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https://www.innovacioneducativa.unam.mx:8443/jspui/handle/123456789/7579| Título : | Mejoramiento didáctico en las prácticas de laboratorio de física con énfasis en óptica clásica y óptica cuántica a nivel licenciatura |
| Autor : | CRUZ RAMIREZ, HECTOR |
| Fecha de publicación : | 2020 |
| Resumen : | En base al éxito de los proyectos anteriores sobre prácticas de laboratorio en física e ingeniería. Se cuenta actualmente con un banco de 41 notas de prácticas, 2 vídeos y un espació exclusivo para enseñanza en el laboratorio de Óptica Cuántica del ICN. Se pretende realizar con los siguientes: 1. La edición de un libro (recurso didáctico) que incorpore las 41 notas de prácticas en las áreas de: óptica, óptica cuántica, fenómenos colectivos y electromagnetismo. Dos años se estima su publicación en línea en la UNAM (Red Universitaria de Aprendizaje). 2. La implementación en el laboratorio (recursos didácticos con tecnologías) de 6 prácticas en el área de óptica y óptica cuántica. El enfoque pedagógico se basa que el problema planteado en los objetivos puede resolverse de diferentes formas. Las prácticas serán implementadas en dos años. 3. La reedición de los videos con los que se cuenta actualmente y la creación de uno nuevo. En los vídeos educativos se muestran conceptos cuánticos mediante experimentos. Cabe señalar que estos vídeos están basados en el uso de tecnología de frontera que puede detectar fotones individuales. Dos años para lograr este objetivo. El presente proyecto tiene por propósito el desarrollo de recursos didácticos para la enseñanza de la física en las áreas de la óptica clásica, la óptica cuántica, fenómenos colectivos y electromagnetismo. Mediante el desarrollando prácticas de laboratorio el alumno aprenderá a utilizar recursos tecnológicos actuales y el uso de técnicas experimentales en la frontera de la ciencia. Estas prácticas serán compiladas en un libro y notas de laboratorio de prácticas. Por otro lado, la importancia pedagógica de visualizar fenómenos cuánticos hace necesario desarrollar vídeos demostrativos de conceptos cuánticos; ya que realizar este tipo prácticas en un laboratorio de enseñanza es imposible por el costo de equipo necesario para realizar el experimento. |
| URI : | https://www.innovacioneducativa.unam.mx:8443/jspui/handle/123456789/7579 |
| metadata.dc.contributor.responsible: | CRUZ RAMIREZ, HECTOR |
| metadata.dcterms.callforproject: | 2020 |
| metadata.dc.coverage.temporal: | 2020-2022 |
| metadata.dcterms.educationLevel: | nivel superior |
| metadata.dcterms.educationLevel.SEP: | Licenciatura |
| metadata.dc.description.objective: | Objetivo general: Los objetivos en general son: 1. La edición de un libro digital que compile las 41 notas de prácticas con las que se cuenta. 2. La implementación de seis prácticas de laboratorio 3. La reedición de dos videos demostrativos;y la edición de un nuevo video. Objetivos específicos: "Puntualmente los objetivos son: 1. La edición de un libro digital que compile las 41 notas de prácticas con las que se cuenta. En total suman 266 páginas, 129 figuras y 28 fotografías. El costo de la edición esta basado en el tabulador de la Dirección General de Publicaciones y Fomento Editorial de la UNAM (se anexa tabulador) y el tabulador de Centro editorial Versal (se anexa tabulador). 