ENSEÑANZA DE LA FÍSICA

 

Material educativo para el fortalecimiento de la cultura nuclear en Bolivia

 

Educational material to enhance nuclear awareness in Bolivia

 

 

Bustos Espinoza R. O. E, Poma Mamani I, & Ramírez Ávila G. M.
Instituto de Investigaciones Físicas, Carrera de Física
Universidad Mayor de San Andres
c. 27 Cota-Cota, Campus Universitario, Casilla de Correos 8635 La Paz - Bolivia

 

 

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Resumen

Con el objetivo de fortalecer la cultura nuclear en Bolivia, el ano 2008 se elaboró un texto para el ultimo año de educación secundaria donde se introdujeron tópicos "nuevos" al curriculum oficial, como ser "estructura nuclear". Siendo este el primer material con el que se contó, se lo intento introducir como texto oficial en el sistema educativo boliviano; sin embargo, debido a la falta de formacion de la mayoría de los profesores de fısica de colegio, ese intento no prospero. Debido a eso se tomaron otras iniciativas, tales como la apertura de una pagina wikifísica y la insercion del módulo: "Introducción a la Física Nuclear" en el Diplomado en Física para Profesores de Colegio (DFIS), ambos proyectos desarrollados en la Carrera de Física, UMSA. La pagina wikifísica Nuclear es visitada frecuentemente y se la actualiza con regularidad a fin de optimizarla. En cuanto al DFIS, la interaccion docenteestudiante (profesionales de Física, UMSA profesores del nivel secundario) se realiza a traves de encuentros virtuales utilizando la plataforma de educacion a distancia, moodle, y encuentros presenciales donde se realizan experimentos, exposiciones, evaluaciones y una monografıa. El DFIS espera cubrir el vacío de cultura nuclear de los educadores de secundaria bolivianos y de esa manera capacitarlos para que puedan transmitir a sus estudiantes conocimientos de Física Nuclear. Otra actividad importante en relacion al fomento de la cultura nuclear, es la realizacion de la Olimpiada Boliviana de Física (OBF) y la Olimpiada Boliviana de Astronomía y Astrofísica (OBAA) donde se incluyen topicos relacionados con la física nuclear desde 1997 y 2006 respectivamente. Asimismo deseamos incluir el dictado de charlas tecnicas y divulgativas sobre Física Nuclear a modo de coadyuvar en el objetivo de aumentar la cultura nuclear en Bolivia.

Descriptores: Educacion, nivel secundario — Física nuclear.

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Abstract

In order to strengthen the nuclear culture in Bolivia, we prepared in 2008 a book to be used at the ending year of high school, where new topics were introduced, especially those concerned to modern physics, such as nucleostatics and nucleodynamics. We tried to include this book as the official contents to be taught in the Bolivian high schools; however, due to the lack of training of most teachers in physics, this attempt was unsuccessful. On the other hand, we carried out other initiatives, such as the opening of a wikifisica in the server of the Department of Physics of our University (UMSA), and the inclusion of the module "Introduction to Nuclear Physics" in the refresher course given to teachers in physics once a year. The number of visits of the Nuclear wikifisica page is increasing and we frequently update the contents of this website in order to improve it. The above mentioned refresher course, called DFIS is an outreach project, where physicists train high school teachers in physics that in the near future will teach these new topics to high school students. The development of DFIS is done using new information technologies that allow distance learning, and the virtual interaction between the trainers and students via a moodle platform. At the end of DFIS, the high-school teachers carry out experiments, prepare a monograph and pass a final test in order to obtain the grade. These activities pretend to enhance the knowledge on nuclear physics of high school students through the improvement of the level of high school teachers in physics. Another important activity, related with the enhancement of nuclear culture, are the Bolivian Olympiad on Physics and the Bolivian Olympiad on Astronomy and Astrophysics, both for high school students where it were included topics about nuclear physics since 1997 and 2006 respectively. Finally, some other activities are in progress, such as informative talks and popularization publications on nuclear physics.

Subject headings: Education, secondary school — Nuclear physics.

