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Uso de TIC en actividades experimentales de Física en Formación Inicial Docente

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Se presenta el desarrollo y los resultados de una experiencia didáctica, que involucra el uso de TIC en los laboratorios de Física de la Pedagogía en Física y Matemática de la Universidad de Santiago de Chile. Parte de la experiencia se re ere a la utilización de la plataforma Moodle en los cursos de laboratorio durante una década, y otra parte se re ere a la incorporación de dispositivos móviles (DM) como instrumentos de medición y procesamiento de datos en las actividades experimentales de los laboratorios. El uso de la plataforma Moodle ha sido muy bien evaluado por los profesores y la coordinación de los laboratorios, así como también por los estudiantes (a través de encuestas) quienes le han asignado una nota promedio 6,1 (en la escala de 1,0 a 7,0). La incorporación de los DM en las actividades prácticas de laboratorio a permitido obtener y procesar datos con un nivel de calidad más que apropiado, mostrando correlaciones elevadas para las variables medidas.
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EDUcación y TECnología: una mirada desde la
Investigación e Innovación
1007
Uso de TIC en actividades experimentales de Física
en Formación Inicial Docente
Leonor Huerta Cancino
leonor.huerta@usach.cl
RESUMEN
Se presenta el desarrollo y los resultados de una experiencia
didáctica, que involucra el uso de TIC en los laboratorios
de Física de la Pedagogía en Física y Matemática de la
Universidad de Santiago de Chile. Parte de la experiencia
se reere a la utilización de la plataforma Moodle en los
cursos de laboratorio durante una década, y otra parte se
reere a la incorporación de dispositivos móviles (DM)
como instrumentos de medición y procesamiento de datos
en las actividades experimentales de los laboratorios. El uso
de la plataforma Moodle ha sido muy bien evaluado por los
profesores y la coordinación de los laboratorios, así como
también por los estudiantes (a través de encuestas) quienes
le han asignado una nota promedio 6,1 (en la escala de 1,0 a
7,0). La incorporación de los DM en las actividades prácticas
de laboratorio a permitido obtener y procesar datos con un
nivel de calidad más que apropiado, mostrando correlaciones
elevadas para las variables medidas (mayores a 0,99).
PALABRAS CLAVE: Dispositivos móviles, Moodle, formación
inicial docente
INTRODUCCIÓN
La rápida masicación de dispositivos móviles (smartphones
y tablets principalmente) a partir de 2005 en Chile, y el
gran nivel de descarga de aplicaciones para las plataformas
Android e IOS, representa un desafío para el sistema escolar:
se hace necesario conocer qué habilidades TIC es conveniente
que los estudiantes desarrollen, de manera que les permita
desenvolverse de mejor manera en sociedades cada vez más
tecnologizadas. Del mismo modo, representa un desafío en la
formación inicial docente: se hace necesario que los futuros
profesores no sólo sean usuarios de estas tecnologías, sino
que además sepan cómo utilizarlas en contextos pedagógicos.
En el caso de la formación de profesores de Física, desde
hace una década se comenzaron a implementar los cursos de
laboratorios en la plataforma Moodle, poniendo a disposición
de profesores y estudiantes recursos y actividades (como por
ejemplo, la calendarización de las sesiones, el reglamento,
las guías de laboratorio, y el subir los informes de manera
electrónica, entre otros).
El siguiente paso consiste en incorporar, el uso de dispositivos
móviles en los dos cursos de laboratorio de primer año la
carrera: Laboratorio Física de lo Cotidiano 1 (LFC1) y
Laboratorio Física de lo Cotidiano 2 (LFC2), con ocho
secciones en total, para ser usados tanto como instrumentos
para adquirir como para procesar datos durante la
realización de las sesiones experimentales. Para ello, se
postuló y adjudicó un Proyecto de Innovación Docente
(PID039-2016), cuyo objetivo principal se enfoca en que los
futuros profesores desarrollen las competencias necesarias
para realizar uidamente la transposición didáctica al aula
de enseñanza media, utilizando dispositivos móviles, de fácil
acceso, en lugar de los instrumentos de alta tecnología (y alto
costo) con los que actualmente se trabaja en los laboratorios
de Física.
