con la intención de mostrar como con un mismo problema se puede resolver de muy diferentes maneras, ayudando al estudiante a integrar sus conocimientos de Mecánica de una forma general.

Rediseño curricular para la formación de ingenieros en la modalidad semipresencial

Wed, 31 Jul 2024 00:00:00 +0200

El mundo, en general, está sujeto a cambios, los procesos docentes no están exentos a ellos, más bien, constituyen desafíos, debido a la necesidad de utilizar la modalidad a distancia o semipresencial, un ejemplo de ello fue la pandemia Covid 19 donde se hizo uso de las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC) para afrontar la situación, lo que significó que el proceso formativo pasara a ser presencial a virtual. Para ello se requiere un rediseño curricular, sin perder la esencialidad de contenidos, manifestándose en la necesidad de la determinación de los nodos y nexos interdisciplinarios del contenido, así como de ejemplos de ejercicios que pueden ser trabajados con los estudiantes mediante el aprendizaje basado en problemas. Estas transformaciones establecen nuevas metodologías con responsabilidad individual en su propio desarrollo y va a unido a la disertación del proceso evaluativo, en el que la tarea docente es la célula principal. En este trabajo se abordarán los fundamentos y peculiaridades que caracterizan al rediseño curricular, teniendo en consideración las condiciones del contexto histórico-social, el enfoque interdisciplinar y el empleo de las TIC en la modalidad a distancia o semipresencial, lo que posibilita mejorar la calidad y la flexibilidad del proceso docente desde lo curricular. Como resultado principal se reconoce la utilidad de la propuesta para mejorar el proceso de enseñanza – aprendizaje, potenciar el desarrollo de habilidades en los con un enfoque interdisciplinario mediante el aprendizaje basado en problemas y mediado por entornos virtuales de aprendizaje.

La aplicación OpEdu como método de integración de las tecnologías en las formas organizativas del proceso de enseñanza – aprendizaje

M. Pérez Martínez, J. Ramos Guardarrama — Wed, 31 Jul 2024 00:00:00 +0200

Lograr transformaciones cualitativas en el proceso de enseñanza - aprendizaje como consecuencia de un amplio y generalizado empleo de las TIC ha sido una de las premisas en la actual transformación curricular llevada a cabo en la Educación Superior, estos cambios han de expresarse fundamentalmente en la renovación de concepciones y prácticas pedagógicas que impliquen reformular el papel del profesor y desarrollar modelos de enseñanza - aprendizaje distintos a los tradicionales. Es precisamente, en este entorno educativo, donde aparecen los conceptos de las TAC y las TEP con el objetivo de reorientar el empleo de las TIC hacia un desarrollo formativo y colaborativo, tanto para el estudiante como para el profesor. El presente trabajo tiene como objetivo proponer la aplicación educativa sobre amplificadores operaciones (OpEdu) en su versión 0.5 como forma organizativa de integración de las TIC – TAC – TEP en el proceso de enseñanza – aprendizaje de la carrera de ingeniería eléctrica de la Universidad Tecnológica de la Habana José Antonio Echeverría, a partir de las actuales trasformaciones curriculares. La aplicación está basada en el software libre Scilab y permite el análisis, la experimentación, demostración y diseño de las funciones de los amplificadores operacionales. Dentro de los resultados obtenidos se encuentran el desarrollo del diseño de siete módulos, además permite que los estudiantes sean capaces de realizar de forma independiente sus propios experimentos y diseños en un ambiente seguro. Con el desarrollo de la aplicación se facilita un mayor acceso entre los estudiantes y especialistas a fines.

Estudio del interferómetro de Michelson mediante un laboratorio virtual

Francisco M. Muñoz-Pérez, Juan A. Monsoriu, J. Gabriel Ortega Mendoza — Wed, 31 Jul 2024 00:00:00 +0200

La interferencia es un fenómeno de la física de ondas que se produce cuando dos o más ondas se superponen. En el caso de la interferencia de la luz, esto resulta en patrones de luz y sombra. En este trabajo, presentamos un laboratorio virtual desarrollado como interfaz gráfica de usuario (GUI) en el software Matlab. que tiene como propósito facilitar el estudio del fenómeno de interferencia de la luz para diferentes longitudes de onda. La meta principal es proporcionar a los estudiantes de asignaturas de Física y Óptica, tanto a nivel de pregrado como de grado, las competencias necesarias para comprender el comportamiento ondulatorio de la luz a través del análisis del patrón de interferencia generado.