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https://www.innovacioneducativa.unam.mx:8443/jspui/handle/123456789/7616| Título : | Instrumentación y diseño de experimentos científicos |
| Autor : | SATO BERRU, ROBERTO |
| Fecha de publicación : | 2021 |
| Resumen : | El proyecto toma una idea de la comunidad científica y lo hacemos nuestra con una propuesta novedosa y ambiciosa; con lo cual y en general, pretendemos atender una situación y problemática de enseñanza y de aprendizaje en los cursos de ciencias físicas. En particular, considerando los retos que enfrentan las escuelas y facultades para continuar la formación educativa durante la pandemia y después, con la nueva normalidad. Induciéndonos a explorar nuevas estrategias que sean versátiles, novedosas e intrépidas; y por lo cual, debemos de evolucionar y orientar más recursos para la enseñanza experimental en las áreas de las ciencias puras, ya sea en la modalidad presencial individualizada, no presencial o mixta. Buscamos la combinación híbrida, apropiada y óptima de la tecnología en los procesos de aprendizaje que generen una transformación de la manera en que los alumnos aprenden y colaboren dentro y fuera del aula. A través de una instrumentación educativa que no solo represente una cuestión de innovación como tal, sino que impacten directamente en favor de una mayor calidad y mejoramiento de los procesos y resultados de aprendizaje. Recapacitamos en la propuesta de un laboratorio itinerante de física, basado en proyectos que se proponen a estudiantes universitarios de los últimos semestres de la carrera de física. Estos experimentos se basarían en equipos de código abierto y de instrumentación de bajo costo (instrumentación básica y/o reutilizables, microcontroladores de costo accesible y sensores compatibles) [1]. Los estudiantes tendrían total autonomía; desarrollarían su propia configuración experimental y estudiarían el tema de física designado o hasta, de su elección. El objetivo de estos proyectos es que los estudiantes descubran la realidad de la física experimental y por supuesto, con la asesoría y apoyo con instrumentación adecuados [2]. |
| URI : | https://www.innovacioneducativa.unam.mx:8443/jspui/handle/123456789/7616 |
| metadata.dc.contributor.responsible: | SATO BERRU, ROBERTO |
| metadata.dcterms.callforproject: | 2021 |
| metadata.dc.coverage.temporal: | 2021-2023 |
| metadata.dcterms.educationLevel: | nivel superior |
| metadata.dcterms.educationLevel.SEP: | Licenciatura |
| metadata.dc.description.objective: | Objetivo general: Imaginar, concebir y fabricar instrumentación científica-educativa de bajo costo, sostenible, versátiles y adecuados para la enseñanza experimental de fenómenos físicos. Objetivos específicos: a) Concebir instrumentación y diseño de materiales didácticos para la enseñanza de fenómenos físicos. b) Configurar e implementar la instrumentación científica-educativa de bajo costo. c) Alcanzar en corto tiempo un laboratorio itinerante de costo sostenible. |
| metadata.dc.description.strategies: | Como antecedente, en el semestre 2020-2, enumeramos los experimentos y actividades realizadas por los estudiantes (con recursos propios) en el laboratorio de física contemporánea I de la carrera de física: 1) Calentador solar con tubos de cobre; 2) Constante de Planck con diodos LEDs; 3) Medición de la velocidad de la luz con un láser; 4) Medición de la velocidad de la luz con un horno de microondas; 5) Crecimiento de cristales; 6) Detector de campos magnéticos con Arduino; 7) Motor electrostático; 8) Espectroscopio casero; 9) Esparcimiento de luz: gelatinas ópticas; 10) Experimento de Young y medición de lambda y 11) Efecto Leidenfrost. Lo cual demostró que nuestros estudiantes afrontaron el reto propuesto, tuvieron el conocimiento y el ánimo para afrontar las circunstancias del aislamiento social. Así como, el desembolso de usar sus propios recursos en el desarrollo del proyecto. Para el semestre 2021-1 tenemos la propuesta de 3 proyectos de investigación online (conocimiento básico de instrumentación usada) y un proyecto de desarrollo experimental hecho en casa; los cuales describimos a continuación: Proyecto 1: Estudiar, analizar y discutir algunos fenómenos físicos. Descripción y análisis en la instrumentación básica. 1) Radiación de cuerpo negro; 2) Efecto Joule; 3) Efecto Faraday; 4) Efecto Compton; 5) Efecto fotoeléctrico; 6) Efecto Zeeman; 7) Efecto Mossbauer; 8) Efecto Doppler; 9) Efecto Hall; 10) Efecto electroóptico; 11) Efecto Stark; 12) Efecto Raman; 13) Efecto túnel magnético; 14) Efecto Cotton-Mouton; 15) Efecto termoeléctrico; 16) Efecto triboeléctrico; 17) Efecto de Haas–van Alphen y 19) Efecto Barkhausen. Proyecto 2: Estudiar, analizar y discutir los experimentos que se realizan en el laboratorio de Física Contemporánea I. 1) Efecto fotoeléctrico - Constante de Planck; 2) Efecto Faraday y actividad óptica (polarización de la luz); 3) Constante de StefanBoltzmann; 4) Experimento de Millikan; 5) Experimento de FranckHertz; 6) Contador Geiger-Muller; 7) Difracción de Bragg con microondas; 8) Difracción de Bragg con Rayos X; 9) Difracción de electrones; 10) Microscopía por emisión de campos; 11) Decaimiento radioactivo; 12) Radiación ambiental; 13) Radiografía digital; 14) Radiometría en medicina nuclear; 15) Detectores de radiación; 16) LEDs, historia e instrumentación; 17) Láseres, historia e instrumentación y 18) Espectro electromagnético. Proyecto 3: Estudiar y entender las diferentes áreas de la física, así como incentivar la creatividad en el desarrollo experimental. 