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1. INTRODUCCION

En la gestion de 1997 un grupo de docentes de la Carrera de Física de la Universidad Mayor de San Andres (UMSA) en La Paz, Bolivia, decidieron llevar a cabo competencias academicas para estudiantes de colegio en el area de la física. Poco tiempo después, esa misma gestion, la Sociedad Boliviana de Física (SOBOFI) y la Carrera de Física, UMSA, recibieron una invitacion para participar en la II Olimpiada Iberoamericana de Fısica (OIbF) que se llevó a cabo en Mexico (la I OIbF se llevó a cabo en Colombia en el ano 1991 donde Bolivia no pudo participar), pero en el ano 1997 las competencias académicas para estudiantes de colegio pasaron a conocerse como la Olimpiada Boliviana de Física (OBF), de donde se seleccionan anualmente las delegaciones bolivianas que participan en las OIbF.

En la gestion 2006 y de manera adelantada el Comite Olímpico de la OBF, creó el proyecto: Olimpiada Boliviana de Astronomía y Astrofísica (OBAA), antes de la realizacion de la 1ra Olimpiada Internacional de Astronomía y Astrofísica (IOAA: International Olympiad on Astronomy and Astro-physics) que se llevo a cabo en Tailandia en la gestión 2007.

En las olimpiadas bolivianas: OBF - OBAA, como es natural en una olimpiada por definicion fundamental, se introdujeron topicos no tradicionales, dando enfasis no solo a los contenidos mínimos de la curricula en Bolivia sino abordando topicos nuevos como por ejemplo conceptos basicos de física nuclear, entre otros.

En la misma gestion, la empresa SANTILLANA de EDICIONES S. A. nos contacto para que escribamos textos de Física para los ultimos 3 años de colegio en Bolivia. Se acepto el reto y los textos salieron publicados y puestos a disposicion del público estudiantil nacional en la gestion 2008 (Bustos 2008b,c,d). Los textos fueron planificados de un modo novedoso para no solo ensenar la física del siglo XVII, sino poder introducir, en los colegios y en consecuencia en l@s estudiantes, topicos contemporáneos de la física del siglo XX.

Durante los primeros anos de la OBF y la OBAA se pudo evidenciar un rendimiento no muy optimo en l@s estudiantes participantes, el comite olímpico de ambos eventos, en conjunto con la Sociedad Boliviana de Física (SOBOFI) y la carrera de Física, UMSA, decidieron ofrecer a l@s profesor@s de todos los colegios del país un curso de actualizacion docente el cual se llevo a cabo con éxito durante dos semanas en la gestion 2006. Ahí nació la idea de llevar adelante el primer DIPLOMADO EN FISICA PARA PROFESORES DE COLEGIO (DFIS) para dar la oportunidad de actualizar y/o introducir nuevos conocimientos en l@s maestr@s normalistas (profesor@s de colegio) para que como efecto multiplicador ell@s transmitan esos conocimientos a sus estudiantes y logremos incrementar el rendimiento en general. Para que el DFIS tenga mas alcance se decidió utilizar la tecnología de comunicaciones InterNet y poder llegar así no solo a las zonas urbanas sino tambien rurales de todo el territorio nacional (Bustos 2008a).

El 5to DFIS se llevo a cabo durante el primer semestre de la gestion 2015, donde se dictaron nuevos modulos, como por ejemplo: INTRODUCCION A LA FÍSICA NUCLEAR.

Como una nueva actividad pero ligada a las dos anteriores, se desarrollo material digital bajo la tecnología WIKI dando enfasis al tema denominado: Nucleoestatica Nucleodinamica. Dicho material ha sido enriquecido con animaciones/simulaciones computacionales, examenes den línea, etc. para que l@s usuarios puedan medir sus conocimientos en el campo de la Fısica en general y de los conceptos basicos de la Física Nuclear en particular (WIKIFISICA: Estructura Nuclear 2013).

 

2. LA OLIMPIADA BOLIVIANA DE FISICA, ASTRONOMÍA Y ASTROFISICA

Los proyectos Olimpiada Boliviana de Física (OBF) y Olimpiada Boliviana de Astronomía y Astrofísica (OBAA) nacen de la necesidad de dar una urgente respuesta al desafıo sobre ¿cómo incentivar a la juventud Boliviana al estudio de la Fısica, la Astronomía y la Astrofísica?, para de esta manera generar mayores capacidades científicas y tecnologicas como aporte al desarrollo tanto cultural como economico y social del país.