Aún cuando la utilización de dispositivos móviles (DM) en la
enseñanza de la física es reciente (tiene menos de diez años de
desarrollo), ya se han reportado en la literatura especializada
diversas experiencias y resultados de investigaciones. Para
física experimental, se han realizado determinaciones de la
aceleración de gravedad, usando el acelerómetro de ciertos
modelos de DM y la App SPARKvue (Khun y Vogt, 2013), o
utilizando el proxímetro a través de la app Physics Toolbox
Suite (Martínez, 2015), o realizando estudios cinemáticos
usando secuencias de video a través del sensor CCD o CMOS
(cámara digital) del DM (Calderón, Núñez y Gil , 2008).
En lo que respecta a la Pedagogía en Física y Matemática
de la Universidad de Santiago de Chile, desde el año 2015,
tres grupos han desarrollado exitosamente sus seminarios
de grado (tesis) sobre la utilización de DM en actividades
experimentales de Física.
En el caso de los cursos LFC1 y LFC2, cada uno contempla
un máximo de 7 sesiones, con actividades relativas a
cinemática y dinámica (LFC1), y sonido y luz, calorimetría
y electromagnetismo (LFC2). Se está trabajando en elaborar
guías para LFC1 y LFC2 incorporando el uso de DM como
instrumentos para la adquisición de datos (mediciones) y
como procesadores de información, ya que estos dispositivos
incorporan sensores (chips) que permiten realizar estas tareas
y existen Apps especializadas tanto para adquirir como para
procesar datos , ya sea en Android como en IOS.
OBJETIVOS
Incorporar el uso de dispositivos móviles en actividades de
Física experimental para profesores de Física en formación
complementará el desarrollo de competencias TIC y facilitará
la transposición didáctica de actividades experimentales al
aula de enseñanza media.
EDUcación y TECnología: una mirada desde la
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Figura 1: Captura de pantalla del curso LFC1 en Moodle,
que muestra su estructura general.
(Fuente: Moodle)
Figura 2: Captura de pantalla del curso LFC2 en Moodle, que
evidencia una estructura similar a la del curso LFC1.
(Fuente: Moodle)
MÉTODO
En una primera etapa se realizó un análisis comparativo de
los chipsets de los modelos de tablets y smartphones para
seleccionar los que se adecuaran mejor al proyecto y se
analizó el tipo de actividades factibles de ser implementadas
utilizando los modelos de dispositivos seleccionados.
En una segunda etapa del proyecto se revisaron y
seleccionaron las apps que resultaron ser más ecientes
tanto en la adquisición como en el procesamiento de datos
experimentales. Para ello, participaron como colaboradoras
alumnas de tercer año de la carrera y tres profesores de los
cursos de laboratorio, implementando actividades prácticas
de cinemática principalmente, realizando la adquisición de
datos y su posterior procesamiento.
Del análisis de los resultados de las implementaciones, se
realizaron las modicaciones necesarias a los procedimientos
experimentales y de procesamiento de datos.
RESULTADOS
En relación al uso de la plataforma Moodle, se debe señalar
que ha permitido organizar progresivamente los cuatro
cursos de laboratorio de la carrera (que suman alrededor de
16 secciones) con una estructura común que considera un
reglamento general para los cursos de la carrera, y normas
especícas para cada curso en particular. La organización
visual de los cursos en la plataforma es la misma, de modo
que los estudiantes, al pasar de un curso de laboratorio al
siguiente, encuentran las actividades y recursos organizados
de forma similar (como se ve en la Figura 1 y Figura 2).