1) Efecto Nernst; 2) Efecto Josephson; 3) Efecto Marangoni; 4) Efecto piezorresistivo; 5) Efecto piezoeléctrico; 6) Efecto Speckle; 7) Efecto Loto; 8) Espectroscopia Doppler; 9) Matriz de Halbach; 10) Materiales luminiscentes; 11) Quimioluminiscencia; 12) Teoría fractal; 13) Tribología; 14) Quantum Dots; 15) Reflectometría; 16) Superfluidos; 17) Plasmonica; 18) nanoespectroscopia y 19) Ley de Lamber-Beer: Proyecto 4: Proyecto experimental en casa. Incentivar la parte creativa y de investigación. Desarrollar, fundamentar y explicar el arreglo experimental designado. Instrumentación de bajo costo con recursos propios. En resumen, en el semestre 2020-2, periodo en que la pandemia nos alejó de los laboratorios, los estudiantes tuvieron el reto de desarrollar en casa un proyecto experimental; el cual lo desarrollaron con recursos propios y literatura que pudieron encontrar en la WEB. La experiencia vivida y de retroalimentación por parte de los estudiantes fueron resaltados en la carencia de equipos que dieran una medición más confiable; a la falta de una literatura orientada y obviamente, a los recursos adecuados para que los experimentos sean más elaborados y exactos. Con esta retroalimentación, de experiencia, de sugerencias y de comentarios (la mayoría) los estamos contemplando en el presente semestre 2021-1 que recién empezamos. Sin embargo, la obtención de los dispositivos de medición y materiales seguirán siendo un problema, debido a que los recursos son limitados. La propuesta metodológica, actividades y productos a desarrollar en el presente proyecto, se establecerían con la nueva experiencia captada y las prácticas desarrolladas en el semestre que terminaría (2021-1). Para los semestres y años de vigencia del proyecto, nosotros proponemos facilitar a los estudiantes los temas y fenómenos físicos (estudiado en los semestres anteriores); así como los dispositivos, materiales y útiles necesarios para que los estudiantes puedan armar un arreglo experimental; ya sea en casa o individualmente en los laboratorios, el cual sirva como inicio de un laboratorio itinerante. Paralelamente, los académicos participantes en forma colaborativa irán desarrollando los experimentos que sean viables para su implementación, por ejemplo: medición de la constante de Planck con diodos; interferómetro de Michelson; dispersión de luz; polarización de la luz, entre otros experimentos. |
| metadata.dc.description.goals: | Primer año: a) Búsqueda y recopilación de la literatura relevante en el área de la instrumentación didáctica de bajo costo. b) Adquisición de equipos y materiales diversos. c) Recuperación de componentes y dispositivos en desuso. d) Adquisición de libros y útiles apropiados. e) Concepción y configuración de los experimentos. f) Desarrollo de experimentos con ayuda, semestre regular, de los estudiantes de licenciatura (número aproximado: 60 estudiantes por semestre). Segundo año: "a) Adquisición de equipos y materiales diversos. b) Recuperación de componentes y dispositivos en desuso. c) Adquisición de libros y útiles apropiados. d) Concepción y configuración de los experimentos. e) Desarrollo de experimentos con ayuda, semestre regular, de los estudiantes de licenciatura (número aproximado: 60 estudiantes por semestre). f) Desarrollo de kits experimentales para la implementación de un laboratorio itinerante." |
| metadata.dc.description.selfAssessment: | El presente proyecto surgió como respuesta a la crisis de salud Mundial que hemos vivido; así también, como respuesta a nuestra debilidad instrumental dentro de nuestros propios laboratorios y, además, a la poca o nula respuesta a experimentos fuera de estos laboratorios. La idea y necesidad de implementar una adecuada enseñanza experimental en nuestras instalaciones, o ya sea a distancia, de diversos fenómenos físicos es prioritaria en la enseñanza, así como para circunstancias y futuras situaciones adversas. Induciéndonos a explorar nuevas estrategias que sean versátiles, novedosa e intrépidas; y por lo cual, debemos de evolucionar y orientar más recursos para la enseñanza experimental en las áreas de las ciencias puras, ya sea en la modalidad presencial individualizada, no presencial o mixta. Para ello, buscamos la combinación híbrida, apropiada y óptima de la tecnología en los procesos de aprendizaje que generen una transformación de la manera en que los alumnos aprenden y colaboran dentro y fuera del aula. Por un