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https://www.innovacioneducativa.unam.mx:8443/jspui/handle/123456789/5234| Título : | Herramientas para la enseñanza de las matemáticas en Física, Ciencias de la Tierra y Física Biomédica. |
| Autor : | Mendez Fragoso, Ricardo |
| Fecha de publicación : | 2015 |
| Resumen : | La Facultad de Ciencias es una institución con amplia tradición en la formación de científicos, y además es el principal semillero de investigadores y profesores en el área de ciencias en el país. Por ello la formación de recursos humanos de alta calidad es un a de sus prioridades a través del continuo enriquecimiento de los cursos que en ella se imparten. Este proyecto, con duración de un año, está orientado al mejoramiento de la enseñanza de las matemáticas en materias de reciente creación para las licenciaturas de Ciencias de la Tierra (LCT) y Física Biomédica (LFB), y fortalecer materias de matemáticas avanzadas en la licenciatura de Física (LF). La compresión y aplicación de los conceptos matemáticos en el entendimiento de fenómenos en la naturaleza es fundamental para desarrollar nuevos métodos de estudio, tanto teóricos como experimentales. Estos conocimientos matemáticos abstractos requieren en muchas ocasiones de herramientas computacionales para mejorar su compresión. Sin embargo, en la mayoría de los cursos no se hace explícito el uso de herramientas computacionales para ejemplificar las aplicaciones específicas, y esto se debe en buena medida por falta de material ad-hoc. En particular, las licenciaturas de reciente creación en el Departamento de Física, Ciencias de la Tierra y Física Biomédica, tienen materias cuyos temarios están orientados a que los alumnos reciban tanto los conceptos fundamentales en matemáticas como sus aplicaciones. Sin embargo, no se cuenta con suficientes recursos didácticos que ejemplifiquen las aplicaciones con el enfoque adecuado y la profundidad en los temas que a cada licenciatura le son más útiles. Más aún, no se están aprovechando de manera eficiente las herramientas que las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC) pueden proveer para ayudar solucionar estos problemas. Por estas razones, en este proyecto se conjuntan dichas herramientas en el desarrollo de unidades de aprendizaje relacionados con los conceptos matemáticos y sus aplicaciones orientadas a satisfacer los intereses de las licenciaturas antes mencionadas. El troco común, o los primeros cuatro semestres, de las licenciaturas de Física, Ciencias de la Tierra y Física Biomédica tienen al menos un 25% de materias dedicadas a matemáticas. Recientemente se crearon las materias de Matemáticas para las Ciencias Aplicadas I, II, III y IV, y Matemáticas Avanzadas para Ciencias de la Tierra, propias de la LCT. Posteriormente la licenciatura en Ciencias de la Computación optó por incorporar las primeras cuatro dentro de su plan de estudios. Adicionalmente, con la creación de la LFB se crearon las materias de Cálculo Avanzado y Matemáticas Avanzadas. Estas nuevas asignaturas necesitan contenidos orientados a los temas que cada licenciaturas requiere. Además, la materia de Matemáticas Avanzadas para la Física de la LF debe incorporar nuevas herramientas que permitan hacer un mejor vínculo entre los desarrollos matemáticos que ésta tiene y las aplicaciones que se pueden realizar. Como se puede apreciar, todas las materias antes mencionadas necesitan contenidos apropiados para que cumplan sus objetivos. En este proyecto se plantea el desarrollo de una plataforma virtual orientada al desarrollo y ejecución de programas de cómputo en la que tanto profesores como alumnos puedan compartir y realizar simulaciones de fenómenos conectados con los conocimientos que adquieren en los cursos. A diferencia de otras plataformas ya existentes, como AVE Ciencias y Coursera, en donde sólo se muestran contenidos y permite la interacción entre profesores y alumnos extra clase por medio de actividades, en este proyecto se plantea que alumnos y profesores encuentren y sobre todo que ejecuten sus propios programas de cómputo para entender y visualizar lo que se ve en los cursos. El hecho de que los usuarios puedan ejecutar programas de cómputo vía remota también hace que éstos no necesariamente tengan que tener los programas instalados en |
| URI : | http://132.248.161.133:8080/jspui/handle/123456789/5234 |
| metadata.dc.contributor.responsible: | Mendez Fragoso, Ricardo |
| metadata.dcterms.callforproject: | 2015 |
| metadata.dc.coverage.temporal: | 2015-2016 |
| metadata.dcterms.educationLevel.SEP: | Licenciatura nivel superior |
