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AREA DE EDUCACIÓN

Programa deFísica

ReformaCurricular del Bachillerato

Para todas la modalidades del Bachillerato

UNIVERSIDAD ANDINA SIMÓN BOLÍVARÁrea de Educación

PROGRAMA DE REFORMA CURRICULAR DEL BACHILLERATO

Programa de Física

Primera versión: Mario CifuentesElaboración y actualización: Víctor Mejía

(Actualizado 2007)

Universidad Andina Simón Bolívar, Sede Ecuador, Quito, 1999Este documento es propiedad intelectual de la Universidad Andina Simón Bolivar, Sede Ecuador. Puede ser utilizado libremente por los docentes en la enseñanza dentro de todo el sistema educativo. Puede reproducirse, en tanto se lo haga íntegramente y sin omisiones. Ninguna institución o persona puede publicar este programa o alguna de sus partes sin mencionar la propiedad intelectual de la universidad y contar con su autorización ex-presa. No se puede utilizar este programa para la elaboración de manuales, texto escolares u otra publicación, sin permiso expreso de la universidad.

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ENFOQUE DE LA DISCIPLINA

Nuestra visión del mundo gira alrededor de los elementos culturales de occidente. Para comprender el mundo donde vivimos, debemos conocer mejor sus culturas. Entre los elementos culturales más importantes están el paradigma de la comprensión de la natura-leza desde el punto de vista de la física, el proceso de descubrimiento de las leyes que la gobiernan, la utilización del método científi co para validar dichas leyes y las aplicaciones en la tecnología y sus consecuencias en la vida diaria. El proceso educativo tiene el reto de resumir el compendio de dos siglos de trabajo en el área de la física en tan solo dos años del bachillerato. Para afrontarlo, el presente progra-ma utiliza la pedagogía conceptual aplicada a los fundamentos de esta disciplina.

FUNDAMENTOS PSICOPEDAGÓGICOS

El programa de física propuesto está formulado para estudiantes de nivel medio que poco o nada saben de la materia. Está diseñado para que sea la primera vez que accedan al aparato teórico de la física y, por lo tanto, a sus fundamentos como el movimiento, la fuerza, la energía, etc. Cada unidad está diseñada con tres elementos: el discurso sobre un fenómeno físico, su formulación matemática y su aplicación a los problemas. El discurso intentará agotar el análisis del fenómeno en un lenguaje cercano al estudiante, invitándolo a participar. En la formulación matemática, se hará hincapié en el signifi cado de las fórmulas y su deducción. Como aplicaciones, se proponen ejercicios y problemas. Este programa ha catalogado a los ejercicios como las aplicaciones directas del dis-curso teórico o de la fórmula matemática, mientras que a los problemas, como propues-tas de trabajo para estudiantes y maestros que superarán los conocimientos adquiridos en la unidad. El método científi co es un tema reiterativo en cada unidad, dado que el objetivo es motivar al estudiante para que lleve a cabo los experimentos, rediseñándolos de acuerdo con las necesidades de su medio y su economía.

CRITERIOS PARA EL TRATAMIENTO DIDÁCTICO DE LOS CONTENIDOS

Clasifi cación de los contenidos según el aprendizaje

Los contenidos conceptuales del programa se corresponden con la elaboración del discurso teórico al intentar crear modelos de los fenómenos analizados. En el esfuerzo de expresar en palabras las causas del movimiento, o la naturaleza de la fuerza, el estudiante verá la necesidad de aclarar los términos que utiliza en su explicación. Al identifi car dichos términos, y defi nirlos, estará conceptualizando el discurso y dotándolo de signifi cación pro-pia. Dado que este proceso es personal, el programa se limita a proponer los conceptos clásicos de física, dejando al profesor la tarea de acompañar al estudiante en el descubri-miento de nuevos conceptos, que refl ejen sus propios discursos. Los contenidos procedimentales se formarán a partir del discurso teórico, como una tra-ducción al lenguaje matemático que dé lugar a las fórmulas. Por lo tanto, se espera del estu-diante que pueda rehacer el camino para crear cualquier fórmula a partir del discurso teórico.

