Planes y Programas

Programa de Estudios, 3^er Semestre, Licenciatura en Educación Secundaria /
Especialidad / Física / La Ciencia de las Interacciones entre Materia y Energía /
Bloque III. Conceptos fundamentales de la Física y su aplicación

El sentido de este bloque es que los estudiantes apliquen y relacionen los conceptos fundamentales de la Física a una variedad de temas científicos y tecnológicos, para consolidar la comprensión de la materia, la energía, el cambio, la conservación y las interacciones, como conceptos centrales para lograr una visión física unificada e integral de la naturaleza. Con la revisión de estos temas se propone continuar con el desarrollo de la capacidad de los normalistas por hacer preguntas y buscar sus respuestas, que tiene su origen en la curiosidad humana.

Se busca, con la introducción de ejemplos cotidianos, que los estudiantes se convenzan de que no existe un medio educativo más variado, sugerente y accesible que el propio entorno natural y tecnológico, por medio de los fenómenos y artefactos con que convivimos, y que aprender a aprovecharlos es un recurso didáctico de valor incomparable. Se trata de una idea sencilla, pero cuya apropiación presenta dificultades porque la mayoría de nosotros no adquirió –o ha perdido– el hábito de mirar con atención y curiosidad el medio que nos rodea. La tarea inicial es, entonces, que los propios normalistas recuperen y ejerciten la capacidad de observar, hacer preguntas, asombrarse y aventurar respuestas tanto sobre los fenómenos físicos del entorno natural como de otros más amplios.

Será útil, para su desempeño profesional, que los estudiantes normalistas identifiquen a la Física como una obra eminentemente humana que se enriquece, se transforma y se corrige a través del tiempo, y que reconozcan algunos de los avances que ha logrado hasta la fecha. Se pretende que rechacen de manera informada y crítica la imagen de la Física como una colección de conocimientos ordenados y acabados. Para cerrar el curso se revisan algunos temas científicos que están en desarrollo, así como el planteamiento de problemas que continúan sin respuesta, con la finalidad de que el normalista conozca los horizontes actuales de la disciplina que le permitan contextualizar su desempeño profesional a través de temas de actualidad e interesantes, así como contar con referentes para iniciar la comprensión de las explicaciones físicas que se formularán en el futuro.

Aportaciones científicas que marcaron hitos en el desarrollo de la Física.
Explicación de situaciones reales y tecnológicas mediante la utilización de los conceptos fundamentales de la Física.
Las fronteras de la Física. Lo que queda por descubrir.

Hecht, Eugene (1987), "La locura del método", en Física en perspectiva, Wilmington, EUA, Addison-Welesy Iberoamericana, pp. 18-23.

Maddox, John (2000), "La ciencia del nuevo milenio", en Investigación y Ciencia, núm. 280, enero, Barcelona, Prensa Científica, pp. 6-12.

Sagan, Carl (1998), "El siglo XX", en Miles de millones. Pensamientos de vida y muerte en la antesala del milenio, Barcelona, Ediciones Grupo Zeta (SineQuaNon), pp. 267-278.

— (1998), "Ciencia y esperanza", en El mundo y sus demonios. La ciencia como una luz en la obscuridad, México, SEP (Biblioteca para la actualización del maestro), pp. 56-58.

García Fernández, Horacio (1996), "La bomba y sus hombres", en La enseñanza de la Física en la escuela secundaria. Lecturas, México, SEP, pp. 49-84.

Hewitt, Paul G. (1999), "Fisión nuclear", en Física conceptual, Wilmington, EUA, Addison-Wesley Iberoamericana, pp. 631-634.

Hoffmann, Roald (1997), "La responsabilidad social de los científicos", en Lo mismo y no lo mismo, México, FCE, p. 150.

Rusell, Bertrand (1998), "La grandeza de Albert Einstein", en Martín Gardner (comp.), Los grandes ensayos de la ciencia, México, Nueva Imagen, pp. 377-381.

Sagan, Carl (1998), "Creso y Casandra", en Miles de millones. Pensamientos de vida y muerte en la antesala del milenio, Barcelona, Ediciones Grupo Zeta (SineQuaNon), pp. 103-110.

— (1998), "Cuando los científicos conocen el pecado", en El mundo y sus demonios. La ciencia como una luz en la obscuridad, México, SEP (Biblioteca para la actualización del maestro), pp. 307-318.

Reeves, Hubert, Joël de Rosnay, Yves Coppens y Dominique Simonnet (1999), "El universo", en La más bella historia del mundo, México, Andrés Bello/SEP (Biblioteca para la actualización del maestro), pp. 21-71.

Tema 1. Aportaciones científicas que marcaron hitos en el desarrollo de la Física.

