Forteza Pujol, Ana

García Pastor, Fernando

Lahera Claramonte, Jesús

Diposit Digital de Documents de la UAB

1ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2005. NÚMERO EXTRA. VII CONGRESORELATIVIDAD ESPECIAL (DVD)LAHERA CLARAMONTE, JESÚS; FORTEZA PUJOL, ANA y GARCÍA PASTOR, FERNANDODepartamento de Didáctica de Ciencias Experimentales. Universidad Complutense de Madrid.Palabras clave: Enseñanza, Nuevas Tecnologías, Relatividad, Einstein, Contexto socio-cultural.OBJETIVOSTanto la enseñanza como el aprendizaje de los aspectos básicos de la Relatividad Especial presentan difi-cultades (Lahera, J y Forteza, A, 1989) que pretendemos ayudar a superar. De esta manera surge el DVDque presentamos y que está siendo empleado en diversos Contextos de Aprendizaje de las Ciencias paraevaluar su utilidad didáctica.Dicho DVD puede, por un lado, facilitar la tarea del docente al proporcionarle un material creado especí-ficamente para su utilización en las aulas y, por otro, atender al notable interés de los alumnos por el temay por la personalidad de Einstein (Lahera, 1995).El objetivo básico es la utilización de Nuevas Tecnologías en la enseñanza de la Relatividad Especial, apro-vechando las ventajas de la simulación por ordenador. Subsidiariamente, presentar el contexto sociocultu-ral en que emerge la teoría. El objetivo operativo básico es tratar la problemática planteada en un contex-to de transposición didáctica (Joshua, S. Et al. 1993). Este objetivo se refuerza con las directrices delEspacio Europeo de Enseñanza Superior, que hace énfasis en el aprendizaje del alumno sobre la enseñan-za de mera transmisión de conocimientos: el DVD se configura como un elemento más, muy importante,en el aprendizaje del alumno. Otro objetivo sobrevenido es que en este año 2005 se celebran los cien añosde los primeros artículos de Einstein sobre la teoría, adquiriendo así actualidad. MARCO TEÓRICOLa eficiencia de la utilización de Nuevas Tecnologías en la enseñanza está comprobada en la prácticadocente. Emerge fundamentada, además, en un contexto de enseñanza significativa de investigación enEducación Científica (Bernardini, C. et al. 1995).La dificultad mayor de uso de materiales tecnológicos radica a nuestro parecer en la adecuación de los con-tenidos al nivel de conocimientos del alumnado al que previsiblemente están destinados. Esta dificultad seacrecienta en el tratamiento en el aula de la teoría especial de la Relatividad, que suele presentarse a nivelestrictamente teórico. El DVD que presentamos presenta un sesgo parauniversitario que supera la meradivulgación, configurándose como un instrumento de inevitable apoyo en la enseñanza anterior a laUniversidad, al considerar la Relatividad como componente de la cultura actual. También puede ser utili-zado en los primeros cursos universitarios de Ciencias, para afianzar el contexto teórico formalizado.2 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2005. NÚMERO EXTRA. VII CONGRESOHemos partido de un análisis de nuestras propias publicaciones sobre las ideas previas de los alumnossobre Relatividad y los resultados de un proceso de aprendizaje (Lahera, J y Forteza, A, 1989). Se ha revi-sado el material producido en cada época, desde los film-loops del emblemático proyecto americano PSSCsobre Relatividad galileana (BFA/EALING, 1962) que han sido fuente de sugerencias para versionesactuales en Nuevas Tecnologías. Han sido (re)visadas las ideas básicas de la teoría, brillante y asequible-mente expuestas, por Sagan en su libro y en la serie de vídeos (Sagan, C., 1990), que deben completarse anuestro juicio con un tratamiento matemático elemental, Especialmente, hemos discutido el vídeoRelatividad Especial (Open University, 1997), que a nuestro parecer muestra carencias en la simulaciónmuy lograda del reloj de luz al no incorporar sencillos cálculos que hagan participar a los estudiantes. Otro referente ha sido el Proyecto Iniciativa Relatività (Cortini, G., 1979) que fue ensayado en niveles prey universitarios del sistema educativo italiano. En una obra de uno de nosotros (Lahera, J., 1995) se consi-dera la Relatividad en su doble aspecto de Fundamentación y Módulos de aprendizaje, remitiendo a la uti-lización de vídeos ajenos; ahora podemos disponer de un vídeo propio.DESARROLLOEl DVD se estructura en tres partes, siendo su duración total de 45 minutos. Hay una significativa dedica-toria: “A Gamow, Landau, Feynman y Sagan, citados en el