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El contenido actitudinal del presente programa busca que los estudiantes lleven a cabo los experimentos sugeridos en cada unidad, los rediseñen de acuerdo con los materiales que tiene a su alcance, resuelvan imaginativamente las limitaciones técnicas de la medición y validen por su propia cuenta las leyes físicas descritas en el texto.

Metodología de acuerdo al tipo de contenidos

Para el contenido conceptual, dado que el objetivo es que el estudiante aprenda a articular su discurso con los términos de la física, el método será el socrático: se plantea un fenómeno y se pregunta por la forma de explicarlo. El estudiante debe proponer una explicación, la cual será sometida a prueba. Se formalizarán los términos del discurso ex-plicativo y se propondrán posibles soluciones para que el estudiante las pruebe. Para el contenido procedimiental, se partirá del discurso teórico y la defi nición de términos del contenido conceptual, para proceder a traducirlos al lenguaje matemático. El objetivo es obtener fórmulas y procedimientos que resuman el discurso teórico y permitan agilizar su aplicación en los ejercicios y problemas. Para el contenido actitudinal, se sugerirán experimentos para cada unidad para que sean realizados por los estudiantes, con el fi n de obtener los resultados que validen o rechacen el discurso teórico. Se invitará al estudiante a repetir dicho experimento en sus casas y comparar los resultados. Se motivará a los estudiantes a resolver los problemas generados por el intento de obtener medidas exactas en los experimentos y el uso adecua-do de las herramientas para tomar dichas medidas.

Tratamiento de los contenidos previos El presente plan supone que los estudiantes comprenden el mundo desde el punto de vista práctico: la explicación que dan a los fenómenos se basa en la experiencia diaria. Suponemos que el estado de conocimiento del estudiante promedio al inicio de la asignatura se caracteriza por el uso del lenguaje informal y poco elaborado para dar explicaciones de los fenómenos naturales. Adicionalmente, prevemos que el discurso escrito estará en el mismo nivel de desarrollo. Para tratar con este estado inicial de aprendizaje, el método sugerido es inducir intensivamente al uso de los nuevos términos en las explicaciones y la continua redac-ción por escrito para preparar la exposición de dichos discursos.

PROPÓSITOS DE LA DISCIPLINA

Generales

• Motivar al estudiante a construir modelos físicos de la realidad, a validar dichos modelos con el método científi co y a aplicarlos a la resolución de problemas.

Propósitos Cognitivos

• Articular un discurso explicativo del mundo fenoménico con los términos y conceptos físicos.

• Traducir al lenguaje matemático el discurso físico acerca de los fenómenos para ex-

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presarlos en forma de modelos. Deducir y obtener las fórmulas que describen estos modelos.

• Comprender el método científi co y estar en la capacidad de utilizarlo para diseñar expe-rimentos.

Propósitos procedimentales

• Defi nir términos y conceptos físicos en el lenguaje natural.• Manipular con solvencia los modelos físicos y sus fórmulas, para saber cuando y como

aplicarlos en la resolución de ejercicios.• Identifi car las hipótesis y supuestos implícitos en cada modelo físico, y sus limitaciones

con respecto al fenómeno que describe.

Propósitos actitudinales

• Valorar el potencial del lenguaje para construir modelos de la realidad.• Apreciar el uso del lenguaje matemático para articular el discurso de la física.• Adquirir la iniciativa de diseñar y ejecutar experimentos para validar el conocimiento.

PROGRAMA DEL PRIMER AÑO

Contenidos generales

En el primer año abordaremos la descripción física del fenómeno del movimiento. Se defi nen las nociones de velocidad y aceleración como herramientas parar describir los diferentes tipos de movimientos. Explicaremos como la física analiza los movimientos: rec-tilíneo, circular y parabólico. Adicionalmente se ha incluido el estudio del fenómeno de cho-que, como introducción a los conceptos de conservación. El objetivo cognitivo es aprender el lenguaje que la física utiliza para describir la realidad. El objetivo procedimental del primer año, es adquirir la confi anza sufi ciente para re-solver exitosamente los ejercicios de entrenamiento y abordar la complejidad de los pro-blemas tipo. Los estudiantes al fi nal del año, deben estar en capacidad de manipular las fórmulas físicas y saber cuando las pueden aplicar. De forma paralela, este programa busca promocionar el método científi co mediante un conjunto de experimentos básicos. El objetivo actitudinal es motivar a los estudiantes para que lleven a cabo los experimentos en casa, y hagan uso del método experimental para alcanzar conclusiones.

