COLEGIO DE BACHILLERES

SECRETARÍA GENERAL

DIRECCIÓN DE PLANEACIÓN ACADÉMICA

Física II

Principios de la Tecnología con fluidos y calor

Tercer Semestre

HORAS: 3 CRÉDITOS: 5

CLAVE: 733

Agosto, 2011

2

ÍNDICE

Contenido Página Presentación --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 3 Ubicación de la asignatura ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 5 Intención de la materia y de la asignatura -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 7 Enfoque --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 9 Bloque temático I. PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES ------------------------------------------------------------------------------------------- 10 Bloque temático II. PRINCIPIO DE PASCAL --------------------------------------------------------------------------------------------------- 15 Bloque temático III. LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA -------------------------------------------------------------------------------- 20 Bloque temático IV. PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA --------------------------------------------------------------------------- 25 Bloque temático V. SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA -------------------------------------------------------------------------- 30 Créditos -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 35 Directorio ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 36

3

PRESENTACIÓN

El programa de estudios de la asignatura de Física II Principios de la tecnología con fluidos y calor tiene la finalidad de comunicar a los profesores sobre los aprendizajes que deberán lograr los estudiantes en relación con las competencias genéricas y disciplinares básicas, establecidas en el perfil de egreso, y orientar las acciones didácticas acordes con un enfoque constructivista centrado en el aprendizaje. Es así que el programa se considera un instrumento de trabajo para el profesor, proporcionándole elementos para planear, operar y evaluar el curso, de conformidad con los principios del Marco Curricular Común y el Modelo Académico del Colegio de Bachilleres. El programa de estudios se organiza de la manera siguiente: UBICACIÓN, proporciona información respecto al lugar que ocupa la materia y sus asignaturas en relación con el semestre, área de formación y campo de conocimiento respectivo. Asimismo, permite reconocer las competencias genéricas y disciplinares que se desarrollarán a lo largo de los cursos de Física. INTENCION DE LA MATERIA Y LA ASIGNATURA, señala los desempeños esperados al término de la materia y de la asignatura, en relación con las competencias genéricas y disciplinarias básicas establecidas en el perfil de egreso para el campo de conocimiento de Las Ciencias Experimentales- Naturales. ENFOQUE, informa los lineamientos pedagógicos y disciplinarios que subyacen a la organización de los bloques temáticos y a las estrategias de aprendizaje, enseñanza y evaluación, permitiendo dar sentido y orientación a dichos procesos. Estos lineamientos se derivan de las interrelaciones establecidas entre las competencias genéricas y las disciplinarias correspondientes al campo de conocimientos de Las Ciencias Experimentales-Naturales. BLOQUE TEMÁTICO:

a) Propósito. Hace referencia a lo que debe saber, saber hacer y saber ser el estudiante al término del bloque temático en relación con las competencias disciplinarias y genéricas seleccionadas. Estos propósitos tienen un carácter normativo. b) Núcleo temático. El núcleo temático es la selección realizada de la disciplina. Hace referencia a los conceptos mínimos indispensables, las habilidades y procedimientos que deben ponerse en acción y las actitudes que se deben asumir para la ejecución de desempeño señalado en el propósito del bloque temático. c) Problemática situada. Se refiere a situaciones de la realidad que deben ser analizadas, explicadas o resueltas a través de los núcleos temáticos. Representan el contexto en el que se deberá desarrollar y demostrar el desempeño señalado en el propósito.

4

d) Estrategias de enseñanza, aprendizaje y evaluación. Son orientaciones generales que establecen una secuencia didáctica para favorecer el aprendizaje de los estudiantes. Las estrategias se organizan considerando un enfoque constructivista centrado en el aprendizaje y las interrelaciones establecidas entre competencias genéricas y disciplinarias. Representan una sugerencia para apoyar a los profesores en la concreción de ambientes propicios para el aprendizaje de sus alumnos. e) Niveles de desempeño. Son descripciones concretas, objetivas y evaluables de la calidad o complejidad del desempeño del estudiante al término de un bloque temático. Cada nivel de desempeño incluye los indicadores establecidos en la rúbrica del bloque temático. La Rubrica hace referencia a los descriptores de desempeños congruentes con cada una de las competencias genéricas y disciplinares a desarrollar en el curso y permite a los docentes y alumnos valorar el desarrollo de cada competencia, así como definir acciones para su consolidación. f) Medios de recopilación de evidencias. Se refiere a la descripción de los productos que se podrán utilizar como evidencias para evaluar los aprendizajes de los estudiantes. Explicitan las características que deben cumplir en relación con los criterios y niveles de desempeño establecidos. g) Materiales de apoyo y fuentes de información. Incluyen una selección de materiales físicos y virtuales, sugeridos para el logro de los aprendizajes señalados en el bloque temático.

En congruencia con los niveles de concreción curricular, establecidos en el Sistema Nacional de Bachillerato (Acuerdo 442) y el Modelo Académico institucional, las sugerencias de estrategias de enseñanza, aprendizaje y evaluación que se presentan en este documento serán adaptadas por los profesores de acuerdo con las condiciones de operación en el aula, por lo que se recomienda la lectura integral de todo el programa, particularmente de las competencias a desarrollar y sus concreciones en los propósitos de cada bloque temático.

5

UBICACIÓN DE LA ASIGNATURA

La asignatura de Física II Principios de la tecnología con fluidos y calor está ubicada dentro del Área de Formación Básica, pertenece al Campo de las Ciencias Experimentales-Naturales y, en conjunto con los otros campos disciplinarios, desarrolla las Competencias Genéricas y Disciplinares que permiten alcanzar el perfil del egresado. Estas competencias permitirán al egresado comprender el mundo e influir en él, capacitándolo para continuar aprendiendo de forma autónoma a lo largo de su vida y para desarrollar de manera armónica su personalidad. Las Competencias Disciplinares básicas del Campo de las Ciencias Experimentales-Naturales, están orientadas a que los estudiantes conozcan y apliquen los métodos y procedimientos de dichas ciencias para la resolución de problemas cotidianos y para la comprensión racional de su entorno y la toma de criterio propio ante su realidad. Este Campo de conocimiento está constituido por las siguientes materias: Geografía, Física, Biología, Ecología y Química. La materia de Física se constituye con las asignaturas: Física I Conceptos de la naturaleza ondulatoria, Física II Principios de la tecnología con fluidos y calor, y Física III Teorías del universo físico, que se imparten en segundo, tercer y cuarto semestre respectivamente. Carga horaria semanal: 3 horas. Créditos: 5.

6

Ubicación de la Asignatura

CAMPO 1º SEM. 2º SEM. 3º SEM. 4º SEM. 5º SEM. 6º SEM.

