Pensament i acció
Simulació i aprenentatge de la física
01-02-2009
Autor
Octavi Casellas
Publicat a:
Escola Catalana. Física. Número 456
L’ensenyament de la Física, com moltes altres matèries, ha estat molts anys estancat aplicant les mateixes metodologies que s’aplicaven als segles (efectivament: ¡segles!) anteriors. Durant molt de temps, l’eina bàsica del professorat de Física ha estat el guix, la pissarra i el laboratori (aquest darrer, però, utilitzat sovint de forma poc sistemàtica).
La veritat és que, d’uns anys ençà, la dinàmica educativa del professorat de Física ha efectuat un gir de (quasi) 180 graus gràcies a la utilització de les noves tecnologies a l’aula i al laboratori. M’estic referint als ordinadors connectats a Internet, projectors de vídeo, presentacions, aules virtuals, aparells de captura de dades amb la utilització de sensors, laboratoris virtuals, simulacions...
Cadascuna d’aquestes aplicacions té els seus avantatges i també els seus inconvenients, de manera que la utilització generalitzada d’aquestes tecnologies introdueix una clara millora en l’ensenyament-aprenentatge de la Física, sense oblidar, però, que les antigues tecnologies (pissarra, guix i laboratori), continuen i continuaran essent d’importància essencial per a la tasca educativa.
Les simulacions per ordinador fa temps que van aparèixer. Al principi, van ser molt rudimentàries i gràficament poc atractives. Amb la generalització dels ordinadors personals, de gran potència de càlcul i amb aplicacions gràfiques molt desenvolupades, comencen ja a tenir un pes important. Actualment, el desenvolupament de llenguatges com Java i Flash permeten al professorat disposar, gratuïtament en la majoria de casos, de simulacions a través de la xarxa (miniaplicacions o applets o, en el cas de la Física, fislets).
Abans de continuar parlant dels applets, però, potser el millor serà donar un cop d’ull a alguns dels exemples més representatius:
- Applets Java de Física. Walter Fendt. (http://www.walter-fendt.de/ph14s/). Conjunt molt complet d’applets de Física. Possiblement la pàgina de fislets més visitada. Es caracteritza per la seva senzillesa i per la utilització molt personal dels colors.
- Curso interactivo de Física en Internet. Ángel Franco http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica_/index.html. Curs general de Física a nivell universitari però que conté una gran quantitat de simulacions que es poden utilitzar a altres nivells.
- FisLab.net. Tavi Casellas.http://www.fislab.net. Pàgina de l’autor que conté, entre altres materials útils al professorat de ciències en general, un conjunt d’applets de temàtiques diverses.
- CatFisica. Josep M Doménech http://www.catfisica.com. Pàgina realitzada en Flash que conté una col·lecció molt representativa de problemes resolts pas a pas incloent-hi, a més, els esquemes gràfics. Molt útil per a l’alumnat, tot i que no serien pròpiament simulacions.
- Interactive Simulations.PhET. University of Colorado http://phet.colorado.edu/index.php. Conjunt de simulacions (Java i Flash) realitzades en un entorn gràfic molt acurat i que tenen moltes possibilitats d’interacció. Actualment són potser els fislets més avançats.
Una vegada n’hem vist algunes mostres, podem comentar algunes de les característiques més importants de les miniaplicacions (applets):
- Permeten realitzar (virtualment) experiments i, alhora, obtenir dades numèriques que serien difícils de realitzar al laboratori pel seu cost, perillositat, temps, ubicació...
Exemple: miniaplicació (applet )Halflife (1) que permet simular una desintegració radioactiva d’un determinat isòtop i observar la corresponent gràfica exponencial N = N(t).
- Incorporen el suport visual en l’explicació de conceptes abstractes, de manera que faciliten l’aprenentatge a l’alumne.
Exemple: miniaplicació Electrostàtica (2) que permet visualitzar les línies de camp i les equipotencials en distribucions de càrregues puntuals.
- Permeten realitzar amb rapidesa la mateixa experiència, variant alguns paràmetres per poder veure com afecten aquests valors al resultat observat.
Exemple: miniaplicació Interferències (3) on variant la longitud d’ona i/o la distància entre els focus observem la variació en la forma i en el nombre de línies nodals.
- Faciliten l’obtenció de dades numèriques, de manera que el professor i/o l’alumne poden comprovar la correcta resolució dels problemes o qüestions que es plantegin.