lado, consideramos en la propuesta de un laboratorio itinerante de física, basado en proyectos que se propusieron a estudiantes universitarios de los últimos semestres de la carrera de física. Los estudiantes tuvieron total autonomía, desarrollaron su propia configuración experimental y estudiaron el tema de física designado o de su elección. El objetivo fue que los estudiantes descubrieran la realidad de la física experimental y por supuesto, con el apoyo adecuado en instrumentación. Por otro lado, pensamos en encontrar y desarrollar una metodología en instrumentación sostenible que pudiera reproducirse en cualquier lugar. Nuestra disposición también incluye tener en cuenta un enfoque de economía circular, es decir, la recuperación de componentes y finalmente, su reutilización en experimentos educativos. Sin embargo, con todo esto en mente, escrito y verbalizado nos sugiere una autoevaluación más crítica del proyecto: Las cosas fueron lentas; la adquisición de materiales fue lenta; el préstamo de los equipos a los estudiantes no fue bien recibido, muchos alegaron miedo a llevarlo en el transporte público; tanto los académicos y estudiantes no mostraron gran interés; y, por último, nos percatamos que no tenemos un espacio adecuado para tener implementado todos los experimentos a la vez. Lo cual, nos lleva a reflexionar, a que tenemos que idear la manera de buscar e incentivar más apoyo académico, estudiantil, económico e institucional. Pero eso sí, creemos y confiamos que primero hay que encender una vela para alumbrar y encontrar un buen camino para todos. Finalmente, cabe mencionar que, con la implementación realizada también hemos podido dar apoyo a algunos trabajos de investigación; los cuales se ven reflejados en dos agradecimientos de artículos al proyecto PAPIME. |
| metadata.dc.description.goalsAchieved: | Primer año: Como resumen del primer año del proyecto; podemos mencionar que hemos encontrado y almacenado varios libros digitales (35), artículos y diversas fuentes sobre instrumentación y experimentos (240). Contamos con un canal de YouTube: https://www.youtube.com/channel/UCXzNegVIzJDTO5jCi5CB4oQ. Segundo año: • Adquisición de equipos y materiales diversos. Fueron adquiridos diversos materiales que nos ayudaron en la implementación de algunos arreglos experimentales. Entre ellos, una lámpara de mercurio para completar el experimento del efecto Zeeman, el cual se lleva a cabo en el laboratorio de física contemporánea en la facultad de ciencias. Una lámpara de UV para experimentos de luminiscencia y experimentos de fotoreducción de nanopartículas. Por último, otros componentes ópticos. Avances: 100% • Recuperación de componentes y dispositivos diversos. Hemos y venimos realizando la búsqueda y recopilación de diversos componentes electrónicos, ópticos, etc. Los cuales nos puedan ayudar en el desarrollo e instrumentación de experimentos de bajo costo, obviamente que existe aún mucho material por recopilar. Sin embargo, el problema que hemos detectado en este caso es que no poseemos un ambiente adecuado ni espacio físico, para almacenar y adaptar otros experimentos. Así como un personal de ayuda. Avances: 100% • Adquisición de libros y útiles apropiados. Aunque este rubro no fue beneficiado con recursos, seguimos buscando la retroalimentación, y pudimos encontrar / almacenar diversos títulos de libros digitales y artículos. Todo este material es compartido el primer día de clases con los estudiantes; mediante una carpeta en el drive.google.com. Avances: 100%. • Concepción y configuración de los experimentos. Se cuenta con la configuración de diversos experimentos, ya sea gracias a los reportes de los estudiantes o por los desarrollados por los académicos participantes. Para esto, y de una manera de uniformidad, hemos reescrito plantillas (revisión, guías, experimentos, reportes) en Word que nos ayudarán a escribir dichos trabajos. Avances 100% • Desarrollo de experimentos con ayuda, semestre regular, de los estudiantes de licenciatura. En cada semestre, adicional a los experimentos desarrollados en la facultad, los estudiantes son puestos a prueba con un proyecto que ellos puedan realizar en casa, se les orienta en el efecto físico a investigar, se les sugiere materiales de bajo costo y se les plantea diversos métodos para afrontar su experimento. A través de este conversatorio y la búsqueda de la literatura pertinente, los estudiantes pueden ejecutar sus proyectos y consolidar conceptos que ellos no habían contemplado a inicio del curso (comentario propio de los estudiantes). • Desarrollo de kits experimentales para la implementación de un laboratorio itinerante. Este objetivo es de mediano a largo plazo. Hemos logrado adquirir, ensamblar y realizar diversos experimentos; los cuales están disponibles en nuestros laboratorios. |
| metadata.dcterms.provenance: | Instituto de Ciencias Aplicadas y Tecnología (ICAT) |
| 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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