LENGUAJE Y

COMUNICACIÓN

Área de Formación Básica

Inglés I Reiniciando

Inglés II Socializando

Inglés III Levantando el vuelo

Inglés IV En pleno vuelo

Inglés V Nuestro mundo

Inglés VI La sociedad del

conocimiento

TIC I Recorriendo la autopista de la

información

TIC II Ofimática sinérgica

TIC III Relación e interpretación

de datos

TIC IV Los datos y sus interrelaciones

Área de Formación Específica Dominio Profesional: Físico-Matemáticas

TLR I Intención comunicativa

de los textos

TLR II Habilidades

comunicativas

Literatura I Literatura y comunicación

Literatura II Literatura y

comunicación integral Ingeniería Física I Ingeniería Física II

CIENCIAS

EXPERIMENTALES-

NATURALES

Geografía El mundo en que

vivimos

Física I Conceptos de la

naturaleza ondulatoria

Física II Principios de la

tecnología con fluidos y calor

Física III Teorías del universo

físico

Ciencia y Tecnología I Ciencia y Tecnología II

Biología I

La vida en la Tierra I Biología II

La vida en la Tierra II

Ecología El cuidado del

ambiente

Química I

Recursos naturales Química II

Nuevos materiales Química III

Química en la industria

MATEMÁTICAS Matemáticas I

Solución de problemas reales

Matemáticas II Distribuciones de frecuencias y sus

gráficas

Matemáticas III Representaciones

gráficas

Matemáticas IV El triángulo y sus

relaciones Matemáticas V Matemáticas VI

CIENCIAS SOCIALES

Historia I México: de la

Independencia al Porfiriato

Historia II México: de la

Revolución a la Globalización

ICS I Análisis de mi comunidad

ICS II Problemas sociales de mi comunidad

ESEM I Entorno y proyecto de

vida

ESEM II Conociendo el mundo

DESARROLLO HUMANO

Filosofía I Filosofía y construcción

de ciudadanía

Filosofía II Filosofía y formación

humana

Filosofía III Argumentación filosófica

Filosofía IV Problemas filosóficos

contemporáneos

Estética I Apreciación artística I

Estética II Apreciación artística II

Área de Formación Laboral Actividades físicas y

deportivas I Actividades físicas y

deportivas II

7

INTENCIÓN DE LA MATERIA Y LA ASIGNATURA El propósito educativo del Colegio de Bachilleres para el Área Básica, está determinado por las Competencias Genéricas. En el Campo de las Ciencias Experimentales-Naturales la Materia de Física contribuye al logro de las Competencias Disciplinares. Las Competencias Genéricas y Disciplinares guardan una interrelación muy estrecha, de manera que las Competencias Genéricas: 4 Escucha, interpreta y emite mensajes pertinentes en distintos contextos mediante la utilización de medios, códigos y herramientas apropiados, 5 Desarrolla innovaciones y propone soluciones a problemas a partir de métodos establecidos, 6 Sustenta una postura personal sobre temas de interés y relevancia general, considerando otros puntos de vista de manera crítica y reflexiva y 7 Aprende por iniciativa e interés propio a lo largo de la vida, quedan subsumidas en las diez primeras Competencias Disciplinarias. La Competencia 8 Participa y colabora de manera efectiva en equipos diversos, es un rasgo en el diseño de las estrategias didácticas. Las Competencias Genéricas; 2 Es sensible al arte y participa en la apreciación e interpretación de sus expresiones en distintos géneros y 11 Contribuye al desarrollo sustentable de manera crítica, con acciones responsables, Se han considerado de gran valor formativo por lo que se integran a las diez Competencias Disciplinares seleccionadas. Estas trece Competencias conforman el diseño de la materia de Física. Así, la Interrelación entre Competencias Genéricas y Disciplinares, orienta la Práctica Educativa para el programa de Física II con las siguientes; Competencias Disciplinares: 1. Establece la interrelación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente en contextos históricos y sociales específicos. 2. Fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, asumiendo consideraciones éticas. 3. Identifica problemas, formula preguntas de carácter científico y plantea las hipótesis necesarias para responderlas. 4. Obtiene, registra y sistematiza la información para responder a preguntas de carácter científico, consultando fuentes relevantes y realizando experimentos pertinentes. 5. Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones. 6. Valora las preconcepciones personales o comunes sobre diversos fenómenos naturales a partir de evidencias científicas. 7. Hace explícitas las nociones científicas que sustentan los procesos para la solución de problemas cotidianos. 8. Explica el funcionamiento de máquinas de uso común a partir de nociones científicas. 9. Diseña modelos o prototipos para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar principios científicos. 10. Relaciona las expresiones simbólicas de un fenómeno de la naturaleza y los rasgos observables a simple vista o mediante instrumentos o modelos científicos. Y las Competencias Genéricas: 2. Es sensible al arte y participa en la apreciación e interpretación de sus expresiones en distintos géneros. 8. Participa y colabora de manera efectiva en equipos diversos 11. Contribuye al desarrollo sustentable de manera crítica, con acciones responsables.

8

Los Niveles de desempeño y las Competencias Las Competencias Disciplinares 1 y 2, así como las Genéricas 2, 8 y 11 son de corte actitudinal (saber ser). Las Competencias Disciplinares 3, 4 y 5 integran la Metodología Científica propia de esta disciplina (saber hacer). Las Competencias Disciplinares 6, 7, 8 y 9 se avocan a la evolución del constructo Físico; de las preconcepciones del mundo físico a los conceptos, los principios, las leyes y las teorías físicas (saber), y a la aplicación de estos conocimientos en diferentes niveles de complejidad. La competencia Disciplinar 10 está orientada al empleo de otras formas de lenguaje simbólico además del español. Las Competencias Disciplinares 2, 5 y 8, por su grado de integración representan, respectivamente, los tres grupos de saberes. La Competencia 9 integra los tres grupos anteriores así como las competencias genéricas 4, 5, 6, 7 y 8. Los indicadores de los niveles de desempeño, por tanto; están determinados por las Competencias Disciplinares 2, 5, 8 y 9. La asignatura de Física II Principios de la tecnología con fluidos y calor, desarrolla las Competencias Genéricas y Disciplinares Básicas, a través del estudio de problemáticas que facilitan la vinculación del mundo del estudiante con el contexto de una cultura de la Tecnología, para que cobre significado el concepto de Principio Físico y su carácter predictivo en el comportamiento de sistemas físicos, a través de la revisión de: Principio de Arquímedes, Principio de Pascal, Ley cero de la Termodinámica, Primera ley de la Termodinámica y Segunda ley de la Termodinámica.

9

ENFOQUE La Reforma Integral de la Educación Media Superior, RIEMS, establece una práctica educativa fundada en la Concepción Constructivista del aprendizaje. Los programas de las asignaturas de Física se estructuran considerando al aprendizaje, como el desarrollo de las Competencias Genéricas y Disciplinares Básicas durante la construcción y uso de los conocimientos físicos, a partir de un conjunto coordenado de problemas; la Problemática, vinculada al mundo del estudiante de manera que le permita mejorar la comprensión racional de su entorno y su actitud en la sociedad. En el esquema de Estrategia didáctica para el programa de Física II Principios de la tecnología con fluidos y calor, la Competencia Disciplinar 1 determina la interrelación de la física con, la tecnología, la sociedad y el ambiente; problemas 2, 3 y 4. La Competencia Disciplinar 2 y la Competencia Genérica 8 son elementos generales del enfoque de trabajo y se desarrollan en todos los problemas. Las competencias Disciplinares 3, 4 y 5 corresponden a la metodología de la Física y tienen expresión en la construcción de la solución de todos los problemas, aunque de manera enfática se concreta en el problema 2 y 3 y el proyecto de evaluación. La Competencia Disciplinar 6 se desarrolla al crear un conflicto cognitivo a partir del sentido común y así iniciar el bloque de aprendizaje con el problema 1. Las Competencias Disciplinares 7 y 8 determinan el sentido de aplicación de los conceptos desarrollados en diferentes contextos y niveles de manejo en los problemas 2, 3, 4, 5 y 6. La Competencia Disciplinar 9 está directamente implicada en el Proyecto de evaluación. Finalmente la Competencia Disciplinar 10 se consolida en los problemas 4, 5 y 6. Las Competencias Genéricas 2 y 11 determinan los problemas 4 y 5. El esquema de la problemática se erige como el andamio didáctico para realizar la transferencia de las Competencias Genéricas y Disciplinares a la Estrategia didáctica, constituida por; la Introducción, el Desarrollo experimental y conceptual, la Aplicación sistemática y la Evaluación del aprendizaje, como se establece en la siguiente tabla.

Problemática Competencias Genéricas y Disciplinares Básicas

Introducción

Problema 1 Física y sentido común. D2 D6 G8

Desarrollo experimental y conceptual

Problema 2 Física y Tecnología D1 D2 D3 D4 D5 D7 D8 G8

Problema 3 Física y Sociedad. D1 D2 D3 D4 D5 D7 D8 G8

Aplicación sistemática.

Problema 4 Física y Expresión Artística. D2 D7 D8 D10 G2 G8 G11

Problema 5 Física y Ambiente y Salud. D1 D2 D7 D8 D10 G2 G8 G11

Problema 6 Física y filosofía. D2 D7 D8 D10 G8

Evaluación del aprendizaje.

Proyecto de evaluación. D2 D3 D4 D5 D9 G8

10

BLOQUE TEMÁTICO I. PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES. 11 Horas.

Propósito: Al término de éste bloque el estudiante será capaz de fundamentar opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, comunicar las conclusiones de sus investigaciones, relacionar las expresiones simbólicas con las características de un sistema, explicar el funcionamiento de dispositivos de uso común y diseñar dispositivos para demostrar conceptos físicos, a partir de la construcción y aplicación del Principio de Arquímedes. Núcleo Temático: Principio de Arquímedes. Conceptos: Fluido, Fuerza, Peso y Densidad.

Problemática: Problema 1 Física y sentido común. Peso aparente. Problema 2 Física y Tecnología. Submarinos. Densidad media. Problema 3 Física y Sociedad. Barcos. Medición de la fuerza de empuje. Problema 4 Física y Expresión Artística. Globos y Dirigibles. Aplicación en fluidos gaseosos. Problema 5 Física y Ambiente y Salud. Hidroterapia. Problema 6 Física y Filosofía. El Principio Físico. Poder explicativo y predictivo de un principio. Proyecto de evaluación. Construcción de un modelo de transporte.

Estrategias de aprendizaje, enseñanza y evaluación. Secuencias didácticas. Introducción Problema 1 Física y sentido común. Peso aparente. 1 hora. Se inicia con una puesta en plenaria de las ideas que los estudiantes en equipos de trabajo han determinado acerca de los factores que están involucrados en la natación con y sin los chalecos salvavidas, así como de la experiencia de pérdida de peso de los objetos cuando están sumergidos en agua. Esto da una primera caracterización al grupo acerca de los factores que determinan que un objeto flote o se hunda. Experimento 1. Medir la fuerza de empuje de Arquímedes, con un dinamómetro, para varios objetos sumergidos en agua; sólidos compactos, de geometrías regulares, de diferentes materiales. Demostrar que la fuerza de empuje es vertical y hacia arriba. Investigación 1. Registrar diferentes enunciados del principio de Arquímedes, de diferentes fuentes documentales y a partir de ellas, se realiza un primer debate para interpretar la inclusión y significados de términos básicos; empuje, fuerza, fluido, líquido, gas, fluido desplazado, en los diferentes enunciados. Para esta actividad se recomienda el uso de mapas mentales para la explicación e integración de ideas. Producto 1. El estudiante elabora su propio enunciado del principio. Evidencias de aprendizaje. Producto 1. Desarrollo experimental y conceptual. Problema 2 Física y Tecnología. Submarinos. 3 horas. ¿De qué depende la flotación de un objeto en agua? El estudiante analiza el funcionamiento de un submarino para comprender la relación entre la flotabilidad de los cuerpos a través del control de la densidad de ellos. Además reconoce las tecnologías que han desarrollado el uso de submarinos en relación al principio de Arquímedes. Ver sitio: http://www.revista.dominicas.org/submarino.htm, presenta el fundamento físico para su funcionamiento.