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UNIDAD 1: EL MOVIMIENTO

1. El modelo esférico de la gota de agua.

2. El modelo del movimiento rectilíneo uniforme (MRU).

1. El discurso del modelo esférico para la gota de agua.

2. Las fórmulas de la velocidad.

1. El experimento de la clepsidra.

UNIDAD 2: EL MOVIMIENTO RELATIVO

Contenidos

1. El discurso de la relatividad del valor de la velocidad.

1. La suma vectorial de velocidades.

1. El diseño de la medición de la velocidad de un ciclista.

PRIMER AÑO

Logros Esperados

1. Conocer lo que se entiende por modelo de la realidad en física.

2. Conocer el discurso que describe el movimiento con el término velocidad.

1. Que el estudiante prepare su discurso explicativo por escrito.

2. Adquirir la destreza de manejar la fórmula de la velocidad en los ejercicios tipos.

1. Valorar la creatividad para resolver la complejidad inherente a la ejecución de un experimento y la toma de medidas.

1. Conocer la dependencia del valor de la velocidad y la forma como se mide el movimiento.

1. Adquirir la destreza necesaria en el manejo de las velocidades como objetos vectoriales.

1. Valorar la creatividad para resolver la dificultad de medir con precisión la velocidad de un cuerpo en movimiento

Contenidos

C O G N I T I V O S

Logros esperados

PRIMER AÑO

Contenidos

C O G N I T I V O S

Logros esperados

P R O C E D I M E N T A L E S

A C T I T U D I N A L E S



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UNIDAD 3: EL CAMBIO DE MOVIMIENTO

1. El discurso de la continuidad del movimiento.

2. El modelo del movimiento rectilíneo uniformemente acelerado (MRUA).

1. Las fórmulas del MRUA.

1. El diseño del experimento de la caída libre.

UNIDAD 4: MOVIMIENTO CIRCULAR

1. El modelo del movimiento circular uniforme (MCU) y el modelo del movimiento circular uniformemente acelerado (MCUA)

1. Las fórmulas del movimiento circular.

1. El diseño del experimento de la medición de la velocidad angular de una rueda.

1. Generalizar el concepto de velocidad media al de velocidad instantánea.

2. Comprender que el cambio continuo del movimiento puede ser descrito por la aceleración.

1. Adquirir la destreza necesaria para manipular las fórmulas del movimiento acelerado.

1. Valorar la creatividad para resolver las dificultades de la medición del tiempo en el experimento de la caída libre.

1. Conocer el discurso que describe el movimiento circular.

1. Adquirir la destreza necesaria para manipular las fórmulas del movimiento circular.

1. Valorar la creatividad para resolver las dificultades de la medición de la velocidad angular.

PRIMER AÑO

Contenidos

C O G N I T I V O S

Logros esperados

PRIMER AÑO

Contenidos

C O G N I T I V O S

Logros esperados





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UNIDAD 5: RELACIÓN DEL MOVIMIENTO RECTILÍNEO Y CIRCULAR

1. El discurso de la continuidad del movimiento aplicado al movimiento circular y el rectilíneo.

1. Las fórmulas que relacionan el movimiento rectilíneo con el circular.

1. El diseño de la máquina de Atwood.

UNIDAD 6: ANÁLISIS DEL TIRO PARABÓLICO

1. La descripción cinemática del tiro parabólico.

1. Las fórmulas del tiro parabólico.

1. El diseño del experimento de lanzamiento de proyectiles.

1. Describir el movimiento circular de forma semejante a la descripción del movimiento rectilíneo.

1. Adquirir la destreza necesaria para manipulas las fórmulas que relacionan el movimiento circular. y el rectilíneo.

1. Valorar la creatividad para resolver las dificultades en la medición de la velocidad angular

1. Explicar el movimiento parabólico utilizando los términos del modelo de la composición de movimien-tos.

1. Adquirir la destreza necesaria para manipular las fórmulas que describen el movimiento parabólico.

1. Valorar la creatividad para resolver el problema de obtener el valor de una velocidad instantánea.

PRIMER AÑO

Contenidos

C O G N I T I V O S

Logros esperados

PRIMER AÑO

Contenidos

C O G N I T I V O S

Logros esperados





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UNIDAD 7: CANTIDAD DE MOVIMIENTO

