Herramientas para la enseñanza de las matemáticas en Física, Ciencias de la Tierra y Física Biomédica

Abstract

La Facultad de Ciencias es una institución con amplia tradición en la formación de científicos, y además es el principal semillero de investigadores y profesores en el área de ciencias en el país. Por ello la formación de recursos humanos de alta calidad es un a de sus prioridades a través del continuo enriquecimiento de los cursos que en ella se imparten.

Este proyecto, con duración de un año, está orientado al mejoramiento de la enseñanza de las matemáticas en materias de reciente creación para las licenciaturas de Ciencias de la Tierra (LCT) y Física Biomédica (LFB), y fortalecer materias de matemáticas avanzadas en la licenciatura de Física (LF). La compresión y aplicación de los conceptos matemáticos en el entendimiento de fenómenos en la naturaleza es fundamental para desarrollar nuevos métodos de estudio, tanto teóricos como experimentales. Estos conocimientos matemáticos abstractos requieren en muchas ocasiones de herramientas computacionales para mejorar su compresión. Sin embargo, en la mayoría de los cursos no se hace explícito el uso de herramientas computacionales para ejemplificar las aplicaciones específicas, y esto se debe en buena medida por falta de material ad-hoc. En particular, las licenciaturas de reciente creación en el Departamento de Física, Ciencias de la Tierra y Física Biomédica, tienen materias cuyos temarios están orientados a que los alumnos reciban tanto los conceptos fundamentales en matemáticas como sus aplicaciones. Sin embargo, no se cuenta con suficientes recursos didácticos que ejemplifiquen las aplicaciones con el enfoque adecuado y la profundidad en los temas que a cada licenciatura le son más útiles. Más aún, no se están aprovechando de manera eficiente las herramientas que las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC) pueden proveer para ayudar solucionar estos problemas. Por estas razones, en este proyecto se conjuntan dichas herramientas en el desarrollo de unidades de aprendizaje relacionados con los conceptos matemáticos y sus aplicaciones orientadas a satisfacer los intereses de las licenciaturas antes mencionadas.

El troco común, o los primeros cuatro semestres, de las licenciaturas de Física, Ciencias de la Tierra y Física Biomédica tienen al menos un 25% de materias dedicadas a matemáticas. Recientemente se crearon las materias de Matemáticas para las Ciencias Aplicadas I, II, III y IV, y Matemáticas Avanzadas para Ciencias de la Tierra, propias de la LCT. Posteriormente la licenciatura en Ciencias de la Computación optó por incorporar las primeras cuatro dentro de su plan de estudios. Adicionalmente, con la creación de la LFB se crearon las materias de Cálculo Avanzado y Matemáticas Avanzadas. Estas nuevas asignaturas necesitan contenidos orientados a los temas que cada licenciaturas requiere. Además, la materia de Matemáticas Avanzadas para la Física de la LF debe incorporar nuevas herramientas que permitan hacer un mejor vínculo entre los desarrollos matemáticos que ésta tiene y las aplicaciones que se pueden realizar. Como se puede apreciar, todas las materias antes mencionadas necesitan contenidos apropiados para que cumplan sus objetivos. En este proyecto se plantea el desarrollo de una plataforma virtual orientada al desarrollo y ejecución de programas de cómputo en la que tanto profesores como alumnos puedan compartir y realizar simulaciones de fenómenos conectados con los conocimientos que adquieren en los cursos. A diferencia de otras plataformas ya existentes, como AVE Ciencias y Coursera, en donde sólo se muestran contenidos y permite la interacción entre profesores y alumnos extra clase por medio de actividades, en este proyecto se plantea que alumnos y profesores encuentren y sobre todo que ejecuten sus propios programas de cómputo para entender y visualizar lo que se ve en los cursos. El hecho de que los usuarios puedan ejecutar programas de cómputo vía remota también hace que éstos no necesariamente tengan que tener los programas instalados en sus equipos, ya que basta con tener una conexión a internet. La plataforma que se plantea tendrá contenidos para que los usuarios puedan aprender a programar de manera sencilla, tengan acceso a ejemplos de simulaciones relacionadas con los contenidos de las materias de matemáticas y puedan desarrollar sus propias unidades de aprendizaje. Para los contenidos de las unidades de aprendizaje se han seleccionado ejemplos relacionados con las matemáticas detrás de problemas de mecánica clásica, dinámica de poblaciones y electromagnetismo. En particular, las unidades para esta última disciplina resultan de mucha importancia debido a que las materias de electromagnetismo son las que presentan mayor índice de reprobación después de las asignaturas de matemáticas. Con esto último se pretende que los alumnos puedan aterrizar conocimientos de matemáticas en temas específicos a partir de los cuales puedan tener un mejor entendimiento de los fenómenos involucrados.