11

Experimento 2. Construir la relación entre la fuerza de empuje y objetos sumergidos de igual volumen y diferentes masas. Se define la densidad

promedio de un objeto como

y se calculan las densidades promedio para los casos anteriores. Se elabora la gráfica de la relación entre la fuerza

de empuje y la densidad del objeto. El estudiante debe inferir que para objetos de un mismo volumen la fuerza de empuje es la misma. Experimento 3. Verificar la flotación de un objeto en líquidos de diferentes densidades, alcohol, agua salada, aceite, etc. Explicar la diferencia de flotabilidad cuando una persona nada en una alberca, un río o en el mar. Investigación experimental 1. ¿Cómo medir la densidad del propio cuerpo? Producto 2. Interpretación gráfica entre fuerza de empuje y densidad del objeto. Comentario acerca de cómo medir la densidad del propio cuerpo. Experimento 4. Observar el ludión como modelo de submarino, para determinar cómo se ajusta la densidad media con la variación de la cantidad de agua dentro del ludión. Investigación experimental 2. ¿La fuerza de empuje aumenta, disminuye o permanece constante para un objeto que se sumerge a mayor profundidad? Evidencias de aprendizaje. Producto 2, Investigación experimental 1 y 2. Problema 3 Física y Sociedad. Barcos. 30 minutos. Investigación 2. El estudiante investigará la historia de los medios de navegación, desde las balsas hasta los modernos buques petroleros. A través de la socialización infiere que se puede hacer flotar y transportar una gran cantidad de peso, si le damos la forma adecuada, para que su densidad promedio

sea menor que la del agua y de esta manera lograr la flotación. Se establece ecuación F = FLUIDO g VDESALOJADO para calcular la fuerza de empuje sobre un objeto en un fluido cualquiera. Experimento 5. Estimar la fuerza de flotación en recipientes (bandejas) que simulen barcos, a los cuales les agregan carga: F = w CUERPO + carga. Contrastar las estimaciones con la evidencia experimental y debatir en grupo. Producto 3. Comentario del debate acerca del experimento. Evidencias de aprendizaje. Producto 3. Aplicación sistemática. Problema 4 Física y Expresión Artística. Globos y Dirigibles. 30 minutos. Mencionar alguna realización cinematográfica referente a globos aerostáticos o dirigibles, por ejemplo: la película: The Hindenburg de Robert Wise, 1975, da un contexto viable para reconocer la aplicación del principio de Arquímedes en el caso de fluidos gaseosos, la estructura de estos dispositivos flotantes y la tecnología que hizo posible los vuelos de dirigibles como forma de transporte masivo a través del Atlántico. Experimento 6. Analizar la posibilidad de rescatar cajas de licor en las profundidades del río, utilizando para ello bolsas de arena y globos, tal como se plantea en una escena de la producción de Sergio Leone, Erase una vez en América, 1984. Realizar un debate, con base en el principio de Arquímedes. Se construye un modelo experimental para contrastar las ideas de los estudiantes respecto al dispositivo de la cinta. Producto 4. Critica escrita de la posibilidad de que ocurra el rescate de las cajas de licor. Evidencias de aprendizaje. Producto 4. Problema 5 Física y Ambiente y Salud. Hidroterapia. 30 minutos. El estudiante aplica el Principio de Arquímedes ¿Cómo calcular la “pérdida de peso” si un paciente se introduce hasta las rodillas o la cintura en una alberca terapéutica? Resaltar que uno de los efectos terapéuticos del agua se debe a un factor hidrostático que se basa en el principio de flotación de Arquímedes. Así, cuando nos introducimos en una piscina y flotamos, nuestro cuerpo pesa menos (w aparente = F – w aire) y disminuye el esfuerzo que sufren las articulaciones de carga. Se destaca que lo anterior dependerá de la profundidad a la que se sumerja al paciente y de su peso corporal entre otros

12

factores fisiológicos. Producto 5. Estimaciones del cambio de peso del paciente con relación al nivel de agua sumergido. Evidencias de aprendizaje. Producto 6. Problema 6 Física y Filosofía. El principio físico. 30 minutos. Discutir el significado, origen, y valor cultural de un principio físico. Un principio físico es una relación repetible de propiedades esenciales de un sistema, de tal forma que nos permite explicar y predecir su comportamiento. Permite hacer predicciones en situaciones nuevas. Debate 1. ¿Puede un barco flotar en un gas? Ver sitio: http://www.zappinternet.com/video/podKciWpoC/Hexafluoruro-de-azufre como-hacer-flotar-un-barco-en-el-aire-con-hexafluoruro-de-azufre/ video que muestra la flotación en un fluido gaseoso. Debate 2. ¿Un globo flotará en la luna? La opinión de los estudiantes debe conducirse para facilitar su expresión y argumentación física. Los recursos que sirven como autoridad académica son los enunciados revisados en el problema 1 y los resultados de los experimentos realizados en los problemas anteriores. Producto 6. Notas de debate. Evidencias de aprendizaje. Producto 7. Evaluación del aprendizaje 1 hora. Proyecto de evaluación. Construcción de un modelo de transporte. 4 horas. Seleccionar, diseñar y construir un modelo de transporte, para explicar su función y funcionamiento con base en el Principio de Arquímedes. ¿Es posible transportar tu mochila con un globo?

13

Niveles de desempeño: Excelente, Bueno, Suficiente e Insuficiente. El estudiante muestra el dominio alcanzado de las competencias del bloque, al momento de aplicar el Principio de Arquímedes,los conceptos y su relación, en situaciones nuevas a las de la problemática situada pero correspondientes al núcleo temático, en alguno de los siguientes niveles de desempeño:

Evidencia Excelente Bueno Suficiente Insuficiente Peso

Actitud crítica.

Fundamenta opiniones, da interpretaciones propias,

sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana.

Fundamenta opiniones, da interpretaciones literales

sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana.

Fundamenta opiniones, establece conexiones temáticas, sobre los

impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana.

Repite información sin relación, sobre los

impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana.

30%

Investigación. Experimento.

Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones de manera clara y con precisión conceptual.

Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones con precisión conceptual.

Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones de manera clara.

No contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones de manera confusa.

30%

Manejo

conceptual.

Explica de manera clara y con precisión conceptual, a

partir de conceptos físicos el funcionamiento de dispositivos de uso común.

Explica con precisión conceptual, a partir de

conceptos físicos el funcionamiento de dispositivos de uso común.

Explica de manera clara,

a partir de conceptos físicos el funcionamiento de dispositivos de uso común.

Explica de manera confusa, a partir de

conceptos físicos el funcionamiento de dispositivos de uso común.

20%

Proyecto de

evaluación.

Evidencia trabajo intelectual

al diseñar modelos sencillos que operan adecuadamente,

para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar una ley o principio.

Evidencia trabajo intelectual al diseñar modelos sencillos aunque no operan adecuadamente, para

resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar una ley o principio.

No evidencia trabajo intelectual al diseñar modelos sencillos operan adecuadamente, para

resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar una ley o principio.

Presenta intentos no acabados del diseño de modelos

20%

Medios de recopilación de evidencias. Debate Ensayo. Exposición. Investigación documental. Investigación experimental. Comentario. Reseña. Reporte. Esquema. Experimento. Examen. Mapa conceptual.

14

Materiales de apoyo y fuentes de información Hewitt, Paul G. Física conceptual, novena edición, Pearson educación, México, 2004. El libro da un enfoque conceptual de la Física utilizando más un lenguaje descriptivo y en menor proporción matemático, haciendo énfasis en el desarrollo del pensamiento analítico y sintético. Contiene numerosos ejercicios, algunos de los cuales son moderadamente sencillos y están diseñados para estimular la aplicación de la Física a situaciones de la vida diaria, otros exigen un considerable razonamiento crítico, algunos son cuantitativos e implican cálculos sencillos y directos que ayudarán a los estudiantes a captar las ideas físicas sin que requieran de mucha habilidad en el manejo del álgebra. Las deducciones matemáticas aparecen en pies de página o en los apéndices. Alvarenga, B. y Máximo. Física General con experimentos sencillos. Oxford, México, 2002. En el texto se busca utilizar los conceptos de la Física en la explicación de las actividades experimentales, proponiendo para esto ejemplos y problemas que se resuelven en el mismo libro de manera detallada. Desarrolla de leyes generales de la Física, con un lenguaje sencillo buscando recapitulaciones al finalizar cada tema con sus respectivas preguntas. Hecht, E. Fundamentos de física. Addison-Wesley Iberoamericana, EUA, 1987. El libro presenta una descripción conceptual de hechos físicos, matizados de referencias históricas del contexto social en que se desarrollaron los trabajos científicos y de las distintas etapas del desarrollo de los conceptos, principios y leyes de la física. Revisa una variedad de situaciones cotidianas que logran captar la atención del estudiante. Tarásov, L. y Tarásova, A. Preguntas y problemas de Física. Mir-Moscú, URSS, 1984. Los autores abordan el estudio de la Física a través de diálogos entre profesor y estudiantes, haciendo énfasis en los conceptos físicos, sin olvidar en algunos casos el rigorismo matemático. Es un libro recomendable para el profesor, sobre todo, en el tema de Principio de Arquímedes, aborda la aplicación de ésta ley en el estado de imponderabilidad de los cuerpos. Jiménez, E. y García, C. Actividades de Apoyo para la enseñanza y la evaluación de Física II. Limusa, México, 2001. Los autores presentan diversas actividades que retoman situaciones de la vida cotidiana, con base en ellas promover un aprendizaje significativo en el alumno a partir de sus ideas previas, la reflexión, el análisis y el trabajo en equipo. Al profesor, le brinda una muestra de posibilidades, diferentes a las tradicionales para conciliar su práctica educativa.

15

BLOQUE TEMÁTICO II. PRINCIPIO DE PASCAL. 9 Horas.

Propósito: Al término de éste bloque el estudiante será capaz de fundamentar opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, comunicar las conclusiones de sus investigaciones, relacionar las expresiones simbólicas con las características de un sistema, explicar el funcionamiento de dispositivos de uso común y diseñar dispositivos para demostrar conceptos físicos, a partir de la construcción y aplicación del Principio de Pascal. Núcleo Temático: Principio de Pascal. Conceptos: Fuerza, Presión, Cambio de presión.

Problemática: Problema 1 Física y sentido común. Multiplicador de fuerzas. Problema 2 Física y Tecnología. Frenos hidráulicos. Problema 3 Física e Historia y Sociedad. Presurización. Problema 4 Física y Expresión Artística. Juguetes. Problema 5 Física y Ambiente y Salud El esfigmomanómetro. Problema 6 Física y Filosofía. El Vacío. Proyecto de evaluación. Construcción de un modelo para compactar materiales.