| metadata.dc.description.objective: | Proporcionar herramientas de enseñanza de las matemáticas en las licenciaturas de Física, Ciencias de la Tierra y Física biomédica, a través de la generación de material y recursos didácticos que proporcionen un mejor entendimiento de los fenómenos que se pueden modelar en las áreas del conocimiento antes mencionadas. Motivar a los estudiantes en el estudio de las matemáticas al mostrarles la aplicaciones que éstas tienen la modelación de los fenómenos que estudian en sus diferentes cursos. Disminuir el índice de reprobación que presentan las materias de Matemáticas para las Ciencias Aplicadas que se imparten en las licenciaturas de Ciencias de la Tierra y Ciencias de la Computación. Incorporar el uso de las Tecnologías de la Información y la Comunicación en la enseñanza de las matemáticas a través de la creación de ambientes virtuales en los que puedan consultar, modificar y ejecutar material didáctico dedicado a entender las matemáticas que aprenden y usan en sus cursos. Fomentar entre los profesores el intercambio de ideas, temas de investigación educativa y métodos de enseñanza, así como su implementación y los resultados obtenidos. Involucrar activamente a los estudiantes de las licenciaturas de Física, Ciencias de la Tierra, Ciencias de la Computación y Física biomédica en la elaboración de material didáctico útil para entender los conceptos que aprenden en sus cursos. Mejorar el nivel académico de los estudiantes de la Facultad de Ciencias al incorporarlos en tareas de docencia, investigación y difusión. Impulsar la participación de los estudiantes en proyectos que lleven a la generación de unidades de enseñanza con contenidos útiles para su formación dependiendo le área del conocimiento al que pertenezcan. Fomentar, tanto en los estudiantes como profesores, la colaboración multidisciplinaria al abordar temas de interés en áreas de Física, Biología, Ciencias de la Tierra y Ciencias de la Computación. Organizar seminarios entre los profesores que imparten las materias de matemáticas aplicadas en donde puedan intercambiar material didáctico y métodos de enseñanza. Proponer cambios a los temarios de las materias de Matemáticas para las Ciencias Aplicadas, de las licenciaturas de Ciencias de la Tierra y Ciencias de la Computación, en las que se incorporen las opiniones de los profesores que han impartido la materia y las experiencias que los alumnos tienen al aplicar los conocimientos que adquieren en sus cursos. Generar material didáctico en los que se utilicen diferentes conceptos matemáticos y herramientas computacionales para entender modelos de fenómenos de la naturaleza y que se abordan en las materias de Matemáticas Avanzadas de la Física y Matemáticas Avanzadas para Ciencias de la Tierra. |
| metadata.dc.description.hypothesis: | La compresión de los conceptos básicos en matemáticas se ve reforzada cuando se pasa de una clase magistral en la que el profesor expone la teoría, resuelve problemas y evalúa de forma tradicional, a una clase en la que, haciendo uso de las tecnologías de la información y comunicación, se presentan los conceptos acompañados por discusiones relacionadas con sus aplicaciones prácticas e involucra al estudiante en la generación de conocimiento a través del desarrollo de proyectos que llevan a un mejor entendimiento y aprendizaje. Hoy en día, una de las herramientas más útiles para visualizar fenómenos que se pueden entender a partir de aplicar conceptos matemáticos es el uso de la computadora. Para ello se propone que dentro de los cursos de las materias de Matemáticas para las Ciencias Aplicadas niveles I, II, III y IV, Matemáticas Avanzadas para la Física, Matemáticas Avanzadas para Ciencias de la Tierra y Cálculo Avanzado, de las licenciaturas de Ciencias de la Tierra, Física y Física Biomédica, se incorpore la utilización de herramientas computacionales para mostrar y exhibir diferentes modelos construidos a partir de conceptos matemáticos que se ven en los cursos. Esto promoverá que los conocimientos abstractos que se vean en dichas asignaturas se puedan aterrizar en problemas prácticos, e incluso se puedan realizar algunos experimentos demostrativos en clase. La generación de unidades de aprendizaje basadas en problemas guiarán a los profesores en diseñar la temática, enfoque y profundidad de los temas que se abordan en los diferentes cursos matemáticas. Así mismo, el alumno podrá tener ejemplos de calidad que lo guíen en su aprendizaje. Los recursos que se generen se podrán poner a disposición de la comunidad académica para que, tanto estudiantes como profesores, puedan modificarlos, intercambiarlos y discutirlos. Para ello se propone que el servidor dedicado a almacenar esta información, también pueda ejecutar tareas en forma remota para que los usuarios, estudiantes y profesores, puedan obtener mejor aprovechamiento del material generado. Además esto promoverá el intercambio de ideas y aprovechamiento de recursos computacionales. |