texto, que fueron grandes físicos y magistralesdifusores de la ciencia”, Primera parte: Relatividad galileanaEn el relato, se hace referencia a Discursos y demostraciones matemáticas sobre dos Nuevas Ciencias,donde se plantean ejemplos de observación de movimientos que presentan interés didáctico actual, selec-cionando el problema cómo se ve un objeto abandonado desde lo alto del mástil de una barca en movi-miento. Se ve por secuencia de figuras que un observador en lo alto del mástil verá caer el objeto en su ver-tical, pero un observador en el exterior, puesto que la barca ha avanzado, verá caer el objeto según unalínea curva. ¿Tiene sentido hablar de una unívoca, absoluta trayectoria? Para el exigente Einstein la rela-tividad galileana representa una verdadera revolución científica. En el DVD se muestra cómo la persona-lidad de Galileo ha sido tratada, al margen de la ciencia, en el teatro, en el ensayo filosófico y en el cine. La tecnología actual nos permite realizar una simulación semejante al problema planteado por Galileo:¿Cómo se observa el movimiento de un objeto abandonado desde un avión que vuela a la velocidad derégimen (es decir con trayectoria recta y velocidad constante)? Se comentan las opiniones de los alumnos:según nuestros datos, muy pocos dan la respuesta correcta.FIGURA 1Carátula del DVD3ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2005. NÚMERO EXTRA. VII CONGRESOLa simulación resuelve el asunto. La justificación requiere unas fórmulas sencillas de la física más elemen-tal, que se exponen. La dificultad estriba en la situación planteada, en la necesaria utilización de dos siste-mas de referencia. Se muestra el grupo de transformación de Galileo. En otras secuencias se debate, desde el principio formulado por Poincaré: las leyes mecánicas tienen lamisma forma en los sistemas inerciales, con evidencias actuales en un avión volando a la velocidad de régi-men como mejor sistema inercial. De este aparentemente inofensivo postulado resulta una proposicióninquietante: desde dentro de un sistema no podemos distinguir si está en reposo o en movimiento recto develocidad constante. Se discuten ejemplos de la vida cotidiana. Se reflexiona sobre el hecho de que la incor-poración de la relatividad galileana a la enseñanza ha sido tardía e incompleta, debido a la conveniencia deutilizar imágenes dinámicas, ahora posible por las Nuevas Tecnologías.Se cuestiona la interpretación simplista del relativismo en la cultura posmoderna, lejos de lo que la teoríafísica preconiza: la descripción de movimientos desde dos sistemas de referencia son distintas, pero lasleyes físicas son válidas en todos los sistemas inerciales.El relativismo correcto ha transcendido a otros ámbitos (Psicología, Pedagogía, Historia, Literatura,Pintura, Cine...) considerando ejemplos ilustrativos.Segunda parte: Relatividad EspecialEn el estudio del comportamiento no clásico de nuestro mundo es esencial la constancia de la velocidad dela luz. Ya que adquiere tanta importancia, se discute sobre la medida de su velocidad... que hoy puedehacerse en el Laboratorio. Un pulso de luz láser atraviesa sucesivamente dos placas detectoras que estánconectadas cada una a un osciloscopio, que registra su correspondiente “pico” de señal. La experimenta-ción muestra que si la distancia entre placas es 3 metros, el desfase temporal entre picos es de 10-8 segun-dos, de modo que la velocidad de la luz es ¡300.000 km/s en recitado escolar!En relato se muestran los dos postulados básicos de Relatividad Especial. Más tarde Einstein desarrollaríala Relatividad general, para sistemas acelerados, equivalentes a campos gravitatorios.Seguidamente, en el DVD, se hacen comentarios sobre fotografías, en una breve biografía ilustrada deEinstein.A continuación se expone que el objetivo básico de la teoría fue encontrar una transformación entre dossistemas inerciales que preservara la invariancia de la velocidad de la luz. Einstein obtuvo así el grupo deFIGURA 2Objeto abandonado desde un avión, simulación.4 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2005. NÚMERO EXTRA. VII CONGRESOtransformación de Lorentz que sustituía en la nueva física al grupo de transformación de Galileo. Ya quelos postulados de la teoría van contra todo sentido común, las consecuencias que se derivan al aplicar estegrupo a medidas de espacio y de tiempo son sorprendentes, pero asumidas en la cultura actual: dilatacióndel tiempo, contracción de la