Estrategias de aprendizaje, enseñanza y evaluación. Secuencias didácticas. Introducción Problema 1 Física y sentido común. Multiplicador de fuerzas. 1 hora. Se plantea la situación de levantar un auto y hacer un cambio de llanta, haciendo énfasis en la poca fuerza muscular que podemos generar para levantar un auto sin una técnica apropiada. En plenaria el alumno aporta y debate sus ideas respecto al funcionamiento de los elevadores hidráulicos para lograr tales tareas. En este primer acercamiento se destaca la magnitud y multiplicación de fuerza que se obtiene con estos dispositivos. Experimento 1. Construir un modelo de elevador hidráulico, con jeringas y un trozo de manguera previamente solicitado al estudiante. Se comparan las observaciones para dos jeringas del mismo diámetro y después jeringas de diferente diámetro. Establecer la diferencia entre fuerza y presión. Investigación 1. Revisar el funcionamiento de un elevador hidráulico para destacar las variables: fuerza y área del émbolo y definir su relación como presión. Producto 1. Esquema de funcionamiento de un elevador hidráulico acompañado de descripción, dónde destaque la diferencia entre Fuerza y Presión. Investigación 2. El estudiante revisa algunos enunciados del Principio de Pascal, aporta las diferencias en los conceptos empleados en cada uno. Se conduce el debate hasta que el estudiante reconozca y exprese en sus propias palabras el Principio de Pascal y su aplicación en la prensa hidráulica. Producto 2. Conclusiones individuales del experimento y enunciado del Principio de Pascal. Evidencias de aprendizaje. Producto 1 y producto 2. Desarrollo experimental y conceptual. Problema 2 Física y Tecnología. Presurización. 2 horas Investigación 3. Investigar acerca de la presurización de un avión. ¿En qué consiste? ¿Qué ventajas representa para el ser humano? Producto 2. Descripción del proceso de presurización. Experimento 2. Medir la presión a diferentes profundidades en un recipiente lleno de agua. Cada equipo construye un manómetro, lo conecta mediante una manguera a un embudo que tiene un pedazo de globo como diafragma. Hunde el embudo en un recipiente con agua, desde la superficie hasta el

16

fondo. Registra las diferencias de altura del agua en el manómetro y las relaciona con las presiones en esos puntos. Se establece el concepto de presión manométrica y de presión hidrostática. Ver sitios, http://www.scribd.com/doc/4452004/Barometro-y-Manometro- Instrumentos de medición. http://video.google.com/videoplay?docid=-3722445035870316868# video sobre la presión a diferentes profundidades. Experimento 3. Colocar un globo pequeño dentro de una jeringa sellada, luego desplazar el émbolo para comprimir el aire contenido en la jeringa y así observar que el globo reduce su volumen manteniendo su forma. Con el globo dentro de la jeringa, desplazar el émbolo de manera que la presión en el globo disminuya y así observar que el globo se hace más grande tendiendo a conservar su forma. El profesor explica esta situación empleando el modelo cinético molecular. Producto 3. Comentario de los experimentos 2 y 3 Evidencias de aprendizaje. Producto 2 y producto 3. Problema 3 Física y Sociedad. Frenos hidráulicos. 30 minutos. El profesor plantea el problema, ¿cómo funcionan los frenos hidráulicos de un automóvil? Los estudiantes revisan y comentan sus interpretaciones. Ver sitio: http://www.articulosinformativos.com.mx/Sistemas_de_Frenado-a1023669.html , ilustra y describe el funcionamiento de los frenos de un automóvil. Investigación 4. ¿Cómo han evolucionado los frenos en general y los hidráulicos en particular? ¿En qué se basa su funcionamiento? El estudiante revisa al menos tres tipos de sistemas de frenos y los relaciona con diferentes tipos de transporte (bicicleta, moto, automóvil),y la respuesta en el frenado. Producto 4. Descripción y diagrama de funcionamiento de los diferentes sistemas investigados. Evidencias de aprendizaje. Producto 4. Aplicación sistemática. Problema 4 Física y Expresión Artística. Juguetes. 30 minutos. El estudiante reconoce el principio de Pascal en la inyección de diversas sustancias para emplearlas en procesos de elaboración de esferas, vasos y botellas, de vidrio y plástico, relleno de ciertos dulces y en fabricación de juguetes (pelotas, balones e inflables en general) y variedad de objetos de tipo artístico. Ver sitio: http://www.youtube.com/watch?v=ksKmy9FyTIk video acerca del soplado de vidrio. Producto 5. Descripción y explicación de la formación de las pompas de jabón, del funcionamiento de una pistola de agua y de un “espanta suegra”. Evidencia de aprendizaje. Producto 5. Problema 5 Física y Ambiente y Salud. El esfigmomanómetro. 30 minutos. El profesor pregunta ¿por qué es necesario medir la presión arterial?, ¿cómo se puede saber la presión de una persona?, ¿cómo funciona un esfigmomanómetro? Experimento 4. Envolver con una bolsa de plástico larga el brazo de un compañero, poco a poco se sopla y se siente el efecto de la trasmisión de presión, si además se conecta un manómetro puede observar la variación de la presión. Socializar el experimento para que el estudiante concluya que el cambio de la presión arterial se registra con un manómetro por la trasmisión de presión de la arteria, a la bolsa y de ésta al manómetro. Los estudiantes reconocen el principio de Pascal en el instrumento de medición de presión. Ver sitio: http://www.medicinapreventiva.com.ve/articulos/medicion_tension_arterial.htm medición de la presión arterial. Producto 6. Descripción del funcionamiento del esfigmomanómetro y estimación de la presión del estudiante. Evidencias de aprendizaje. Producto 6.

17

Problema 6 Física y Filosofía. El Vacío. 30 minutos. El profesor solicita la explicación del funcionamiento de las bombas de vacío mediante el principio de Pascal. Se cuestiona ¿qué es el vacío?, ¿qué relación hay entre vacío y la presión? Se responde empleando el modelo cinético molecular, para definir a la presión como el promedio de las colisiones entre las moléculas y las paredes del recipiente que los contiene. Ver sitio: http://www.editorialsunya.com/mundo.html, las creencias e interpretaciones filosóficas del vacío en la historia hasta su aplicación. Producto 7. Comentario acerca del vacío y sus usos. Experimento 5. Juntar dos bombas para destapar caños e intentar separarlas. El profesor comentará que de esta manera se puede simular lo que sucedió con los hemisferios de Magdeburgo. Experimento 6. Colocar un poco de agua caliente en un recipiente de plástico se tapa y se deja enfriar. Observar que se contrae el recipiente debido a que la presión atmosférica es mayor que la presión interna. Se puede emplear el modelo cinético molecular para realizar la explicación. Producto 8. Informe de las observaciones hechas en los experimentos 5 y 6. Evidencias de aprendizaje. Producto 7 y producto 8. Evaluación del aprendizaje. 1 hora Proyecto de evaluación. Construcción de un modelo de transporte. 3 horas. Seleccionar, diseñar y construir un modelo para compactar materiales, mismo que permita explicar su función y funcionamiento con base en el Principio de Pascal.

18

Niveles de desempeño: Excelente, Bueno, Suficiente e Insuficiente. El estudiante muestra el dominio alcanzado de las competencias del bloque, al momento de aplicar el Principio de Pascal, los conceptos y su relación, en situaciones nuevas a las de la problemática situada pero correspondientes al núcleo temático, en alguno de los siguientes niveles de desempeño:

Evidencia Excelente Bueno Suficiente Insuficiente Peso

Actitud crítica.

Fundamenta opiniones, hace interpretaciones propias, sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana.

Fundamenta opiniones, hace interpretaciones literales sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana.

Fundamenta opiniones, establece conexiones temáticas, sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana.

Repite información sin relación, sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana.

30%

Investigación.

Experimento.

Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones de manera clara y con precisión conceptual.

Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones con precisión conceptual.

Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones de manera clara.

No contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones de manera confusa.

30%

Manejo

conceptual

Explica de manera clara y con precisión conceptual, a partir de conceptos físicos el funcionamiento de dispositivos de uso común.

Explica con precisión conceptual, a partir de conceptos físicos el funcionamiento de dispositivos de uso común.

Explica de manera clara, a partir de conceptos físicos el funcionamiento de dispositivos de uso común.

Explica de manera confusa, a partir de conceptos físicos el funcionamiento de dispositivos de uso común.

20%

Proyecto de

evaluación

Evidencia trabajo intelectual al diseñar modelos sencillos que operan adecuadamente, para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar una ley o principio.

Evidencia trabajo intelectual al diseñar modelos sencillos aunque no operan adecuadamente, para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar una ley o principio.

No evidencia trabajo intelectual al diseñar modelos sencillos operan adecuadamente, para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar una ley o principio.

Presenta intentos no acabados del diseño de modelos

20%

Medios de recopilación de evidencias. Debate Ensayo. Exposición. Investigación documental. Investigación experimental. Comentario. Reseña. Reporte. Esquema. Experimento. Examen. Mapa conceptual.