1. El modelo de la cantidad de movimiento.

1. La fórmula de la conservación de la cantidad de movimiento.

1. El diseño del experimento del péndulo doble.

UNIDAD 8: ANÁLISIS DEL CHOQUE DE DOS CUERPOS

1. El modelo del choque elástico e inelástico.

1. La resolución paso a paso del problema de la mesa de billar con dos esferas.

1. El diseño del experimento de la mesa de billar con dos esferas.

1. Explicar el fenómeno del movimiento en términos de variación de velocidad y masa.

1. Adquirir la destreza necesaria para manipular el principio de conservación de la cantidad de movimien-to.

1. Valorar la creatividad para resolver la dificultad de medir las alturas máximas en un péndulo.

1. Explicar el fenómeno del choque de dos cuerpos en términos de la conservación de la cantidad de movimiento.

1. Adquirir la destreza necesaria para aplicar la conservación de la cantidad de movimiento como objetos vectoriales.

1. Valorar la creatividad para resolver la dificultad de medir las direcciones de impacto en un choque de dos cuerpos.

PRIMER AÑO

Contenidos

C O G N I T I V O S

Logros esperados

PRIMER AÑO

Contenidos

C O G N I T I V O S

Logros esperados





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PROGRAMA DEL SEGUNDO AÑO

Contenidos generales

En el segundo año abordaremos la descripción física del fenómeno de la fuerza como la causa del cambio de movimiento. Se explica la concepción Newtoniana, sus leyes y las aplicaciones a los fenómenos de equilibrio, plano inclinado, caída libre, tiro parabólico el péndulo, y el movimiento gravitacional. El objetivo cognitivo es añadir al lenguaje técnico de primer año, los nuevos conceptos de fuerza y energía. Tanto en los objetivos procedimientales y actitudinales se mantienen para el segundo año, simplemente aumentamos la clase de ejercicios y problemas tipos a resolver, como también el conjunto de experimentos sugeridos para los alumnos.