2. La implementación de seis prácticas de laboratorio a. Controlador PID (proporcional, integral y derivativo) en un sistema termodinámico. b. Controlador PID en un sistema eléctrico. c. Generación de números aleatorios con señales eléctricas. d. Dispersión de luz con una rejilla de difracción. e. Interferómetro Hong-Ou-Mandel con luz no clásica. f. Generación del segundo harmónico con un cristal. Las prácticas a, b y c serán implementadas en los laboratorios de enseñanza ya que cuentan con lo necesario para realizarse, además de los recursos que se obtendrán del actual proyecto. Las prácticas d, e y f serán implementadas en el laboratorio de Óptica Cuántica ya que se necesita infraestructura más costosa, además de los recursos que se obtendrán del actual proyecto. Los recursos solicitados son elementos ópticos de polarización y sistema de lentes (se anexa cotización), un visor infrarrojo para alinear el arreglo experimental (se anexa cotización), una computadora portátil (se anexa cotización) y filtros ópticos (se anexa cotización). Por último, se solicita un curso de actualización referente al área de metrología (se anexa cotización) y poder actualizar el contenido de las notas de las prácticas. 3. La reedición de dos videos demostrativos: a. En la generación de las parejas de fotones obtener la imagen del modo de propagación en una fibra óptica de un fotón condicionada a la detección del otro fotón. b. Difracción de la luz por una doble rendija a nivel de fotón por fotón. Y la edición de un nuevo video que consiste en c. Obtener imágenes fantasmas (imágenes cuánticas) mediante luz no clásica (parejas de fotones)." |
| metadata.dc.description.strategies: | En base a la dicho en la sección de objetivos los productos, actividades y metodología serán: 1. La edición de un libro digital (producto) que compile las 41 notas de prácticas con las que se cuenta. La metodología y actividades son conforme a los pasos de un editor, los cuales son: 1. Planeación, 2. Elaboración de Diseño, 3. Edición, 4. Elaboración de imágenes , 5. Diagramación, 6. Corrección de pruebas, 7. Digitalización – derechos. Las notas prácticas están basadas, en la medida de lo posible, en la idea pedagógica en que hay diferentes formas de resolver un problema experimental (mediante el uso de diferentes tecnologías disponibles en el mercado); además, de las propias propuestas del estudiante. Claramente, esto esta limitado por el material y equipo con el que cuenta un laboratorio de enseñanza. 2. La implementación de seis prácticas (productos) de laboratorio a. Controlador PID (proporcional, integral y derativo) en un sistema termodinámico. b. Controlador PID en un sistema eléctrico. c. Generación de números aleatorios con señales eléctricas. d. Dispersión de luz con una rejilla de difracción. e. Interferómetro Hong-Ou-Mandel con luz no clásica. f. Generación del segundo harmónico con un cristal. Todos estos experimentos se contempla algoritmos y métodos importantes usados ampliamente en la investigación y la industria. En las notas se plantea la idea a desarrollar y el estudiante deberá ser capaz de implementar el experimento con los recursos disponibles. Se solicita los recursos financieros para adquirir material y equipo necesarios para para asegurar la implementación típica encontrada en la literatura del experimento. De igual forma se solicita los recursos financieros para la compra de una computadora portátil para la adquisición de los datos y el análisis de estos. Además, para el diseño de la práctica, la escritura de las notas y la implementación experimental se solicita el recurso 18 meses de beca de tesis de licenciatura para al menos tener dos estudiantes trabajando en eso. En implementación de las prácticas creemos necesario actualizar el contenido con conceptos de metrología; por lo cual, se planea tomar un curso de actualización en el CENAM. El área de metrología es actualmente un pilar en la industria y la investigación. En resumen, el enfoque es que el estudiante adquiera conocimientos de nuevos métodos de medición, control y conceptos actuales de varias áreas de la física. 3. La reedición de dos videos demostrativos: a. En la generación de las parejas de fotones obtener la imagen del modo de propagación en una fibra óptica de un fotón condicionada a la detección del otro fotón. b. Difracción de la luz por una doble rendija a nivel de fotón por fotón. Y la edición de un nuevo video que consiste en c. Obtener imágenes fantasmas (imágenes cuánticas) mediante luz no clásica (parejas de fotones). La metodología y actividades para realizar tales videos consiste en la necesidad de usar equipo de frontera y por el costo de ellos se necesita programar el préstamo de dos o tres semanas al año. En ese tiempo se incluye el montaje experimental que debe realizarse. Esas semanas se necesita el apoyo de estudiantes para montar el experimento y tomar el video (y su edición también); así como el apoyo de una computadora portátil. |