19

Materiales de apoyo y fuentes de información Hewitt, Paul G. Física conceptual, novena edición, Pearson educación, México, 2004. El libro da un enfoque conceptual de la Física utilizando más un lenguaje descriptivo y en menor proporción matemático, haciendo énfasis en el desarrollo del pensamiento analítico y sintético. Contiene numerosos ejercicios, algunos de los cuales son moderadamente sencillos y están diseñados para estimular la aplicación de la Física a situaciones de la vida diaria, otros exigen un considerable razonamiento crítico, algunos son cuantitativos e implican cálculos sencillos y directos que ayudarán a los estudiantes a captar las ideas físicas sin que requieran de mucha habilidad en el manejo del álgebra. Las deducciones matemáticas aparecen en pies de página o en los apéndices. Alvarenga, B. y Máximo. Física General con experimentos sencillos. Oxford, México, 2002. En el texto se busca utilizar los conceptos de la Física en la explicación de las actividades experimentales, proponiendo para esto ejemplos y problemas que se resuelven en el mismo libro de manera detallada. Desarrolla de leyes generales de la Física, con un lenguaje sencillo buscando recapitulaciones al finalizar cada tema con sus respectivas preguntas. Hecht, E. Fundamentos de física. Addison-Wesley Iberoamericana, EUA, 1987. El libro presenta una descripción conceptual de hechos físicos, matizados de referencias históricas del contexto social en que se desarrollaron los trabajos científicos y de las distintas etapas del desarrollo de los conceptos, principios y leyes de la física. Revisa una variedad de situaciones cotidianas que logran captar la atención del estudiante. Tarásov, L. y Tarásova, A. Preguntas y problemas de Física. Mir-Moscú, URSS, 1984. Los autores abordan el estudio de la Física a través de diálogos entre profesor y estudiantes, haciendo énfasis en los conceptos físicos, sin olvidar en algunos casos el rigorismo matemático. Es un libro recomendable para el profesor, sobre todo, en el tema de Principio de Arquímedes, aborda la aplicación de ésta ley en el estado de imponderabilidad de los cuerpos. Jiménez, E. y García, C. Actividades de Apoyo para la enseñanza y la evaluación de Física II. Limusa, México, 2001. Los autores presentan diversas actividades que retoman situaciones de la vida cotidiana, con base en ellas promover un aprendizaje significativo en el alumno a partir de sus ideas previas, la reflexión, el análisis y el trabajo en equipo. Al profesor, le brinda una muestra de posibilidades, diferentes a las tradicionales para conciliar su práctica educativa. Talavera, L. y Farías, M. El vacío y sus aplicaciones. La ciencia para todos No. 131. Fondo de Cultura Económica, México, 2003. Libro de divulgación científica, de manera amena los autores describen con claridad el estudio que abarca desde el concepto de vacío hasta los dispositivos para crearlo, los medidores que existen y sus diversas aplicaciones en la industria. Haciendo particular énfasis en el uso del vacío en la tecnología espacial: cámaras de vacío que funcionan en condiciones extremas de baja presión y micro-gravedad.

20

BLOQUE TEMÁTICO III. LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA. 9 Horas.

Propósito: Al término de éste bloque el estudiante será capaz de fundamentar opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, comunicar las conclusiones de sus investigaciones, relacionar las expresiones simbólicas con las características de un sistema, explicar el funcionamiento de dispositivos de uso común y diseñar dispositivos para demostrar conceptos físicos, a partir de la construcción y aplicación de la Ley cero de la termodinámica. Núcleo Temático: Ley cero de la termodinámica. Conceptos: Sistema, Temperatura, Calor, Equilibrio térmico.

Problemática: Problema 1 Física y sentido común. Sensación térmica. Problema 2 Física y Tecnología. La termografía. Problema 3 Física y Sociedad. Evolución conceptual de temperatura y escalas termométricas. Problema 4 Física y Expresión Artística. Proceso de templado. Problema 5 Física y Ambiente y Salud. Golpe de calor. Problema 6 Física y Filosofía. El concepto de calor Proyecto de evaluación. Estudio del proceso de regulación de temperatura.

Estrategias de aprendizaje, enseñanza y evaluación. Secuencias didácticas. Introducción Problema 1 Física y sentido común. Sensación térmica. 1 hora. Cuestionar al estudiante acerca de: ¿Qué tan confiables son nuestros sentidos? ¿Podemos realizar mediciones con ellos? ¿Existen objetos fríos y objetos calientes? En plenaria aporta y debate sus ideas, en este primer acercamiento se hace evidente la confusión entre el concepto de temperatura y calor. Experimento 1. Verificar que el tacto percibe diferencias de temperatura pero no puede de manera precisa medir la temperatura. Introducir una mano en agua fría y la otra en agua caliente, y enseguida ambas en agua tibia. El estudiante a través de esta experiencia establece que el tacto puede percibir dos sensaciones diferentes de calor para la misma temperatura. Investigación 1. ¿Qué es un sistema termodinámico? En consenso, establecer el concepto de sistema termodinámico. El Estudiante elabora esquemas que representen los sistemas (mano-agua), y comprende la importancia de delimitar una situación para su estudio. Producto 1. Esquemas de sistemas. Evidencias de aprendizaje. Producto 1. Desarrollo experimental y conceptual. Problema 2 Física y Tecnología. La termografía. 2 horas. Plantear la pregunta ¿Por qué el termómetro para medir la temperatura ambiente no marca cero grados centígrados? Experimento 2. Registrar la temperatura que marca el termómetro y colocar el bulbo entre sus manos, después de algunos minutos observar nuevamente la temperatura. Socializar por qué se debe tomar de esta manera la temperatura y no de otra. Reconocer al termómetro como un sistema termodinámico (formado por vidrio y mercurio) que al estar cierto tiempo en contacto con un cuerpo (otro sistema) se igualan sus temperaturas. En plenaria concluir que dos sistemas se encuentran en equilibrio térmico cuando sus temperaturas son iguales. Establecer la ley cero de la termodinámica.

21

El estudiante deberá inferir que en el caso del termómetro de laboratorio no marca cero porque está en equilibrio térmico con el medio ambiente cuya temperatura es mucho mayor que cero grados centígrados. Ver sitio: http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/Calor/EquilibrioTermico/equilibrio_termico.htm Experimento para la determinación del equilibrio térmico a partir de un sensor de temperatura. Producto 2. Escribir el enunciado de la ley cero de la termodinámica. Investigación 2. El estudiante investiga qué es un termograma, y cuál es su aplicación. Socializar que esta tecnología (registro de la emisión natural de radiación infrarroja procedente de la superficie de un objeto), se aplica en diferentes áreas, medicina, comandos militares, industria. Analizar diversos termogramas, a partir de la asociación del color de la imagen con la temperatura de la superficie del cuerpo de acuerdo con una escala predeterminada, que puede ser monocromática o policromática. Por ejemplo, en medicina, concluir que en el caso de alguna inflamación y/o tejido canceroso se manifiesta con una coloración diferente, porque tiene mayor temperatura en comparación con el resto del cuerpo que está sano. El profesor dirige el análisis para concluir que un objeto (sistema A) que tiene mayor temperatura, la zona afectada, presenta en el termograma una coloración diferente a otro (sistema B) de menor temperatura, la zona normal. Ver sitio: http://www.reumatologohernandezcollados.com/Articulos/Termografia.html, presenta la inflamación de las articulaciones de manos y pies. Producto 3. Explicar a partir de la ley cero de la termodinámica la relación entre la temperatura y las diferentes tonalidades en un termograma, Evidencias de aprendizaje. Producto 2 y producto 3. Problema 3 Física y Sociedad. Evolución conceptual de temperatura y escalas termométricas. 30 minutos. Se fomenta la reflexión con preguntas como: ¿Qué mide realmente el termómetro? ¿Quién construyó el primer termómetro? ¿Por qué se usan escalas termométricas? Reconocer que la medición de la temperatura se puede realizar de forma indirecta por la variación de alguna propiedad termométrica (volumen, presión, longitud, color, entre otras), relacionada con ella de manera particular. Experimento 3. Verificar los puntos fijos de la escala Celsius, calentar trocitos de hielo hasta la ebullición midiendo la temperatura durante todo el proceso. Reconocer la temperatura de fusión y ebullición del agua como puntos fijos. Establecer el concepto de temperatura actual. Ver sitio: http://www.profes.net/varios/videos_interactivos/definitivo.swf Video No. 1, explica el concepto de temperatura a partir del modelo cinético molecular. Producto 4. Puntos fijos de la escala Celsius y enunciado del concepto de temperatura. Investigación 3. Elaborar una línea de tiempo del termómetro y escalas termométricas, desde el termoscopio de Galileo a los sensores de temperatura. El estudiante reconoce las divisiones entre las escalas termométricas. En plenaria explicar la necesidad del perfeccionamiento de instrumentos cada vez más exactos, precisos y mejor adaptados. Ver sitio: http://campus.usal.es/~gtfe/pdfs/ensenanza/santi_rsef_termometria_05.pdf, describe la evolución del termómetro. Producto 5. Línea de tiempo, evolución del termómetro y escalas termométricas. Evidencias de aprendizaje. Producto 4 y producto 5. Aplicación sistemática. Problema 4 Física y Expresión Artística. Proceso de templado. 30 minutos. El estudiante revisa y analiza breves videos de Discovery Channel, relacionados con el templado de acero y vidrio. En plenaria a partir de la ley cero de la termodinámica explican la utilidad del templado en la fabricación del vidrio pyrex y el acero. Ver sitios: http://www.youtube.com/watch?v=-hTkSj7IN2c&feature=related. http://www.youtube.com/watch?v=ZQgFWUT5OLE Experimento 4. Verificar el templado de un alfiler, calentar un alfiler al rojo vivo y enfriar en un recipiente con agua, repetir varias veces la misma experiencia, e intentar doblarlo. El estudiante compara el doblado de un alfiler normal con el alfiler templado. En plenaria concluir que el proceso de

22

templado hace más duro al material. Producto 6. Elaborar una paráfrasis de la necesidad del templado del vidrio y/o acero, utilizando la ley cero de la termodinámica para su explicación. Evidencias de aprendizaje. Producto 6. Problema 5 Física y Ambiente y Salud. Golpe de calor. 30 minutos. Experimento 5. Verificar el efecto que produce un cambio brusco de temperatura, para ello colocar agua caliente en un vaso de vidrio recién sacado del refrigerador y observar cómo se estrella y/o se rompe. Relacionar este hecho con el choque de calor o de frío que puede sufrir el cuerpo humano. En plenaria, a partir de la ley cero de la termodinámica, hacer la analogía del experimento con el cuerpo humano como sistema en interacción con otro sistema (agua o aire), sin olvidar que es una metáfora. Investigación 4. Analizar y explicar las molestias y peligros que se ocasionan durante una práctica excesiva de un deporte o una larga exposición a temperaturas radicalmente diferentes a la corporal. En plenaria comentar cómo operan los mecanismos corporales, desde una perspectiva termodinámica, que mantienen la temperatura en un rango óptimo para que nuestro cuerpo funcione correctamente y lo que se debe hacer para evitar una alteración súbita de la temperatura corporal. Ver texto en línea: http://www.semes.org/revista/vol16_3/116.pdf Golpe de calor. Producto 7. Comentario acerca del golpe de calor a partir de la ley cero de la termodinámica. Evidencias de aprendizaje. Producto 7. Problema 6 Física y Filosofía. El concepto de calor. 30 minutos. Investigación 5. Ideas antecedentes al concepto termodinámico de calor. Con la información se elabora una línea de tiempo para revisar la evolución del concepto de calor. En plenaria explicar las inconsistencias de la teoría del calórico, para valorar los aspectos culturales que le dieron origen, así como quiénes y cómo contribuyeron a establecer el concepto termodinámico de calor. Ver sitio: http://www.interciencia.es/PDF/History/Fisica%20Experimental%20en%20el%20XVIII_Calorimetria.PDF, la medición de la física del siglo XVIII. Producto 8. Línea de tiempo, evolución del concepto de calor. Evidencias de aprendizaje. Producto 8. Evaluación del aprendizaje. 1 hora. Proyecto de evaluación. Proceso de regulación de temperatura. 3 horas. Elaborar una explicación para el proceso de enfriamiento en algunos animales que carecen de glándulas sudoríparas.