longitud y la ecuación Energía E = mc2.FIGURA 3Pantalla de osciloscopioFIGURA 4Fotografías de EinsteinEspecíficamente, se hace historia de la primigenia idea del denominado reloj de luz debida al físico de ori-gen ruso Landau que realiza un cálculo de la relación de tiempos medidos por un observador que viaja enun tren y un observador que se encuentra situado en el andén. Así mismo, se muestra un cálculo sencilloFIGURA 5Reloj de luz5ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2005. NÚMERO EXTRA. VII CONGRESObasado en el teorema de Pitágoras y se anima a que el espectador compruebe que el resultado es concor-dante con el obtenido por Landau.Otra consecuencia de la teoría se refiere al espacio, a la longitud de un objeto móvil visto desde otro siste-ma de referencia. Aquí retomamos las ilustraciones de Gamow sobre un ciclista que circula en una ciudaddonde la velocidad de la luz fuera baja, de 30 km/h, velocidad casi alcanzable por el ciclista. Finalmente, otra fórmula que deriva de la teoría, y que es el origen de la energía nuclear, es la conocidafórmula Energía E = mc2. En el DVD se ha recuperado la explicación en la voz original de Einstein, en ale-mán, que se acompaña de subtitulación en español.Tercera parte: Contexto sociocultural de Relatividad Especial.Se muestra en relato sobre fotografías los principales hechos y movimientos de la primera década del pasa-do siglo XX, que emerge esperanzador. El siglo empieza con la Primera Exposición Internacional en París,ciudad que estrena para el evento el tren subterráneo Metro. Junto a la técnica, la vanguardia artística: ArtNouveau. Por otra parte, un pintor desconocido, Picasso, expone sus primeros dibujos y en 1905, Einsteinpublica sus primeros artículos sobre Relatividad.En este contexto sociocultural tan innovador, ¿sorprende la aparición de una teoría tan revolucionariacomo la Relatividad Especial?METODOLOGÍAEl DVD está siendo utilizado en tres Contextos de Aprendizaje diferentes: en Educación Secundaria, en cen-t ros universitarios y en conferencias de divulgación científica. La evaluación del DVD y de su utilización enlos Contextos anteriores se está realizando mediante instrumentos de análisis cuantitativos y cualitativos.En los grupos de Enseñanza Secundaria y Universitaria el profesor utiliza el DVD como material de apoyoa las clases. Antes de verlo, los alumnos contestan un cuestionario sobre diversos aspectos relacionados conel tema, luego ven la parte seleccionada para la sesión y debaten en pequeños grupos primero y en grangrupo después. Posteriormente, se evalúa su aprendizaje con el mismo cuestionario anterior y el DVD conotro cuestionario, algunas entrevistas a los alumnos y las reflexiones del profesor en su diario personal.Para evaluar el DVD como material de divulgación científica, se está utilizando en diversas confere n c i a si m p a rtidas a colectivos de adultos. En tales conferencias se recogen las impresiones, preguntas, comentariosy sugerencias orales o escritas de los asistentes mediante la grabación en audio de las mismas y un cuestiona-r i o .RESULTADOS Y CONCLUSIONESEn el momento actual estamos evaluando la eficiencia del DVD en los Contextos antes mencionados. Enel Póster se expondrán los primeros resultados y conclusiones.El DVD es producto del Proyecto de Innovación Educativa 2003/43, del Vicerrectorado de Estudios de laUniversidad Complutense de Madrid, Enseñanza de la ciencia y Nuevas Tecnologías. Edición de un DVDsobre Relatividad Especial  REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICASBERNARDINI, C. Et al. (1995). Thinking Physics for Teaching. Plenum Pres, New York.CORTINI, G. (1979). Iniciativa Relatività  Universidad La Sapienza, Roma.6 ENSEÑANZA DE LAS CIENCIAS, 2005. NÚMERO EXTRA. VII CONGRESOJOSHUA, S et al. (1993). Introduction à la didactique des sciences et des mathematiques. PUF, París.LAHERA, J. (1995) Introducción a la física moderna en la Enseñanza Secundaria.Síntesis, Madrid.LAHERA, J. y FORTEZA, A. (1989). Ideas previas de los alumnos sobre Relatividad y resultados de un proceso deaprendizaje. Enseñanza de las Ciencias, Número Extra III Congreso.MATERIALES AUDIOVISUALESBFA/EALING (1962). Film-loops  Galilean Relativity. BFA/EALING, New York.OPEN UNIVERSITY  Vídeo. Relatividad Especial. Open University/Ancora, Barcelona..SAGAN, C. (1990). Cosmos. Turner Home, New York.

Relatividad especial (DVD)

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