Ambas olimpiadas se llevan a cabo anualmente buscando motivar a la juventud Boliviana al estudio de las ciencias fısicas desde los últimos 7 años de colegio. En el sistema educativo de Bolivia se contempla 12 anos de estudios divididos en 2 partes: 6 anos de primaria y 6 años de secundaria. Las edades de ingreso al primer ano de primaria oscilan entre los 5 y 6 anos según la región, el tipo de unidad educativa, etc. Existen 3 tipos de unidades educativas: particulares o privados, de convenio y fiscales o del estado. Un estudiante de 6 de Primaria tiene entre 10 a 11 anos de edad, es decir, los bachilleres en Bolivia tienen una edad entre 17 y 18 anos en promedio general.

En la OBF y la OBAA se invita a que participen 7 categorıas, es decir el último año de primaria (1) y toda secundaria (6). L@s jovenes participantes tienen entre los 10 a 17 y/o 11 a 18 anos de edad.

2.1. La Olimpiada Boliviana de Física, Astronomía y Astrofísica y las Olimpiadas Internacionales organizadas en Bolivia.

En el transcurso de las distintas gestiones, el comite olímpico de las OBF OBAA han organizado los siguientes eventos internacionales en el país:

•  VI Olimpiada Iberoamericana de Física (VI OIbF), Sorata, La Paz, Bolivia, (2001) (SOBOFI 2001)

•  1ra Olimpiada Andina de Astronomía y Astrofísica (1ra OAAA ¹), Lago Titikaka, La Paz, Bolivia, (2009) (Bustos 2009)

•  V Olimpiada Latinoamericana de Astronomía y Astronautica (V OLAA), Cochabamba, Bolivia, (2013)

•  XX OIbF, Cochabamba, Bolivia, (2015)

La 1ra OAAA ¹ se llevo a cabo en Junio de 2009, posteriormente Brasil creo la 1ra Olimpiada Latinoamericana de Astronomía y Astronautica (OLAA) en Octubre de ese mismo ano. Bolivia participa continuamente en la OLAA y ya no impulso la OAAA para no difuminar esfuerzos en la region.

Mediante la organizacion de los mencionados eventos se ha motivado al estudio, en las distintas generaciones de estudiantes Bolivian@s, a la profundizacion de conocimientos en el campo de la física y la astronomía.

2.2. La Olimpiada Boliviana de Física, Astronomía y Astrofísica y la Física Nuclear.

Se ha realizando un analisis de contenidos en cada una de las 7 categorıas de la OBF OBAA, donde se resaltan los temas referentes a la física nuclear. Como se puede apreciar, se puede ver la estrecha relacion existente entre el contenido mínimo de las olimpiadas y los temas que son la base para el comienzo del estudio de Física Nuclear.

2.3. La Olimpiada Científica Estudiantil Plurinacional Boliviana (OCEPB)

La OCEPB es un proyecto impulsado por el actual gobierno desde la gestion 2011. Se incentiva al estudio, a la juventud Boliviana, de las siguientes areas de las ciencias puras, naturales y tecnologicas: Astronomía y Astrofísica, Biología, Física, Geografía, Informatica, Matemática, Química y Robotica. Las olimpiadas OBF - OBAA se han acoplado a la OCEPB y los comites olímpicos de Física, Astronomía y Astrofísica se han vuelto específicamente en comites académicos de Física, Astronomıa y Astrofísica, siendo sus principales actividades:

•  Proponer/Actualizar los contenidos mínimos en cada una de las 7 categorías¹

•  Elaborar las pruebas (simultaneas a nivel nacional) y las metodologías de calificacion.

•  Seleccionar a los mejores estudiantes a nivel distrital, departamental y nacional.

•  Realizar el entrenamiento de los equipos postulantes a eventos internacionales, con actividades como:

-  El DFIS (ver mas adelante)

-  Examenes el línea automatizados, tal que l@s usuari@s pueden ver su nota inmediatamente haya acabado la prueba.

-  Entrenamientos concentrados en Universidades.

•  Coordinar con el Ministerio de Educacion, el Magisterio, etc. todo lo referente a temas educativos en el país, que se pueden resolver unificando esfuerzos.