23

Niveles de desempeño: Excelente, Bueno, Suficiente e Insuficiente. El estudiante muestra el dominio alcanzado de las competencias del bloque, al momento de la aplicación de la ley cero de la termodinámica, los conceptos y su relación, en situaciones nuevas a las de la problemática situada pero correspondientes al núcleo temático, en alguno de los siguientes niveles de desempeño:

Evidencia Excelente Bueno Suficiente Insuficiente Peso

Actitud crítica.

Fundamenta opiniones, hace interpretaciones propias, sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana.

Fundamenta opiniones, hace interpretaciones literales sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana.

Fundamenta opiniones, establece conexiones temáticas, sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana.

Repite información sin relación, sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana.

30%

Investigación.

Experimento.

Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones de manera clara y con precisión conceptual.

Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones con precisión conceptual.

Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones de manera clara.

No contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones de manera confusa.

30%

Manejo

conceptual

Explica de manera clara y con precisión conceptual, a partir de conceptos físicos el funcionamiento de dispositivos de uso común.

Explica con precisión conceptual, a partir de conceptos físicos el funcionamiento de dispositivos de uso común.

Explica de manera clara, a partir de conceptos físicos el funcionamiento de dispositivos de uso común.

Explica de manera confusa, a partir de conceptos físicos el funcionamiento de dispositivos de uso común.

20%

Proyecto de

evaluación

Evidencia trabajo intelectual al diseñar modelos sencillos que operan adecuadamente, para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar una ley o principio.

Evidencia trabajo intelectual al diseñar modelos sencillos aunque no operan adecuadamente, para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar una ley o principio.

No evidencia trabajo intelectual al diseñar modelos sencillos operan adecuadamente, para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar una ley o principio.

Presenta intentos no acabados del diseño de modelos

20%

Medios de recopilación de evidencias. Debate Ensayo. Exposición. Investigación documental. Investigación experimental. Comentario. Reseña. Reporte. Esquema. Experimento. Examen. Mapa conceptual.

24

Materiales de apoyo y fuentes de información Hewitt, Paul G. Física conceptual, novena edición, Pearson educación, México, 2004. El libro da un enfoque conceptual de la Física utilizando más un lenguaje descriptivo y en menor proporción matemático, haciendo énfasis en el desarrollo del pensamiento analítico y sintético. Contiene numerosos ejercicios, algunos de los cuales son moderadamente sencillos y están diseñados para estimular la aplicación de la Física a situaciones de la vida diaria, otros exigen un considerable razonamiento crítico, algunos son cuantitativos e implican cálculos sencillos y directos que ayudarán a los estudiantes a captar las ideas físicas sin que requieran de mucha habilidad en el manejo del álgebra. Las deducciones matemáticas aparecen en pies de página o en los apéndices. Alvarenga, B. y Máximo. Física General con experimentos sencillos. Oxford, México, 2002. En el texto se busca utilizar los conceptos de la Física en la explicación de las actividades experimentales, proponiendo para esto ejemplos y problemas que se resuelven en el mismo libro de manera detallada. Desarrolla de leyes generales de la Física, con un lenguaje sencillo buscando recapitulaciones al finalizar cada tema con sus respectivas preguntas. Hecht, E. Fundamentos de física. Addison-Wesley Iberoamericana, EUA, 1987. El libro presenta una descripción conceptual de hechos físicos, matizados de referencias históricas del contexto social en que se desarrollaron los trabajos científicos y de las distintas etapas del desarrollo de los conceptos, principios y leyes de la física. Revisa una variedad de situaciones cotidianas que logran captar la atención del estudiante. Tarásov, L. y Tarásova, A. Preguntas y problemas de Física. Mir-Moscú, URSS, 1984. Los autores abordan el estudio de la Física a través de diálogos entre profesor y estudiantes, haciendo énfasis en los conceptos físicos, sin olvidar en algunos casos el rigorismo matemático. Es un libro recomendable para el profesor, sobre todo, en el tema de Principio de Arquímedes, aborda la aplicación de ésta ley en el estado de imponderabilidad de los cuerpos. Jiménez, E. y García, C. Actividades de Apoyo para la enseñanza y la evaluación de Física II. Limusa, México, 2001. Los autores presentan diversas actividades que retoman situaciones de la vida cotidiana, con base en ellas promover un aprendizaje significativo en el alumno a partir de sus ideas previas, la reflexión, el análisis y el trabajo en equipo. Al profesor, le brinda una muestra de posibilidades, diferentes a las tradicionales para conciliar su práctica educativa. Rius, M. y Castro, M. Calor y Movimiento, La ciencia para todos No. 85, Fondo de Cultura Económica 1998. Libro de divulgación científica, los autores tratan de forma clara y con un lenguaje sencillo temas como: la temperatura y el termómetro, el calor y el trabajo (como base de la revolución industrial), tipos de sistemas, entre otros. Su intención es convertir la divulgación de la ciencia en una disciplina que extienda a la sociedad los beneficios de la cultura científica.

25

BLOQUE TEMÁTICO IV. PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA. 11 Horas.

Propósito: Al término de éste bloque el estudiante, fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, comunica sus conclusiones de una investigación, relaciona las expresiones simbólicas con las características de un sistema, explica el funcionamiento de dispositivos de uso común y diseña dispositivos para demostrar conceptos físicos, a partir de la construcción y aplicación de la Primera Ley de la Termodinámica. Núcleo Temático: Primera Ley de la termodinámica. Conceptos: Calor, Trabajo, Energía Interna

Problemática. Problema 1 Física y Sentido común. El cuerpo humano como máquina. Problema 2 Física y Tecnología. Evolución tecnológica del transporte Problema 3 Física y Sociedad. Evolución histórica del transporte. Problema 4 Física y Expresión Artística. Forjado de metales. Problema 6 Física y Ambiente y Salud. Obesidad. Problema 7 Física y Filosofía. Desarrollo y evolución de la máquina de vapor. Proyecto de evaluación. Estimar la dieta adecuada a las actividades del estudiante

Estrategias de aprendizaje, enseñanza y evaluación. Secuencias didácticas. Introducción Problema 1 Física y Sentido común. El cuerpo humano como máquina. 2 horas. Se inicia comentando que en temporada invernal acostumbramos abrigarnos para “protegernos del frío”, decimos que la chamarra o el suéter son “calientitos” igual que las cobijas de lana; pero ¿Realmente la ropa gruesa calienta? ¿Qué pasa si además realizamos actividades físicas con esta ropa? ¿Qué pasa en general al realizar cualquier actividad física? Experimento 1. Colocar un refresco de lata frío sobre la mesa y otro, a la misma temperatura, envuelto en una prenda de vestir. Después de cierto tiempo el objeto envuelto tendrá menor temperatura que el otro, indicando que la ropa, supuestamente “caliente”, ahora es “fría”. El profesor induce al grupo a establecer que el calor que percibimos al abrigarnos se genera por nuestro propio cuerpo y que las propiedades aislantes de distintas prendas, en realidad las confundimos al pensar que son “calientes”. Experimento 2. El estudiante eleva diversas masas, usando un dinamómetro, relacionando la fuerza aplicada y la distancia recorrida con el “esfuerzo realizado” para elevar los objetos. Se define el concepto de trabajo mecánico como el producto de la fuerza aplicada y la distancia recorrida durante la aplicación de la fuerza. Con esto, se relaciona el ejercicio realizado en el gimnasio, con la energía proporcionada por los alimentos, para explicar el comportamiento del cuerpo humano como una máquina. Producto 1. Informe del experimento 2. Evidencias de aprendizaje. Producto 1. Desarrollo experimental y conceptual. Problema 2 Física y Tecnología. Evolución tecnológica del transporte. 3 horas. Investigación 1. El estudiante realiza una investigación sobre los trabajos llevados a cabo por James Prescott Joule, para establecer el equivalente mecánico del calor. Por equipos analizar el documento, extrayendo las ideas principales. Concluir que Joule estableció la equivalencia entre trabajo