| metadata.dc.description.strategies: | Hoy en día el uso de las Tecnologías de la Información y Comunicación (TIC) son una herramienta muy importante en la visualización de y simulación de fenómenos que se pueden explicar con matemáticas aplicadas. En este proyecto se propone hacer tutoriales y cursos cortos que los alumnos de las licenciaturas de Física, Ciencias de la Tierra y Física Biomédica puedan tomar para enriquecer su formación. En particular los alumnos podrán desarrollar sus propios programas para que puedan simular fenómenos y resolver problemas que se les presentan en sus demás cursos. Se contempla que los lenguajes de programación a utilizar sean Python y Julia debido a su portabilidad y a que se pueden implementar de manera sencilla en servidores para que los alumnos y profesores trabajen vía internet. También permite una enseñanza clara sobre la programación desde nivel básico hasta cómputo en paralelo. Los tópicos que se tocarán en los tutoriales y cursos van desde herramientas de cómputo científico básico hasta cómputo en paralelo. Para lo anterior se propone crear un sitio en línea con tutoriales para aprender a programar en los lenguajes antes mencionados y dar acceso al servidor que se contempla adquirir para que los usuarios puedan ejecutar en forma remota los programas que éstos desarrollen. Esto permitirá que los alumnos tengan acceso a herramientas computacionales de calidad y puedan hacer uso de las herramientas desde cualquier lado. También permitirá que los profesores puedan ocupar estas herramientas para que puedan pequeños programas de cómputo puedan utilizar en clase y que ilustren los temas que exponen. También se considera por parte de los participantes en el proyecto el desarrollo de unidades de aprendizaje, escritas en lo lenguajes anteriores, orientadas a los temas contenidos en las asignaturas de Matemáticas para las Ciencias Aplicadas niveles I, II, III y IV, Matemáticas Avanzadas para la Física, Matemáticas Avanzadas para Ciencias de la Tierra y Cálculo Avanzado, de tal manera que estas unidades sirvan como guía tanto para los alumnos como profesores para ver la profundidad, contenido y orientación de los tópicos que se ven en los cursos. Es muy importante recalcar que estas unidades de aprendizaje estarán conectados con ejemplos aterrizados en temas que se ven en otras asignaturas como mecánica clásica y electromagnetismo. Las unidades y la plataforma en línea estará basada en una herramienta que utilice IPython Notebook y IJulia para tener portabilidad y claridad en la exposición de los temas, ya que estos formatos permiten incorporar contenido multimedia, imágenes, simulaciones, gráficas, etc. en un mismo archivo que los usuarios pueden ejecutar y modificar. El servidor que se solicita para este proyecto tiene las capacidades en procesamiento (CPU), memoria RAM y gráfica (GPU) para llevar a buen cause el desarrollo de todas unidades de aprendizaje relacionadas con cada uno de los temas de las asignaturas antes mencionadas. |
| metadata.dc.description.goals: | La duración de este proyecto PAPIME es de un año y a lo largo de éste se realizarán las siguientes actividades tomando en cuenta su posible continuación con base en los resultados obtenidos. - Realizar un propuesta que tome en cuenta la opinión de profesores y alumnos de los contenidos, enfoque y nivel de profundidad para los cuatro niveles de la materia de Matemáticas para las Ciencias Aplicadas. - Generar un sitio web en donde los profesores y alumnos puedan encontrar unidades de aprendizaje en los que se apliquen matemáticas en el entendimiento de fenómenos naturales. En particular se pondrá especial énfasis en generar aplicaciones dedicadas a la mecánica y el electromagnetismo. - Desarrollar un ambiente virtual en el que profesores y alumnos puedan realizar simulaciones de modelos matemáticos que sirvan como ejemplo para las unidades de aprendizaje. Los lenguajes de programación que se utilizarán son Python y Julia debido a su portabilidad, fácil aprendizaje y manejo. |
| metadata.dc.description.selfAssessment: | El desempeño del proyecto ha promovido la utilización de las Tecnologías de la Información y Comunicación (TIC’s) para la enseñanza de las matemáticas en los cursos que se ofrecen en el Departamento de Física de la Facultad de Ciencias. A lo largo del proyecto se han desarrollado cursos, talleres, desarrollo de plataformas en internet, programas de cómputo, etc., principalmente con dos finalidades: - Que los profesores que imparten materias en las que se utilizan las matemáticas para describir el comportamiento de diferentes fenómenos, tengan una herramienta didáctica que les permita dar una mejor explicación de los conceptos que se ven en los cursos. - Que los alumnos tengan acceso a ejemplos representativos, tutoriales y herramientas de cómputo con las que puedan poner en práctica los conocimientos que se les proporciona en el curso. El proyecto ha impactado directamente en la impartición de los cursos: - Matemáticas Avanzadas para la Física - Computación - Fenómenos electromagnéticos - Electromagnetismo. Estos cursos abarcan materias de alto índice de reprobación de las 3 licenciaturas del Departamento de Física. Además, se ha logrado juntar un grupo de profesores (4) que impartan la materia de Computación para Físicos utilizando las herramientas desarrolladas