Incluso la estructura de las guías de laboratorio se mantiene
para todas las sesiones de todos los cursos: título, objetivos,
criterios a evaluar, introducción, y el detalle de las actividades
(una exploratoria y la actividad central).
Diversas encuestas realizadas por la coordinación de los
laboratorios de la carrera, indican la alta valoración que los
estudiantes le asignan al uso de la plataforma Moodle en los
laboratorios. A modo de ejemplo:
-Un 80% de los estudiantes declara leer en la plataforma el
reglamento del curso, y los documentos de apoyo como la
guía para confeccionar informes, los criterios de evaluación
y la calendarización de sesiones.
EDUcación y TECnología: una mirada desde la
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Tabla 1: selección de opiniones de estudiantes de los cursos LFC1 y LFC1 en Moodle
“agregar un tutorial al principio para aprender a usar algunos aspectos que son menos utili-
zados por lo mismo; en especial para los nuevos alumnos, que no se han familiarizado con
este tipo de recurso”

“Hay de todo, videos, links de interés, no me trajo ningún problema”
“me parece que es una plataforma muy completa. La única sugerencia es que se avise opor-
tunamente e que consistirán las actividades de gran importancia,como el avance del proyecto

             
información que pueden ser importantes; Debería haber una jerarquización mejor de los ele-
mentos”
“Que las guías estén todas disponibles desde el principio del curso”
“A veces los comentarios en plataforma son incomprensibles por caracteres que aparecían

“La verdad es que ninguno, esta todo muy bien hecho y esquematizado. En general Excelente
trabajo”
(Fuente: Elaboración Propia)
-Por sobre el 40% de los estudiantes expresa no saber usar el
“Foro Novedades” ni haber usado los servicios de mensajería
de la plataforma.
-El 97% de los estudiantes arma haber revisado sus
calicaciones y comentarios de retroalimentación en la
plataforma, sin problemas.
-Un 65% de los estudiantes valoró positivamente el módulo
“”Eventos Próximosen el sentido de que les recordaba la
fecha de entrega de sus informes.
-Respecto a la organización general de recursos y actividades
del curso en la plataforma, los estudiantes calicaron con
nota promedio superior a 6,0 (en la escala de 1,0 a 7,0) a los
cursos LFC1 y LFC2.
En las encuestas se les ha pedido a los estudiantes que
expresen libremente qué aspectos del curso en la plataforma
mejorarían, y algunas de las respuestas se presentan en la
Tabla 1:
Los comentarios realizados por los estudiantes han permitido
diseñar e implementar mejoras en los todos los cursos de
laboratorio de la carrera. Se debe destacar que la nueva malla
de la carrera contempla la incorporación de dos nuevos
cursos de laboratorio (Lab. Física de la Luz, y Lab. de Física
Moderna) a partir del segundo semestre de 2017, los cuales
también utilizarán la plataforma Moodle.
Por otra parte, en relación al uso de DM como instrumentos
de medición y procesamiento de datos, a la fecha se
han elaborado una serie de experiencias de mecánica
(cinemática, trabajo y energía, momentum lineal, entre
otros), las cuales están siendo incorporadas formalmente
en las guías de laboratorio. Estas experiencias han sido
realizadas a nivel de prueba, sin embargo, durante el segundo
semestre de 2017 serán implementadas formalmente en los
cursos LFC1 y LFC2.