 

3. DIPLOMADO EN FISICA PARA PROFESORES DE COLEGIO (DFIS)

El DFIS tiene como objetivo final el de otorgar al graduado las condiciones para desarrollar estudios que demuestren el dominio de los instrumentos conceptuales y metodologicos esenciales en su área, calificandolo como profesor y docente habilitado del nivel de Unidades Educativas en la rama de las ciencias puras y naturales, especializado en física con mencion en los módulos aprobados.

El DFIS cuenta con una duracion de 800 horas academicas de duración, según está estipulado en normas universitarias, de las cuales 80% son actividades virtuales y 20% actividades presenciales.

El DFIS en todas sus versiones conto con el respaldo institucional de la UMSA. El título otorgado es el de DIPLOMADO EN FÍSICA haciendo enfasis en el nombre de los modulos vencidos en el mismo. De igual modo el DFIS se amplia para que los mejores estudiantes de colegio, en el area de Física, Astronomía y Astrofísica ganadores de la OBF y de la OBAA puedan cursar los modulos como un mecanismo de entrenamiento para optimizar su aprendizaje en futuras competencias internacionales ².

En el 5to DFIS se dictaron 13 modulos (de los cuales el diplomante debio aprobar solo 4 a excepcion de los estudiantes olímpicos que debían aprobar 12): MECANICA - MECÁNICA DE LOS FLUIDOS - ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO - TEORIA DE ERRORES Y EXPERIMENTOS - ONDAS MECANICAS RELATIVIDAD FISICA CUÁNTICA TERMODINÁMICA ASTRONOMIA Y ASTROFÍSICA CAMBIO CLIMATICO DIDÁCTICA DE LA FÍSICA INTRODUCCION A LA FÍSICA NUCLEAR INTRODUCCION A LA FÍSICA DE PARTÍCULAS.

Los dos ultimos módulos han sido introducidos en el 5to DFIS, con una aceptable participacion de profesores de colegio y estudiantes ganadores de las olimpiadas: OBF - OBAA.

El modulo titulado INTRODUCCIÓN A LA FISICA NUCLEAR ha cubierto el siguiente contenido mínimo (Poma 2015):

CAPITULO I:

DEFINICIONES NUCLEARES BASICOS:

Introduccion. El átomo. El núcleo. Nomenclatura. Propiedades nucleares independientes del tiempo: tamano, masa, carga, spin nuclear. Propiedades nucleares dependientes del tiempo: desintegraciones y reacciones nucleares. Problemas.

CAPITULO II:

ESTRUCTURA NUCLEAR: Introduccion. Energía de enlace nuclear. Modelo de la gota líquida.- Formula semiempírica de masa. Parabolas de masa. Números mágicos. Modelo de capas. Niveles de energía de los nucleos. Problemas.

CAPITULO III:

INTERACCION DE LA RADIACIÓN CON LA:

MATERIA: Introduccion. Radiaciones de origen nuclear. Interaccion de partículas cargadas con la materia. Interaccion de neutrones con la materia. Interaccion de la radiación gamma con la materia. Deteccion de las Radiaciones nucleares. Problemas.

CAPITULO IV:

DESINTEGRACION RADIACTIVA:

Introduccion. Desintegración radiactiva de nucleos inestables.- Series radiactivas naturales. Vida media. Produccion de núcleos radiactivos por bombardeo. Produccion de nucleos radiactivos por decaimiento. Desintegraciones: Alfa, Beta y Gamma. Problemas.

CAPITULO V:

REACCIONES NUCLEARES: Introduccion. Aplicaciones de las leyes de conservacion. Tipos de reacciones nucleares. Reacciones por nucleo compuesto. Reacciones directas. Seccion eficaz. Fision y Fusión. Problemas.

CAPITULO VI:

APLICACIONES NUCLEARES:

Introduccion.

Aplicaciones en la industria. Aplicaciones en la agricultura. Ciclotron. Reactor nuclear.

Lo mas valioso de los módulos del DFIS es que reflejan las muchas gestiones de experiencia que tienen cada un@ de l@s docentes de la carrera de Física en su modulo especifico, es decir, se ha desarrollado en material original en ese sentido, ademas, todos los modulos han sido enriquecidos con animaciones/simulaciones computacionales, examenes en línea, etc. El modulo sobre INTRODUCCIÓN A LA FISICA NUCLEAR ha tenido una buena demanda convirtiendose en una de las principales novedades del 5to DFIS.