| metadata.dc.description.goals: | Primer año: Las metas para el primer año: 1. Compras de material y equipo. 2. La implementación de 3 prácticas, incluidas la redacción de sus correspondientes notas. 3. La reedición de dos videos. 4. Tener un avance de 60% en la edición del libro: Cronograma: Planeación un 1 mes (6 %). Elaboración de Diseño un 1 mes (6 %) Edición unos 6 meses (34 %) Elaboración de imágenes unos 2 meses (14 %) 5. Tomar curso de actualización en metrología. Segundo año: Las metas para el segundo año: 1. Compras de material y equipo. 2. La implementación de las otras 3 prácticas, incluidas la redacción de sus correspondientes notas. 3. La edición del video demostrativo de imágenes cuánticas. 4. Terminar la edición del libro: Cronograma: Diagramación unos 5 meses (28 %) Corrección de pruebas unos 2 mes (11 %) Digitalización – derechos un 1 mes (5 %) |
| metadata.dc.description.selfAssessment: | Primero debo decir que el grupo de óptica cuántica experimental del ICN estamos comprometidos con la enseñanza de alto nivel y de frontera, es por ello por lo que nosotros tenemos un espacio asignado a la enseñanza, y donde usamos de forma temporal en los cursos de enseñanza el siguiente equipo (entre paréntesis costo aproximado): 1. Cámara intensificada ($ 48 mil USD). 2. Contador de pulsos, ($ 5 mil USD). 3. Platinas rotacionales y dos traslacionales motorizadas, ($ 9 mil USD). 4. Monocromador ($ 20 mil USD). 5. Láser HE-NE ($ 2 mil USD). 6. Cristales no lineales ($ 1,200 USD) Y equipo y material fijo, obtenido por un préstamo permanente de equipo y material (salvo que por falta de material se ocupen en un proyecto de investigación) del mismo laboratorio y una pequeña parte obtenida con financiamiento PAPIME: 1. Láser en 405 nm ($ 8 mil USD). 2. Monturas optomecánicas ($ 13 mil USD). 3. Elementos ópticos ($ 12 mil USD). 4. Dos laptops ($ 30 mil MXP). Prueba del uso de ese equipo y material puede ser observado en los videos educativos. Resultados de este compromiso con la enseñanza resultaron los siguientes productos: 1. Un libro digital que reúne prácticas de laboratorio en las áreas de: óptica, óptica cuántica, fenómenos colectivos y electromagnetismo. Aunque, en mi autoevaluación considero que falta realizar unas mejoras para proceder a publicarlo. Por lo cual, solo lo estamos distribuyendo a los alumnos y colegas interesados. 2. Ahora bien, por otro lado debido a la emergencia sanitaria y la consecuente suspensión de actividades presenciales no hemos podido implementar las nuevas prácticas comprometidas, pero en su lugar hemos hecho lo siguiente: A. Seis simulaciones profesionales en el área de óptica. B. Siete videos demostrativos de seis experimentos que los estudiantes tuvieron acceso de forma remota. C. Tres videos cortos que muestran fenómenos interesantes y de frontera. D. Clases asincrónicas. Las cuales las he usado en todos los semestres a distancia. El que ha tenido mucho éxito en el curso básico de labview. 3. Por último, el compromiso de realizar 3 videos demostrativos y mejorar dos se ha cumplido, ya que se cuenta actualmente 10 videos. La estrategia pedagógica ante la pandemia fue primero sustituir las prácticas presenciales por simulaciones numéricas, después cuando tuvimos un poco de acceso al laboratorio implementamos un verdadero laboratorio virtual, el cual consistió en montar siete experimentos (cuyo montaje se puede ver en los videos de youtube o repositorio) y entonces los estudiantes podían acceder a ellos remotamente para tomar datos. Los videos de estas sesiones no son accesibles por resguardar la privacidad de los estudiantes. Repositorios de todos los productos: https://drive.google.com/drive/folders/1VAmvNDlNvq5v3BpSCTO2ai42REF6PHd4?usp=sharing https://www.youtube.com/channel/UCEAvXHmyALtTvijRbWSnHNQ En conclusión, estamos creando de forma continua productos educativos de alta calidad. |