Exemple: miniaplicació Moviment parabòlic (4) podem obtenir l’alçada màxima en un llançament parabòlic d’un objecte amb una velocitat inicial determinada des d’una alçada coneguda.
- Controlen i aïllen exactament les variables, de manera que es poden utilitzar perquè l’alumne dedueixi les lleis matemàtiques que modelitzen un determinat fenomen.
Exemple: miniaplicació Banc òptic (5) amb el que podem dissenyar un telescopi i variant les focals i posicions de les lents deduir la fórmula dels augments de l’instrument òptic.
Malgrat tot, cal no oblidar que les miniaplicacions o applets no són més que simulacions i que, en el millor dels casos, estan governades per les fórmules matemàtiques que corresponen a les lleis físiques que volem comprovar o demostrar. Així doncs, cal recordar la importància de la realització d’experiències (reals) al laboratori en l’ensenyament-aprenentatge de la Física, encara que, en aquest cas, els resultats no s’ajustin completament a les prediccions teòriques.
Una bona activitat seria complementar el treball realitzat primer amb una simulació amb la realització posterior de l’experiència al laboratori. Així, en el treball amb la miniaplicació podem aprofundir en els conceptes, en l’observació del fenomen ideal, en l’obtenció de resultats numèrics, en la representació gràfica, en la influència de cada variable... mentre que, en la pràctica al laboratori, comprovarem -amb els corresponents errors experimentals-, el que prèviament hem treballat.
Exemple: podem treballar amb la miniaplicació Electrostàtica (6) per aclarir conceptes com ara el camp elèctric, el potencial, les línies de força, les línies equipotencials, la relació entre camp i potencial... finalment, podem anar al laboratori per realitzar la senzilla pràctica (7) d’obtenir les línies equipotencials (dos elèctrodes punxats a un paper de filtre moll i amb l’ajut del voltímetre anar assenyalant, amb xinxetes de colors diferents, els punts que estan al mateix potencial).
Un altre exemple: (8) l’alumne ha de descobrir, amb la utilització d’un Banc òptic (9), com s’ha de construir un telescopi (de Kepler i/o de Galileu), i quants augments tindrà. Posteriorment, al laboratori (equip d’òptica ENOSA) ell mateix el construeix i fa l’observació real.
Finalment, el professorat sempre ha de tenir clar els objectius que pretén aconseguir amb la utilització d’una miniaplicació (i si realment és necessària la seva utilització). Per això és aconsellable pautar, amb més o menys autonomia per a l’alumne, el treball que s’ha de realitzar amb la simulació per tal de poder arribar a les conclusions o els resultats que desitgem.
Actualment, a la xarxa trobem una quantitat molt gran de miniaplicacions o applets (algunes molt interessants i d’altres senzillament innecessàries), però el que costa més de trobar són els protocols de la utilització pedagògica d’aquests materials (ja sigui com a full d’alumne, com a orientacions pel professorat...). La realització d’una miniaplicació no és senzilla i cal tenir coneixements de programació; en canvi, l’elaboració d’aquest tipus de materials de suport és una tasca pedagògica molt interessant, a l’abast de tot el professorat i que podem fàcilment compartir gràcies a la utilització massiva de la xarxa internet.
Endavant, doncs, i bona feina!
NOTES
1. <http://www.colorado.edu/physics/2000/isotopes/radioactive_decay3.html>
2. <http://www.xtec.cat/~ocasella/applets/elect/appletsol.htm>
3. <http://www.xtec.cat/~ocasella/applets/interf/appletsol.htm>
4. <http://www.xtec.cat/~ocasella/applets/movparab/appletsol.htm>
5. <http://baldufa.upc.es/baldufa/fislets/f1fj005/f1fj005.htm>
6. <http://www.xtec.cat/~ocasella/applets/elect/appletsol.htm>
7.<http://www.curiedigital.net/curiedigital/2007/Practiques-UMH-AngelVicent/CAMP%20ELECTRIC%20SUPERFICIE%20EQUIPOTENCIAL%20V-S.pdf>
8. Article al número 2 – Tardor 2008 de Recursos de Física (<http://www.rrfisica.cat>)
9. <http://baldufa.upc.es/baldufa/fislets/f1fj005/f1fj005.htm>
Octavi Casellas és Professor de Física i Química de l'IES-SEP Montilivi de Girona des del 1981, actualment treballa al Centre de Recursos Pedagògics del Gironès.
Tags:
Comparteix