26

mecánico y calor. Ver sitio: http://www.portalplanetasedna.com.ar/ideas10.htm relato sobre los trabajos realizados por Joule y otros. Experimento 3. Se desarrolla la actividad experimental, “calentador mecánico”. A partir de la relación directa entre el cambio de temperatura y el trabajo suministrado y con base en el modelo cinético molecular, se construye el concepto de energía interna como el cambio en la energía de las moléculas del agua, mencionar que en termodinámica sólo son importantes los cambios de energía y no el valor de ésta. Producto 2. Se elabora un informe por estudiante, mencionando el trabajo de Joule. Experimento 4. Cálculos de ΔEi: colocar agua fría en un recipiente y caliente en otro, se introduce el primero en el segundo hasta que el agua en ambos recipientes tenga la misma temperatura; calcular los cambios de energía interna por medio de la ecuación ΔEi = 4200 m ΔT. Se concluye que la energía se conserva, el aumento de energía en el primero es igual a la disminución de energía del segundo. Experimento 5. Mezclar cantidades de agua a distintas temperaturas, tomar las temperaturas iniciales, se predice la temperatura final de la mezcla considerando que la suma de ambos cambios de energía interna es cero. Se contrasta esta temperatura con el resultado experimental. En estos experimentos el cambio de energía interna se debe al flujo de calor entre los sistemas, agua fría y caliente, por lo que Q = ΔEi. A partir de todo lo anterior, se establece el modelo matemático de la Primera Ley de la Termodinámica ΔEi = Q - W. Se hace énfasis en el establecimiento del trabajo y el calor como formas de transferencia de energía entre dos sistemas, y se establece la energía interna como una propiedad de todos los cuerpos. Producto 3. Informe de Experimento 4 y 5. Investigación 2. El estudiante realiza una investigación acerca del avance tecnológico en medios de transporte, de la máquina de vapor al metro. Analiza el funcionamiento, establece que una máquina térmica es un dispositivo que recibe calor de una fuente a temperatura elevada y transforma parte de ese calor en energía mecánica. Evidencias de aprendizaje. Producto 2 y producto 3. Problema 3 Física y Sociedad. Evolución histórica del transporte terrestre. 2 horas. Investigación 3. El estudiante realiza una investigación sobre el desarrollo histórico de los medios terrestres de transporte, desde la antigüedad hasta los actuales, incluyendo el caballo, carros tirados por animales, bicicleta, vehículos con motor de combustión, transportes eléctricos (metro y trolebús). Posteriormente, en equipos se revisan las investigaciones individuales. En plenaria se elabora un documento de lo investigado, en el cual se destaque el papel de la física en el mejoramiento de los transportes y las implicaciones sociales de esto. Producto 4. Reporte final con conclusiones. Evidencias de aprendizaje. Producto 4. Problema 4 Física y Expresión Artística. Forjado de metales. 30 minutos. Investigación 4. Investigar sobre los procesos de elaboración de artesanía a partir del forjado de un metal. El alumno utilizará los conceptos de trabajo mecánico, calor y cambio de energía interna, para explicar el forjado de una pieza burda hasta su forma final. Ver sitio: Artesanías de Santa Clara del Cobre, Mich. Producto 5. Comentario del forjado de un metal que incluye los conceptos revisados. Evidencias de aprendizaje. Producto 5. Problema 5 Física y Ambiente y Salud. Obesidad. 30 minutos. Investigación 6. El estudiante investiga sobre las transformaciones de energía en el cuerpo humano, el papel de los alimentos, la diferencia de acuerdo al contenido energético de éstos y las formas de eliminar el exceso de grasa acumulada. Presentar al cuerpo humano como una máquina: enfatizando que mediante los alimentos ingeridos, metabolizados, incrementa su energía interna, aclarando que parte de ésta queda almacenada en el cuerpo en forma de energía química distribuida en diversos compuestos y puede transformarse en calor y trabajo. Finalmente en plenaria concluir que si el cuerpo no realiza el trabajo suficiente, la energía almacenada tiende a incrementarse peligrosamente.

27

Ver sitio: http://www.scribd.com/doc/6658822/TERMODINAMICA-06, explica la termodinámica desde la Biología. Producto 6. Comentario que contenga la relación entre la cantidad de alimentos y la energía consumida. Evidencias de aprendizaje. Producto 6. Problema 6 Física y filosofía. Desarrollo y evolución de la máquina de vapor. 1 hora. Investigación 1. Investigar el entorno histórico social de la revolución industrial, que llevó al desarrollo y la evolución de la máquina de vapor y su trascendencia en la sociedad. Ver sitio: http://cuauhtemoc.org.mx/data/files/UNAM/Termodinamica/Máquina%20de%20Vapor.pdf, la máquina de vapor Producto 7. Informe de investigación, reporte final con conclusiones. Evidencias de aprendizaje. Producto 7. Evaluación del aprendizaje 1 hora. Proyecto de evaluación. Estimación de una dieta adecuada al alumno. 1 hora. Emplear las tablas de contenido calórico, para estimar la dieta diaria.

28

Niveles de desempeño: Excelente, Bueno, Suficiente e Insuficiente. El estudiante muestra el dominio alcanzado de las competencias del bloque, al momento de la aplicación de la Primera Ley de la termodinámica, los conceptos y su relación, en situaciones nuevas a las de la problemática situada pero correspondientes al núcleo temático, en alguno de los siguientes niveles de desempeño:

Evidencia Excelente Bueno Suficiente Insuficiente Peso

Actitud crítica.

Fundamenta opiniones, hace interpretaciones propias, sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana.

Fundamenta opiniones, hace interpretaciones literales sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana.

Fundamenta opiniones, establece conexiones temáticas, sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana.

Repite información sin relación, sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana.

30%

Investigación.

Experimento.

Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones de manera clara y con precisión conceptual.

Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones con precisión conceptual.

Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones de manera clara.

No contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones de manera confusa.

30%

Manejo

conceptual

Explica de manera clara y con precisión conceptual, a partir de conceptos físicos el funcionamiento de dispositivos de uso común.

Explica con precisión conceptual, a partir de conceptos físicos el funcionamiento de dispositivos de uso común.

Explica de manera clara, a partir de conceptos físicos el funcionamiento de dispositivos de uso común.

Explica de manera confusa, a partir de conceptos físicos el funcionamiento de dispositivos de uso común.

20%

Proyecto de

evaluación

Evidencia trabajo intelectual al diseñar modelos sencillos que operan adecuadamente, para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar una ley o principio.

Evidencia trabajo intelectual al diseñar modelos sencillos aunque no operan adecuadamente, para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar una ley o principio.

No evidencia trabajo intelectual al diseñar modelos sencillos operan adecuadamente, para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar una ley o principio.

Presenta intentos no acabados del diseño de modelos

20%

Medios de recopilación de evidencias. Debate Ensayo. Exposición. Investigación documental. Investigación experimental. Comentario. Reseña. Reporte. Esquema. Experimento. Examen. Mapa conceptual.

29

Materiales de apoyo y fuentes de información Hewitt, Paul G. Física conceptual, novena edición, Pearson educación, México, 2004. El libro da un enfoque conceptual de la Física utilizando más un lenguaje descriptivo y en menor proporción matemático, haciendo énfasis en el desarrollo del pensamiento analítico y sintético. Contiene numerosos ejercicios, algunos de los cuales son moderadamente sencillos y están diseñados para estimular la aplicación de la Física a situaciones de la vida diaria, otros exigen un considerable razonamiento crítico, algunos son cuantitativos e implican cálculos sencillos y directos que ayudarán a los estudiantes a captar las ideas físicas sin que requieran de mucha habilidad en el manejo del álgebra. Las deducciones matemáticas aparecen en pies de página o en los apéndices. Alvarenga, B. y Máximo. Física General con experimentos sencillos. Oxford, México, 2002. En el texto se busca utilizar los conceptos de la Física en la explicación de las actividades experimentales, proponiendo para esto ejemplos y problemas que se resuelven en el mismo libro de manera detallada. Desarrolla de leyes generales de la Física, con un lenguaje sencillo buscando recapitulaciones al finalizar cada tema con sus respectivas preguntas. Hecht, E. Fundamentos de física. Addison-Wesley Iberoamericana, EUA, 1987. El libro presenta una descripción conceptual de hechos físicos, matizados de referencias históricas del contexto social en que se desarrollaron los trabajos científicos y de las distintas etapas del desarrollo de los conceptos, principios y leyes de la física. Revisa una variedad de situaciones cotidianas que logran captar la atención del estudiante. Tarásov, L. y Tarásova, A. Preguntas y problemas de Física. Mir-Moscú, URSS, 1984. Los autores abordan el estudio de la Física a través de diálogos entre profesor y estudiantes, haciendo énfasis en los conceptos físicos, sin olvidar en algunos casos el rigorismo matemático. Es un libro recomendable para el profesor, sobre todo, en el tema de Principio de Arquímedes, aborda la aplicación de ésta ley en el estado de imponderabilidad de los cuerpos. Jiménez, E. y García, C. Actividades de Apoyo para la enseñanza y la evaluación de Física II. Limusa, México, 2001. Los autores presentan diversas actividades que retoman situaciones de la vida cotidiana, con base en ellas promover un aprendizaje significativo en el alumno a partir de sus ideas previas, la reflexión, el análisis y el trabajo en equipo. Al profesor, le brinda una muestra de posibilidades, diferentes a las tradicionales para conciliar su práctica educativa. Cutnell, J. Física. Limusa, México, 2000. El libro presenta preguntas y problemas que se relacionan con situaciones reales, así mismo ofrece explicaciones de forma clara haciendo uso de los principios y leyes físicas involucradas en los fenómenos a estudiar. Considera la solución a algunos de los problemas e incluye un breve resumen del contenido revisado en cada capítulo. Rius, M. y Castro, M. Calor y Movimiento, La ciencia para todos No. 85, Fondo de Cultura Económica 1998 Libro de divulgación científica, los autores tratan de forma clara, amena y con un lenguaje sencillo temas como: la temperatura y el termómetro, el calor y el trabajo (como base de la revolución industrial), tipos de sistemas, entre otros.

30

BLOQUE TEMÁTICO V. SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA. 11 horas.

Propósito: Al término de éste bloque el estudiante, fundamenta opiniones sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana, comunica sus conclusiones de una investigación, relaciona las expresiones simbólicas con las características de un sistema, explica el funcionamiento de dispositivos de uso común y diseña dispositivos para demostrar conceptos físicos, a partir de la construcción y aplicación del Segunda Ley de la Termodinámica. Núcleo Temático: Segunda ley de la termodinámica. Conceptos: Proceso espontaneo, Proceso reversible, Entropía.

Problemática: Problema 1 Física y Sentido común. Procesos espontáneos. Problema 2 Física y Tecnología. Máquinas de combustión interna. Problema 3 Física y Sociedad. Refrigeración. Problema 4 Física y Expresión Artística. Máquina de movimiento continuo. Problema 5 Física y Ambiente y Salud. Proceso de envejecimiento. Problema 7 Física y Filosofía. La dirección del tiempo. Proyecto de evaluación. Ensayo acerca del nacimiento de la termodinámica como ciencia.