en el proyecto. Esto derivó en que 4 grupos de la materia de Computación para Físicos compartieran material, información de las clases y unidades de aprendizaje. La experiencia fue del agrado de los estudiantes y al final del semestre se realizó una reunión a manera de congreso con los mejores proyectos que se realizaron entre los 4 grupos. Esto originó una convivencia académica que promovió el espíritu de colaboración entre los estudiantes y profesores. Los productos desarrollados han sido bien recibidos por la comunidad de la Facultad de Ciencias. Prueba de ello son las 31,683 visitas que ha recibido la página de internet. Esto ha derivado en la escritura de un artículo sobre las herramientas realizadas y su implementación en las clases. Este artículo formará parte de las memorias del Segundo Encuentro SUMEM para que los profesores de nivel medio superior y superior de la UNAM tengan acceso a la metodología utilizadas y herramientas realizadas. Lo anterior ha motivado a que diferentes miembros de la comunidad (alumnos y profesores) se estén viendo involucrados en el desarrollo de actividades y productos para las subsecuentes etapas derivadas del proyecto. Actualmente se está trabajando dentro del comité organizador del congreso internacional: Technology and its Integration in Mathematics Education (http://time2016.fciencias.unam.mx). Finalmente, cabe destacar que se la participado en la liberación del servicio social de 3 alumnos y que los alumnos Pedro Porras Flores y Jimmy Hernández Morales realizaron sus tesis utilizando los productos derivados del proyecto. Además, se tienen en proceso otros 3 trabajos de tesis de las licenciaturas de Física y Matemáticas. |
| metadata.dc.description.goalsAchieved: | En este primer año del proyecto se ha logrado desarrollar una serie de unidades de aprendizaje, tutoriales, cursos y material didáctico que ha impulsado el uso de las Tecnologías de la Información y Comunicación (TIC’s) en cursos de Ciencia Aplicada que requieren de matemáticas para su entendimiento. Se genero un sitio web en el que se colocaron las unidades de aprendizaje, tutoriales y diversas herramientas al alcance de profesores y alumnos. De acuerdo con datos solicitados a Google a lo largo de 2015 se obtuvieron 31,683 visitas en la página de internet que generaron 13,842 sesiones. Esto ha generado que a lo largo de este año se obtuvieran 6,596 usuarios de los cuales el 52.5 % se convirtieron en usuarios regulares. Una de las cosas que no se tenía contemplada en el proyecto original es el impacto que podrían tener las unidades de aprendizaje publicadas en la página de internet. De acuerdo con el reporte de Google aproximadamente se recibieron visitas de otras partes del mundo, principalmente de Estados Unidos y Latino-América. En siguientes etapas del proyecto esta proyección puede llegar a ser importante debido a que los usuarios dentro de la Facultad de Ciencias podrán poner contenidos públicos en la página de internet. Esto servirá de motivación para que alumnos y profesores puedan intercambiar información con otros usuarios del mundo y/o recibir retroalimentación de sus trabajos. Adicionalmente, se colocó un servidor en el cual profesores y alumnos pueden acceder vía SSH con la finalidad de mandar a correr procesos computacionales que duren mucho tiempo en realizarse. Esta herramienta se utilizó en diferentes ocasiones y tuvo la finalidad principal de acercar a los alumnos una herramienta computacional similar a la que se utiliza en investigación a nivel profesional. Actualmente, en una segunda etapa del proyecto, este servidor será la semilla de un pequeño cluster que dará servicio por medio de un sitio de internet con la finalidad de hacer más fácil el acceso a esta herramienta. Con ello se espera que los alumnos y profesores cuenten con una herramienta que permita realizar simulaciones que utilizan matemáticas avanzadas para representar fenómenos con mayores grados de complicación. Con esto se espera que los alumnos obtengan un mejor manejo de las matemáticas detrás de fenómenos que se ven en teoría electromagnética, sistemas elásticos, mecánica cuántica, etc. Las herramientas desarrolladas llamaron la atención de Seminario Universitario para la Mejora de la Educación Matemática en la UNAM. Por esta razón se participó con un taller en el Segundo Encuentro del SUMEM con la finalidad de explicar estas herramientas a profesores de nivel medio superior y superior dentro de la UNAM y su sistema incorporado. Se ha participado con cursos para actualización de profesores, Diplomado de titulación en Física y en la especialidad del Programa Único de Especializaciones en Ciencias Biológicas, Físicas y Matemáticas. |
| metadata.dcterms.provenance: | Facultad de Ciencias |
| metadata.dc.subject.DGAPA: | Física |
| metadata.dc.type: | Proyecto PAPIME |
| Aparece en las colecciones: | 1. Área de las Ciencias Físico Matemáticas y de las Ingenierías |
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