Propuesta para la mejora del proceso enseñanza-aprendizaje de la física general mediante experimentos de laboratorio usando tecnología actual

Abstract

El presente trabajo de Suficiencia Profesional se ha elaborado para destacar las ventajas del diseño experimental en el desarrollo de laboratorios de física general, utilizando tecnología actual en el ámbito de estudios universitarios de pregrado (entiéndase como tecnología actual aquellos dispositivos electrónicos o sensores empleados para recolectar datos). Con este objetivo, se ha diseñado el montaje experimental para cada experimento, seleccionando la frecuencia de muestreo y los gráficos orientados a alcanzar los objetivos específicos de cada uno. Con ello se pretende que constituya una guía importante para el proceso enseñanza-aprendizaje de la Física General. Se presentan catorce guías de laboratorio, cada una con su respectivo informe, que incluye los objetivos, el fundamento teórico, los materiales, el procedimiento y el análisis de resultados. Además, se anexan videos que muestran paso a paso el desarrollo de los experimentos mencionados. Los experimentos abarcan una variedad de temas típicos, tales como: movimiento rectilíneo uniforme y uniformemente acelerado, caída libre, movimiento armónico simple, máquina de Atwood, gases ideales, ley de Ohm, determinación de la constante de Planck, equilibrio térmico, calor específico de un metal, campo magnético de un solenoide, campo magnético de un imán, ley de Faraday, carga y descarga de un capacitor y circuitos RLC. Estos experimentos fueron seleccionados debido a la complejidad inherente de realizarlos de manera artesanal y la dificultad de obtener datos precisos. Los resultados se presentan con sus respectivas incertidumbres y se comparan con valores de referencia, encontrando diferencias porcentuales menores al 10%. Con el diseño propuesto, los datos se obtienen de manera amigable, rápida y con alta precisión en comparación con el método tradicional. Además, estos datos se presentan de manera visual mediante gráficos y tablas para una mejor comprensión y análisis. Esta propuesta también puede ser utilizada como complemento a las técnicas tradicionales.

This report was prepared in the frame of Professional Sufficiency Work to showcase the advantages of experimental design in the development of general physics laboratories using current technology in the undergraduate university setting (Current technology is understood as electronic devices or sensors used for data collection). To this end, experimental setups have been designed for each experiment, with sampling frequency and graphs selected to achieve the specific objectives of each experiment. This is intended to constitute an important guide for the teaching-learning process of General Physics. For this purpose, fourteen laboratory guides are presented, each accompanied by its respective report, including objectives, theoretical foundation, materials, procedure, analysis, and results. Additionally, videos demonstrating the step-by-step development of the mentioned experiments are attached. The experiments cover a variety of topics, such as kinematics (constant velocity motion and constant acceleration motion), free fall, simple harmonic motion, Atwood's machine, ideal gases, electrical resistance and Ohm's Law, determination of Planck's constant, thermal equilibrium, specific heat of a metal, magnetic field of a solenoid, magnetic field of a magnet, Faraday's law, capacitor charging and discharging, and RLC circuits. These experiments were selected due to their inherent complexity in manual execution and the difficulty in obtaining data. Results are presented with their respective uncertainties and are compared with reference values, revealing differences of less than 10%. With this proposed design, data is acquired in a user-friendly, quick, and highly precise manner compared to traditional methods. Furthermore, this data is visually presented through graphs and tables for better comprehension and analysis. This proposal can also be used as a complement to traditional techniques.