Entre los dispositivos móviles utilizados en estas pruebas
se encuentran smartphones de distintas marcas y modelos
(Samsung, Huawei, entre otros), tablets (con Android) e ipads
(Ios). Con respecto a la grabación de videos para estudios
cinemáticos, se han utilizado las cámaras incorporadas en los
DM, para tasas de refresco de 30fps (video normal), 60fps,
120fps y 240fps (cámara lenta). En los procesamientos de los
videos se ha utilizado soware de libre distribución (Movie
Maker, Filmora, entre otros) y del análisis de los fotogramas
se han obtenido la posición y el tiempo de un objeto en
movimiento. Estos datos al ser gracados y ajustados (usando
Excel, Calc, u otros similares) han permitido obtener ajustes
con coecientes de correlación típicos de 0,99, como se
observa en el Gráco 1:
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Gráco 1: Ajuste para los datos recticados de un movimiento
uniformemente acelerado
(Fuente: Elaboración Propia)
CONCLUSIONES
Respecto al uso de la plataforma Moodle, el balance
es positivo en cuanto a la coordinación y administración
de los cursos de laboratorio, y las opiniones de los alumnos
muestran altos niveles de satisfacción en su uso. Por otra
parte, los resultados parciales en el uso de DM tanto para
adquirir datos (video) como para el procesamiento de
los mismos (análisis de los fotogramas) son bastante
prometedores, dado que los ajustes de los datos presentan
coecientes de correlación altos (0,99), lo que permite
obtener los parámetros cinemáticos (rapidez, aceleración,
energía cinética, impulso, momentum lineal, y otros) con una
incertidumbre baja. La siguiente etapa del proyecto consiste
implementar las guías elaboradas en los cursos LFC1 y LFC2
durante el segundo semestre de 2017, y elaborar instrumentos
de evaluación de los desempeños de los estudiantes (a través
de las rúbricas, escalas de apreciación y listas de cotejo,
según el tipo de competencia a evaluar). Hasta el momento
los instrumentos de evaluación utilizados en los laboratorios
han sido principalmente informes, controles (escritos) y
presentación de proyectos. Ninguno de estos instrumentos
permite evaluar el desempeño del estudiante in situ, durante
el desarrollo de las actividades de laboratorio. Las rúbricas
permitirán evaluar el desarrollo de competencias clase a
clase, desde un enfoque de evaluación auténtica.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Calderón, S., Núñez, P., y Gil, S. (2008). La cámara digital como
instrumento de laboratorio: estudio del tiro oblicuo. Lat.
Am. J. Phys. Educ. 3 (1). Recuperado de: http://www.lajpe.
org/jan09/14_Silvia_Calderon.pdf
Martínez, J. (2015). Obtención del valor de la aceleración de
la gravedad en el laboratorio de física. Experiencia
comparativa del sensor de un teléfono celular inteligente
y el péndulo simple. Revista Eureka sobre Enseñanza y
Divulgación de las Ciencias, 2, (12). Recuperado de: http://
reuredc.uca.es/index.php/tavira/article/viewFile/636/
pdf_292
Vogt, P., y Kuhn, J. (2012). Analyzing free fall with a smartphone
acceleration sensor. e Physics Teacher, (50). Recuperado de:
https://www.aapt.org/Resources/upload/PTE000182.pdf

Supplementary resource (1)

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El presente trabajo valida y prueba la precisión del sensor de un teléfono celular inteligente (TCI) para la determinar la aceleración de la gravedad (g) en el laboratorio de física, comparándolo con el valor calculado a partir de las oscilaciones de un péndulo simple. Se aplicaron pruebas para validar el dispositivo, sugiriendo que el acelerómetro del TCI es un sensor válido y con precisión para ser usado en experiencias de laboratorio de Física y/o Mecánica.
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We present a simple and inexpensive experiment that illustrates how a digital camera or WebCam can be used in thelaboratory to carry out quantitative studies on the motion of a body in two dimensions. In particular, here we studiedthe case of projectile motion in two dimensions, when the effect of friction with the air is negligible and when it is not.In the first case, the results can be explained by the standard theory described in most basic texts of introductoryphysics. When the effect of friction with air is important, it is necessary to solve the equation of motion numerically.The experimental results in both cases can be successfully interpreted in terms of the corresponding theoreticalmodels. These experiments show how a simple digital camera can be converted into a useful and inexpensivelaboratory instrument to study several physical systems. This device can be used either in the context of a basicphysics laboratory at university level or to carry out experiments in high school classrooms.