1. De manera extraclase leer "La locura del método", de Hecht. Observar también el video "En la orilla del océano cósmico", de la colección Cosmos y realizar una investigación en diversos materiales sobre:

Discutir en clase el papel que jugaron los siguientes criterios para investigar y conocer los fenómenos de la naturaleza:

El movimiento circular como el único movimiento que podían seguir los planetas y astros.
Los sólidos pitagóricos perfectos como la estructura básica de la materia.
El método argumentativo y contemplativo seguido por los pensadores de la Física antigua para descubrir las leyes del movimiento de los cuerpos.

Retomar las conclusiones de la investigación que realizaron sobre algunos personajes de la Física y sus contribuciones (bloque I, tema 2) que correspondan al periodo de la Física antigua (antes de Galileo).

Hacer un resumen de las ideas discutidas en clase y de las conclusiones a que llegaron a fin de ir conformando un trabajo llamado "La historia del método".

2. De manera previa a la clase retomar las conclusiones de las biografías de Galileo, de Newton, de Pascal y de Bacon, de las colecciones Viajeros del conocimiento y La ciencia desde México; hacer la investigación de Faraday a fin de conocer los métodos de trabajo ligados a la Física clásica.

Discutir las siguientes cuestiones en equipo y nombrar un representante que, en especie de conferencia, junto con el resto de los representantes exponga las conclusiones a que llegaron en los equipos. Asimismo, nombrar un relator que leerá, al final de las actividades, las conclusiones de los conferencistas.

El papel de la experimentación para la contrastación de las hipótesis sobre la caída de los cuerpos y su relación con la masa de dichos cuerpos.
La incorporación de la medición como actividad científica básica para determinar la inducción electromagnética.
La modelación matemática como estrategia para definir la interacción gravitacional entre la Tierra y la Luna.
La definición de un método experimental que fue leído como "pasos a seguir para investigar los fenómenos físicos".
La extrapolación de las leyes de la mecánica a cualquier tipo de fenómenos (la llamada corriente mecanicista) sin importar su origen (biológico, químico, social, etcétera).

Hacer un resumen de las ideas discutidas en clase y de las conclusiones a que llegaron y completar el trabajo sobre "La historia del método".

3. Como actividad extraclase retomar las conclusiones de las biografías de Edison, de Curie y de Einstein, de las colecciones Viajeros del conocimiento y La ciencia desde México hacer la investigación de Schrödinger y de Bohr, a fin de conocer los métodos de trabajo ligados a la Física moderna.

Elaborar un línea del tiempo con la información de las actividades extraclase realizadas durante el desarrollo de este bloque. ¿Cuál es la diferencia de años entre ambas revoluciones del pensamiento en la Física? Reflexionar sobre los cambios vertiginosos que se han dado durante el último siglo.

Aprovechar las conclusiones anteriores para ejemplificar y argumentar acerca de los siguientes enunciados.

La consideración de que no existe un único método para conocer la naturaleza, sino una gran variedad de ellos.
La validez de las leyes de la mecánica clásica, de las leyes de la mecánica cuántica y las correcciones relativistas.
Al nivel cuántico la naturaleza parece seguir un comportamiento poco predecible.

Concluir el trabajo sobre "La historia del método", iniciado en la actividad 1. Escoger algunos trabajos para exponerlos ante el grupo y presentar conclusiones sobre la forma en que ha evolucionado el método de trabajo de la Física y sobre los grandes periodos de revolución del pensamiento de la Física.

Una vez concluida la exposición abrir una ronda de preguntas, respuestas y comentarios.

Tema 2. Explicación de situaciones reales y tecnológicas mediante la utilización de los conceptos fundamentales de la Física

4. De manera previa a la clase leer "El siglo XX", de Sagan. Hacer un resumen por punteo de las tres grandes contribuciones de la ciencia mencionadas por el autor. También realizar un cuadro de resumen sobre los principios de conservación y el funcionamiento de los giróscopos. Anotar a la vista de todos los principios de conservación:

Incorporar los principios de conservación que se necesiten para responder a la pregunta: ¿cómo logra un clavadista realizar tantos giros en el aire y controlar su caída para obtener las calificaciones más altas durante una competencia?

Una vez que todos estén satisfechos con la explicación analizar el caso del giróscopo, tratar de explicar su funcionamiento y analizar cómo permite a los aviones saber su posición, altitud y rumbo de vuelo.

5. Realizar antes de la clase una investigación sobre lo que son las fibras ópticas, cómo funcionan y la manera en que las telecomunicaciones las aprovechan.

En equipo elaborar un ensayo que explique el funcionamiento de la fibra óptica y cómo puede conducir varios haces de luz al mismo tiempo. Utilizar en el ensayo algunos de los siguientes términos:

Conseguir un trozo de fibra óptica o buscar la posibilidad de acudir a algún museo o exposición de tecnología o de ciencia con la finalidad de conocerla y manipularla. Escoger algunos compañeros del grupo para que lean ante el grupo los trabajos producidos. Discutir sobre las dudas y comentarios que tengan acerca del trabajo de sus compañeros.

