Problema: “Hallar la Energía Potencial”.

Hola a todos.

Este curso he decidido aplicar más en serio la metodología didáctica de mis investigaciones para conseguir el Doctorado. Se trata de una metodología para la enseñanza y aprendizaje de mi asignatura de Ciencias de la Naturaleza de 2º ESO. Esta metodología es la M.R.P.I. (Metodología de Resolución de Problemas como Investigación) que no es nueva, aunque para muchos profesores sí se podría considerar nueva si nunca la han aplicado por sí mismos. Y, como toda metodología, tendrá sus partidarios a favor y en contra, así como sus virtudes y defectos. No obstante, para poder opinar con criterio se debería haber intentado aplicar.

Los objetivos principales de esta metodología son:

Además se pretende:

  • Integrar contenidos de diferentes materias (Matemáticas, Física, Química, Biología, Tecnología, etc.).
  • Aplicar a la realidad dichos contenidos, si se diseñan bien los problemas y se considera la realización de los experimentos.
  • Desarrollar habilidades manipulativas, habilidades sociales por medio del trabajo en grupos y muchas más habilidades en función del problema planteado (uso de herramientas digitales, investigaciones históricas, producciones artísticas, etc.).

La actividad comienza por medio del planteamiento de un problema abierto a los alumnos.

PROBLEMA INICIAL ABIERTO:

¿Qué Energía Potencial tiene un cuerpo?

Este problema es sencillo si nos inventamos los datos cerrando el problema o si elegimos un objeto y tenemos los conocimientos y los instrumentos necesarios para realizar las medidas.

Los alumnos pueden investigar o ya conocer la fórmula de la Energía Potencial que, por cierto, es la energía que tiene un cuerpo por el hecho de estar situado a una determinada altura:

Ep = m · g · h

Donde:

  • Ep = Energía Potencial del cuerpo. Se mide en J (Julios) en el S.I.
  • m = Masa del cuerpo. Se mide en kg (kilogramos) en el S.I.
  • g = Aceleración de la Gravedad. Se mide en m/s2 (metros partido segundos elevados al cuadrado) en el S.I. Aclaración: Blogger no me permite escribir bien los superíndices del “elevado al cuadrado”.
  • h = Altura a la que se encuentra el cuerpo. Se mide en m (metros) en el S.I.

S.I. (Sistema Internacional): Son las unidades que, por convenio científico, utiliza toda la Comunidad Científica para comunicarse los datos.

Yo decidí, tras exponer el problema abierto de forma rapida en clase, darles también rápidamente el problema más cerrado.

PROBLEMA CERRADO:

¿Qué Energía Potencial tiene tu bolígrafo en la repisa de la ventana de IIT 5? Calcúlala usando una balanza, una cinta métrica y tu Clinómetro.

Para lo cual ya me había ocupado de asegurarme de que la altura de la ventana del aula y la posibilidad de la toma de medidas me facilitaran la actividad. Es el aula que en las siguientes fotografías tiene las cuatro persianas blancas bajadas:

Hay que emplear el tiempo necesario para, por grupos, mostrarles el uso de la balanza de precisión. Se les indica la importancia de no tocar la mesa, poner la balanza a “Cero”, colocar el bolígrafo y tomar los datos en gramos (g) que habrá que pasar a kilogramos (kg). También se les enseña que, con el bolígrafo sobre la balanza, si marcamos “Tara” y levantamos el bolígrafo nos marcará el mismo peso pero en negativo. Luego, para que no se queden con las ganas, se les permite pesar su anillo, sus gafas, etc.

Además les tienes atareados, entretenidos y motivados construyendo en casa los Clinómetros necesarios para la medición de la altura del aula. A continuación se muestran las fotografías de algunos Clinómetros construidos para la toma de datos de ángulos que nos permitan hallar alturas de objetos, árboles, edificios, etc. a distancia, sin necesidad de subirse a ellos para medirlos. Se les da las fotocopias y las indicaciones adecuadas, además de enseñarles clinómetros ya construidos (buenos y malos) para evitar errores:

El Clinómetro en realidad es como un Transportador de Ángulos. Se debe mirar a través de la pajita la parte más alta del objeto que queremos medir la altura, por ejemplo, un bolígrafo en la repisa de la ventana del aula de informática IIT 5:

Entonces nos da un ángulo entre el observador y el punto más alto del árbol. Con Trigonometría se puede hallar el Seno del ángulo y nos dará la altura del árbol, desde la altura de los ojos del observador, altura que hay que añadir para saber la altura total del árbol.

Otra opción, que es la que han utilizado los alumnos de 2º ESO, es moverse con el Clinómetro hasta que forme un ángulo de 45º. Así la Tangente de 45º = 1, lo que significa que la altura del árbol será igual a la distancia del alumno al árbol, medida que se puede tomar con la cinta métrica fácilmente. Luego habrá que sumar la altura del niño (hasta los ojos).

Todo esto se les cuenta en clase y, acto seguido, se baja al patio a realizar las mediciones con sus Clinómetros y las cintas métricas. Por grupos, con el mejor clinómetro del grupo y una cinta métrica, se deben apañar para obtener los datos necesarios:

¿Los resultados y conclusiones? Pues muy divertidos:
  • A cada grupo le da un resultado diferente, pero tiene lógica porque pesaron un bolígrafo diferente.
  • Se suelen hacer un lío con las unidades, porque fallan en elegir correctamente las unidades del Sistema Internacional (S.I.).
  • En todo momento hay que corregirles los errores, entre ellos apoyarse en la mesa de la balanza, errores en la construcción del clinómetro, la cinta métrica poco tensa o enrollada al medir distancias, etc.
  • Les ha encantado utilizar la balanza, construir su Clinómetro y tomar las medidas que se les pedía.
Lo que sí os puedo asegurar es que les ha encantado todo el proceso.

Sólo falta que en el examen se acuerden de la fórmula, las unidades y el cálculo de la Energía Potencial de un cuerpo.

Os invito a probarlo.

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Una respuesta a Problema: “Hallar la Energía Potencial”.

  1. Aurora dice:

    Admiro profundamente la imaginación que le echas, la motivación que tienes y sabes transmitir y desde luego la metodología empleada. Una extraordinaria lección para todos. Gracias David.
    Yo pienso probar.

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