3.1. Resultados Estadísticos del 5to DFIS

A continuacion se presentan algunas gráficos porcentuales del 5to DFIS. En la Figura 1. se muestran las Estadısticas generales, en la Figura 2. las Estadísticas generales del modulo titulado: INTRODUCCION A LA FÍSICA NUCLEAR para los profesores y en la Figura 3. Las estadísticas generales del mismo modulo pero para los estudiantes de las olimpiadas: OBF y OBAA

 

4. PAGINA WIKI SOBRE LA INTRODUCCION A LA FÍSICA NUCLEAR

La pagina WIKIFISICA se desarrollo en la gestión 2013 con el objetivo de ofrecer al publico un sitio WEB donde se ofrezcan los conceptos basicos de la estatica y la dinámica del núcleo no solo de una manera fría (solo texto) sino que se enriquezca, con graficos explicativos, animaciones/simulaciones computacionales, examenes en línea, etc, que permita una interaccion más eficaz entre el usuario y el sistema computacional.

El sistema esta siendo constantemente enriquecido y tambien se ha puesto a consideración de la Red Latinoamericana para la Educacion y la Capacitacion en Tecnología Nuclear (LANENT) y ha sido presentado en el Organismo Internacional de Energía Atomico (OIEA) en reuniones de la red LANENT.

Los examenes en línea permiten al usuario saber su rendimiento inmediatamente se haya concluido sus respuestas en línea (WIKIFISICA: Estructura Nuclear 2013).

 

5. CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS

Los proyectos presentados son material educativo dentro de las distintas actividades que la Carrera de Física, UMSA ha estado realizando para contribuir al desarrollo del país no solo científico y tecnologico sino cultural, economico y social.

Se espera que en un futuro proximo, la experiencia acumulada pueda servir de base para nuevos proyectos educativos que se preocupen fundamentalmente por el aumento de conocimiento en las nuevas generaciones, para que en un futuro proximo, gente joven pueda estar motivada para tener estudios y/o especializaciones en física nuclear y sus aplicaciones. Lo anterior sera de gran importancia en el país que requiere ampliar el uso de tecnologías nucleares en el afan de garantizar una de las premisas del Estado boliviano que es "el vivir bien" siempre atenidos al lema del OIEA: "atomos para la paz".

 

NOTAS

¹ La 1ra OAAA se llevo a cabo en Junio de 2009, posteriormente Brasil creo la 1ra Olimpiada Latinoamericana de Astronomıa y Astronautica (OLAA) en Octubre de ese mismo año. Bolivia participa continuamente en la OLAA y ya no impulso la OAAA para no difuminar esfuerzos en la region.

² Los estudiantes de las olimpiadas que cursan el DFIS no reciben ningun título universitario ni certificado. Los docentes los evaluan como si fueran alumnos oficiales del módulo respectivo y su nota lo habilita para que sea parte de la seleccion boliviana respectiva.

 

 

REFERENCIAS

Bustos Espinoza R. (2008)a, Revista Boliviana de Física 14, 150.        [ Links ]

—. (2008)b, FISICA 2 (SANTILLANA DE EDICIONES S. A., La Paz, Bolivia).         [ Links ]

—. (2008)c, FISICA 3 (SANTILLANA DE EDICIONES S. A., La Paz, Bolivia).         [ Links ]

—. (2008)d, FISICA 4 (SANTILLANA DE EDICIONES S. A., La Paz, Bolivia).        [ Links ]

—. (2009), Revista Boliviana de Física 15, 67.        [ Links ]

WIKIFISICA: Estructura Nuclear (2013), http://fiumsa.edu.bo/olimpiada/fisicaenlinea/doku.php?id= contenido:fisicanuclear:estructuranuclear        [ Links ]

Poma I. (2015), 5to DIPLOMADO EN FISICA PARA PROFESORES DE COLEGIO (5to DFIS): Introducción a la Física Nuclear http://www.fiumsa.edu.bo/dfis/        [ Links ]

SOBOFI (2001), Revista Boliviana de Física 7, 179.        [ Links ]