6. Realizar una investigación sobre lo que es el espectro electromagnético y realizar alguna representación de las longitudes de onda, así como de las energías y las frecuencias asociadas a cada una de ellas. Ilustrar cada grupo del espectro electromagnético con algún tipo de aplicación tecnológica de dicha parte del espectro.

Recuperar lo discutido en el bloque II sobre la transmisión de energía a través de ondas. Con la información construir un dispositivo que simule el funcionamiento del horno de microondas. Aprovechar el modelo para explicarse y comprender:

Elaborar conclusiones sobre el funcionamiento del dispositivo mediante la incorporación de los conceptos físicos.

7. Como actividad extraclase realizar una investigación para explicar el funcionamiento de los teléfonos celulares y responder las siguientes preguntas:

Comentar en plenaria las respuestas de algunos estudiantes y elaborar diagramas para explicar cómo funcionan los teléfonos celulares y cómo transmiten la información. A manera de conclusión de este tema, organizar un panel para destacar los conceptos fundamentales de la Física para explicar los fenómenos que estudia.

8. Formar equipos para seleccionar uno de los siguientes artículos incluidos en La enseñanza de la Física en la escuela secundaria. Lecturas, a fin de analizarlo y de presentar el desarrollo de un tema de frontera de la Física al resto del grupo de la siguiente manera:

Relacionar el tema de frontera como un disparador de ideas sobre algunos contenidos fundamentales de la lectura.
Propiciar una reflexión sobre algún aspecto conceptual fundamental para comprender la información.
Proponerle al grupo alguna actividad para desarrollar alguna habilidad, valor o actitud relacionada con la lectura.
Reflexionar a manera de cierre sobre la posibilidad de modificar la imagen que de la Física tiene la mayoría de los ciudadanos.

– Niels Bohr: puente entre la Física clásica y la moderna, de Jorge Flores.
– El desarrollo de la Física en México, de Manuel Sandoval Vallarta.
– La historia del Universo, de Luis Felipe Rodríguez.
– Microfísica, de Luis de la Peña.
– Las paradojas de la teoría de la relatividad, de Francisco Noreña.
– Sobre la superconductividad, de Ana María Sánchez y Julia Tagüeña.
– La unificación de la física, de Stephen Hawking.

Cada equipo contará con quince minutos para hacer su exposición y cinco para resolver dudas y preguntas. En caso de no aclararse las dudas, un representante del equipo expositor tendrá la responsabilidad de investigar y comunicar en una sesión posterior los resultados de dicha investigación sobre la duda en específico. Analizar la posibilidad de invitar o consultar a un experto en el tema o un investigador para aclarar dudas.

9. Leer, de manera previa a la clase, "La ciencia del nuevo milenio", de Maddox. También seleccionar alguno de las siguientes títulos de la colección La ciencia desde México. Leerlos en equipo de manera previa a la clase y escribir un resumen con las ideas principales sobre las preguntas y los temas que se investigan en el campo de la Física:

– La física en la medicina, de María Cristina Piña Barba, núm. 37.
– Electromagnetismo: de la ciencia a la tecnología, de Elizer Braun, núm. 112.
– El láser, de Vicente Abiotes, núm. 62.
– El vacío y sus aplicaciones, de Laura Talaevera y María Farías, núm. 131.
– La radioactividad, de Silvia Bulbulian, núm. 42.
– Líquidos exóticos, de Leopoldo García-Colín, núm. 104.
– Un universo en expansión, de Luis Felipe Rodríguez, núm. 1.
– La familia del Sol, de Julieta Fierro y Miguel Ángel Herrera, núm. 62.

Exponer en grupos las ideas fundamentales de las lecturas y relacionarlas con la importancia de estar actualizados sobre los temas de frontera y lo que queda por descubrir en la Física. Utilizar la información del curso, las lecturas y los videos cuando sea necesario. La dinámica de exposición y trabajo será semejante a la de la actividad anterior.

A manera de conclusión del curso leer "Ciencia y esperanza", de Sagan, y aprovechar la lectura para comentar acerca de los siguientes temas:

Destacar la potencia de los conceptos fundamentales de la Física para comprender los fenómenos.
La Física y su enseñanza como una actividad humana apasionante.
La Física como ciencia en evolución y constante cambio, tanto en temas como en metodología.
La Física como la ciencia de las interacciones entre la materia y la energía.
La Física, a semejanza de la analogía usada por Sagan para describir a la ciencia, como una luz en la obscuridad.

— (1995), La enseñanza de la Física en la escuela secundaria, audiocinta, México.

— (1997), Cómo se enseña hoy Física en la escuela secundaria, video, México.

— (1993), Plan y programas de estudio. Educación Básica. Secundaria, México.

— (1995), La enseñanza de la Física en la escuela secundaria. Guía, PRONAP, México.

— (1996), La enseñanza de la Física en la escuela secundaria. Lecturas, PRONAP, México.