UNIDAD 1: FUERZA

1. El modelo newtoniano de fuerza aplicada.

1. La fórmula de la fuerza en función del cambio de movimiento.

1. Diseño del experimento para medir la densidad de sólidos.

UNIDAD 2: LAS LEYES DE NEWTON

1. El modelo Newtoniano del movimiento.

1. Las tres fórmulas clásicas de las leyes de Newton.

1. El diseño del experimento del plano inclinado.

1. Explicar el fenómeno del cambio de movimiento en términos de la fuerza.

1. Adquirir la destreza necesaria para manipular las diferentes formas de la fuerza.

1. Valorar la creatividad para resolver la dificultad de la determinación de la densidad de los cuerpos.

1. Explicar el fenómeno del movimiento y del cambio de movimiento en función de las tres leyes de Newton.

1. Adquirir la destreza necesaria para manipular las tres leyes de Newton.

1. Valorar la creatividad para resolver la dificultad de medir el tiempo de recorrido sobre un plano inclinado.





SEGUNDO AÑO

Contenidos

C O G N I T I V O S

Logros esperados

SEGUNDO AÑO

Contenidos

C O G N I T I V O S

Logros esperados

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UNIDAD 3: EL EQUILIBRIO

1. El modelo del diagrama del cuerpo libre.

1. Las condiciones de equilibrio estable e inestable.

1. Diseño del experimento del plano inclinado para determinar el coeficiente de rozamiento.

UNIDAD 4: APLICACIONES DE LAS LEYES DE NEWTON

1. El modelo de Galileo para el péndulo simple.

1. La resolución paso a paso de tres ejercicios tipo.

1. El experimento de la medición de la gravedad con el péndulo simple.

1. Explicar el fenómeno del equilibro utilizando el término de inercia.

1. Adquirir la destreza necesaria para dibujar el diagrama del cuerpo libre y encontrar la fuerza resultante.

1. Valorar la creatividad para resolver la dificultad de medir los coeficientes de rozamiento entre materiales.

1. Explicar el movimiento del péndulo mediante la aplicación de las leyes de Newton.

1. Adquirir la destreza necesaria para manipular las fórmulas del péndulo simple.

1. Valorar la creatividad para resolver la dificultad de medir las oscilaciones del péndulo.

SEGUNDO AÑO

Contenidos

C O G N I T I V O S

Logros esperados

SEGUNDO AÑO

Contenidos

C O G N I T I V O S

Logros esperados





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UNIDAD 5: TORQUE

1. El modelo del momento de inercia en el movimiento circular.

1. La fórmula del la segunda ley de Newton para el movimiento circular.

1. Diseño del experimento para determinar el momento de inercia de una rueda.

UNIDAD 6: EL SÓLIDO RÍGIDO

1. El modelo del centro de masa.

1. Las fórmulas del movimiento de un sistema de partículas.

1. Diseño del experimento para determinar el centro de masa de un cuerpo.

1. Explicar el fenómeno del movimiento circular en términos de composición de fuerzas.

1. Adquirir la destreza necesaria para manipular la fórmula de la segunda ley de Newton en su forma de momentos.

1. Valorar la creatividad para resolver la dificultad de medir el momento de inercia de un sólido

1. Explicar el movimiento de un sólido, tomando en cuenta su desplazamiento y su rotación

1.Adquirir la destreza necesaria para manipular las ecuaciones del movimiento de un sólido rígido.

1.Valorar la creatividad para resolver la dificultad de determinar el centro geométrico de masas de un cuerpo.

SEGUNDO AÑO

Contenidos

C O G N I T I V O S

Logros esperados

SEGUNDO AÑO

Contenidos

C O G N I T I V O S

Logros esperados





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UNIDAD 7: ENERGÍA

1. El modelo de la energía cinética para el movimiento rectilíneo.

2. El modelo de la energía potencial de gravedad constante.

1. La fórmula de la conservación de la energía cinética y potencial de gravedad constante.

1. El diseño del experimento de la medición de la constante elástica de un resorte.

UNIDAD 8: LA ENERGÍA EN EL MOVIMIENTO CIRCULAR

1. El modelo de la energía de rotación.

1. La fórmula de la energía de un cuerpo en rotación.

1. Diseño del experimento para medir el coeficiente de rozamiento de una rueda.

1. Explicar el fenómeno del movimiento rectilíneo utilizando el principio de conservación de la energía.

1. Adquirir la destreza necesaria para manipular las fórmulas de la energía cinética.

1. Valorar la creatividad para resolver la dificultad de medir la constante elástica de un resorte.

1. Explicar el movimiento circular en términos de la energía.

1. Adquirir la destreza necesaria para manipular las fórmulas de la energía de rotación.

1. Valorar la creatividad para resolver la dificultad de medir el coeficiente de rozamiento en el eje de una rueda.





SEGUNDO AÑO

Contenidos

C O G N I T I V O S

Logros esperados

SEGUNDO AÑO

Contenidos

C O G N I T I V O S

Logros esperados

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UNIDAD 9: LA LEY DE GRAVITACIÓN UNIVERSAL

1. El modelo Newtoniano de la atracción de los cuerpos.

1. La fórmula para la ley de la gravitación universal.

1. El diseño del registro mensual del movimiento aparente de las estrellas.

1. Explicar el movimiento planetario utilizando la ley de la gravitación universal.

1. Adquirir la destreza necesaria para manipular la ley de la gravitación en el movimiento satelital.

1. Valorar la creatividad para resolver la dificultad de medir el desplazamiento aparente de las estrellas por la bóveda celeste.

SEGUNDO AÑO

Contenidos

C O G N I T I V O S

Logros esperados



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