| metadata.dc.description.goalsAchieved: | Las metas para el primer año 1. Compras Se realizaron todas las compras y se usaron en los diferentes productos. 2. La implementación de 3 practicas En estos dos años se implementaron 6 simulaciones numéricas (Matlab y Mathematica). Los cuales son: a. Propagación de la luz usando óptica de Fourier mediante el algoritmo FFT: “optica de Fourier.rar”. b. Trazado de rayos usando óptica matricial: “rayos y matrices ABCD.nb”. c. Manejo y propagación de incertidumbres y regresiones: “análisis de datos.nb” d. Algoritmo para determinar si una imagen es nítida: “análisis de imágenes.rar”. e. Estados de polarización con vectores de Stokes y matrices de Müller: “parámetros de Stokes-polarizacion.nb” f. Análisis de un haz gaussiano: “simulación haces gaussianos.rar”. Además, se realizaron un conjunto de clases asincrónicas (tutoriales de los programas o minicursos). 3. La reedición de dos videos En estos dos años que duro el proyecto se realizaron siete videos demostrativos y tres videos cortos de divulgación. Los cuales son: video 01 - Observación del espectro angular de las parejas de fotones del tipo II degenerados y no colineales video 02 - Patrón de difracción producido por una rendija video 03 - Montaje de un interferómetro Hong-Ou-Mandel video 04 - Arreglo experimental para la medición de las propiedades ópticas de un haz gaussiano video 05 - Formación de imágenes con una lente esférica video 06 - Obtener estado de polarización lineal por reflexión en el ángulo de Brewster video 07 - montaje de un interferometro Michelson-Morley cortos 01 - Recorrido por la cavidad de un láser de pulsos ultracortos en el régimen de femtosegundos cortos 02 - Modo de propagación de una fibra óptica fotónica cortos 03 - Dispersión de la luz por una rejilla de difracción 4. Tener un avance en la edición del libro Ver comentario más abajo 5. Tomar curso de actualización en metrología No se uso este recurso por la pandemia, ya que el curso previsto debe ser a mi consideración presencial. Las metas para el segundo año 1. Compras No aplica. 2. La implementación de otras 3 prácticas Como se menciono arriba, se cuenta con 6 simulaciones numéricas y un conjunto de clases asincrónicas. 3. La edición del video demostrativo de imágenes cuánticas El video que se realizó como sustituto fue el de interferencia cuántica, cuya liga a youtube es https://youtu.be/9mHNtyDLz1g. Este video fue también soportado por el proyecto PAPIME PE104021. 4. Terminar la edición del libro. Después de los dos años del proyecto se tiene una primera versión susceptible a ser compartida. Falta la publicación de este, hecho que hemos pospuesto por la pandemia principalmente, ya que faltan algunas confirmaciones experimentales que solo pueden ser hechas presencialmente. No se usó la partida presupuestal correspondiente. Repositorios de todos los productos: https://drive.google.com/drive/folders/1VAmvNDlNvq5v3BpSCTO2ai42REF6PHd4?usp=sharing https://www.youtube.com/channel/UCEAvXHmyALtTvijRbWSnHNQ |
| metadata.dcterms.provenance: | Instituto de Ciencias Nucleares (ICN) |
| metadata.dc.subject.DGAPA: | Física |
| metadata.dc.type: | Proyecto PAPIME |
| Aparece en las colecciones: | 1. Área de las Ciencias Físico Matemáticas y de las Ingenierías |
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