Estrategias de aprendizaje, enseñanza y evaluación. Secuencias didácticas. Introducción Problema 1 Física y Sentido común. Procesos espontáneos. 1 hora. Cuestionar: si dejamos agua en dos recipientes en contacto térmico a la misma temperatura, ¿será posible que espontáneamente la temperatura del agua en cada recipiente comience a cambiar de forma que se tenga en uno agua fría y en el otro agua caliente, cumpliendo la primera ley de la termodinámica? Lo anterior no es posible, por lo que debemos considerar que el proceso descrito es irreversible. Brindar ejemplos de procesos espontáneos como, la corriente de agua en un río, la caída de los cuerpos. Posteriormente, se presentan procesos que no son espontáneos pero que son irreversibles: un objeto que se rompe, combustible que se quema, tinta o gis que se gastó al escribir. En plenaria establecer que todos los procesos naturales son espontáneos e irreversibles. Experimento 1. Observar la difusión de una gota de tinta o de un colorante en pastilla a través del agua contenida en un vaso. Discutir en plenaria la posibilidad de revertir el evento. Producto 1. Listado de ejemplos de procesos espontáneos y la conclusión de la irreversibilidad de los sistemas revisados. Evidencias de aprendizaje. Producto 1. Desarrollo experimental y conceptual. Problema 2 Física y Tecnología. Máquinas de combustión interna. 3 horas. ¿El hielo enfría al refresco o el refresco calienta a los hielos? Experimento 2. Verificar la dirección del flujo de energía. Colocar en una pequeña bolsa de plástico agua caliente coloreada, con la punta de un alfiler hacer un pequeño orificio e introducirla en un recipiente con agua fría. Repetir el experimento, pero ahora colocar el agua caliente en el recipiente y el agua fría en la bolsa. Observar que se transfiere energía del sistema de mayor temperatura (agua caliente) al de menor temperatura (agua fría), tal y como lo establece la segunda ley de la termodinámica. Concluir que el refresco calienta a los hielos.

31

Investigación 1. Realizar una investigación sobre el funcionamiento de las máquinas de combustión interna, la aplicación de las máquinas térmicas al transporte y a la generación de energía eléctrica. Analizar el funcionamiento, estableciendo que una máquina térmica es un dispositivo que recibe calor de una fuente a temperatura elevada, gases de combustión. Transforma parte de ese calor en trabajo útil (energía mecánica) y transfiere el resto a un receptor que se encuentra a temperatura baja, la atmósfera. Ver sitio http://www.youtube.com/watch?v=segzLXBXOFA animación del Motor 4 tiempos con explicación. Investigación 2. ¿Cuáles fueron los trabajos llevados a cabo por Nicholas Leonard Sadi Carnot, para establecer el ciclo que lleva su nombre? En plenaria obtener las ideas principales de sus aportaciones. Concluir que la eficiencia de cualquier máquina térmica está dada por:

Analizar esta última expresión, para concluir que la eficiencia de 100 % sólo se obtendría si la temperatura del sumidero de calor fuese 0 K. Establecer que la eficiencia se incrementa si Temperatura fría (T f) disminuye y/o Temperatura caliente (T c) aumenta, por lo que las máquinas modernas trabajan cada vez a mayor temperatura, pues generalmente Tf es la temperatura atmosférica. El alumno utilizará la ecuación de eficiencia en un motor de combustión interna. Producto 2. Comentario de la eficiencia de un motor, enunciados de la segunda ley de la termodinámica. Evidencias de aprendizaje. Producto 2. Problema 3 Física y Sociedad. Refrigeración. 1 hora. Se presenta la siguiente problemática: en el verano, fácilmente podemos obtener productos que nos ayuden a refrescarnos, en la tienda, en nuestra casa, etc. Pero, ¿siempre ha sido así? En otras épocas ¿cómo se refrescaba la gente?, ¿podría comprar paletas, helados o refrescos fríos? Investigación 3. El alumno realiza una investigación sobre el desarrollo del refrigerador en un contexto histórico. Valorar el uso de sistemas de refrigeración a expensas de procesos de generación de energía. En plenaria establecer que un sistema de refrigeración funciona en sentido inverso a una máquina térmica. Ver sitios: http://www.youtube.com/watch?v=07mMlqFP3TM, funcionamiento del refrigerador. http://bibliotecnica.upc.es/bib240/serveis/fhct/expo_et/refrig.pdf, antecedentes históricos de la refrigeración; Producto 3. Reporte de la investigación con conclusiones. Evidencias de aprendizaje. Producto 3. Problema 4 Física y Expresión Artística. Máquina de movimiento continuo. 1 hora. Investigación 4. El alumno investiga en Internet algún prototipo de máquina perpetua o de movimiento continuo. Justifica por qué es imposible construir una máquina de éste tipo. Argumentando que siempre debe haber una fuente de energía que suministra trabajo al sistema. Producto 4. Comentario acerca de la imposibilidad de construir una máquina de movimiento continuo. Evidencias de aprendizaje. Producto 4. Problema 5 Física y Ambiente y Salud. El proceso de envejecimiento. 1 hora. La degradación de la materia viva al envejecer ¿cumple con la segunda Ley de la Termodinámica? Experimento 3. Colocar dentro de un bote transparente una cantidad de canicas del mismo color que cubra un tercio del volumen del bote, se agrega al bote otra cantidad igual de canicas de un color distinto a la primera cantidad. Plantear al estudiante ¿Qué pasará cuando se agite el bote con las canicas dentro? Dejar que el estudiante experimente la dificultad de conseguir el arreglo inicial. Investigación 4. ¿Qué es la entropía?, revisar diferentes fuentes de información para establecer el significado de la entropía. Concluir que la entropía

32

explica que la irreversibilidad está implícita en la Segunda Ley de la Termodinámica, es decir que los procesos termodinámicos ocurren en la dirección de que la entropía aumenta. Producto 5. Resumen que contemple los conceptos: entropía, envejecimiento, proceso irreversible. Evidencias de aprendizaje. Producto 5. Problema 6 Física y filosofía. La dirección del tiempo. 1 hora. Retomar el análisis de algunos procesos naturales a partir de la segunda ley de la Termodinámica como: equilibrio de dos sistemas de agua; agitación de canicas; proceso de enfriamiento; máquina de movimiento continuo; proceso de envejecimiento. Concluir que estos avanzan siempre en la misma dirección, no existe la posibilidad de que puedan revertirse. Pero ¿qué ocurre con el resto del universo? Investigación 5. El estudiante realiza una investigación sobre orden y vida, si la entropía aumenta, el desorden microscópico aumenta. Se forman equipos y se analiza la información recabada, realizar un documento de reporte que contenga las conclusiones de cada equipo; posteriormente, cada equipo expone un resumen de su trabajo. Ver texto en línea: http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/52/html/lavida.html La vida, el tiempo y la muerte, Blanck-Cereijido, Fanny y Cereijido, Marcelino, No. 52 de la colección La Ciencia para Todos, FCE Producto 6. Resumen de su trabajo. Evidencias de aprendizaje. Producto 6. Evaluación del aprendizaje. 1 hora. Proyecto de Evaluación. Ensayo acerca del nacimiento de la termodinámica como ciencia. 2 horas. Elaborar un ensayo acerca del nacimiento de la termodinámica como ciencia, tener presente que actualmente la tecnología, en su mayor parte, se basa en aplicaciones de teorías científicas establecidas o gran parte de esta se descubre en las universidades, incluir en su descripción la trascendencia social, económica y política.

33

Niveles de desempeño: Excelente, Bueno, Suficiente e Insuficiente. El estudiante muestra el dominio alcanzado de las competencias del bloque, al momento de la aplicación de la Segunda Ley de la Termodinámica, los conceptos y su relación, en situaciones nuevas a las de la problemática situada pero correspondientes al núcleo temático, en alguno de los siguientes niveles de desempeño:

Evidencia Excelente Bueno Suficiente Insuficiente Peso

Actitud crítica.

Fundamenta opiniones, hace interpretaciones propias, sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana.

Fundamenta opiniones, hace interpretaciones literales sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana.

Fundamenta opiniones, establece conexiones temáticas, sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana.

Repite información sin relación, sobre los impactos de la ciencia y la tecnología en su vida cotidiana.

30%

Investigación.

Experimento.

Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones de manera clara y con precisión conceptual.

Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones con precisión conceptual.

Contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones de manera clara.

No contrasta los resultados obtenidos en una investigación o experimento con hipótesis previas y comunica sus conclusiones de manera confusa.

30%

Manejo

conceptual

Explica de manera clara y con precisión conceptual, a partir de conceptos físicos el funcionamiento de dispositivos de uso común.

Explica con precisión conceptual, a partir de conceptos físicos el funcionamiento de dispositivos de uso común.

Explica de manera clara, a partir de conceptos físicos el funcionamiento de dispositivos de uso común.

Explica de manera confusa, a partir de conceptos físicos el funcionamiento de dispositivos de uso común.

20%

Proyecto de

evaluación

Evidencia trabajo intelectual al diseñar modelos sencillos que operan adecuadamente, para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar una ley o principio.

Evidencia trabajo intelectual al diseñar modelos sencillos aunque no operan adecuadamente, para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar una ley o principio.

No evidencia trabajo intelectual al diseñar modelos sencillos operan adecuadamente, para resolver problemas, satisfacer necesidades o demostrar una ley o principio.

Presenta intentos no acabados del diseño de modelos

20%

Medios de recopilación de evidencias. Debate Ensayo. Exposición. Investigación documental. Investigación experimental. Comentario. Reseña. Reporte. Esquema. Experimento. Examen. Mapa conceptual.

34

Materiales de apoyo y fuentes de información Hewitt, Paul G. Física conceptual, novena edición, Pearson educación, México, 2004. El libro da un enfoque conceptual de la Física utilizando más un lenguaje descriptivo y en menor proporción matemático, haciendo énfasis en el desarrollo del pensamiento analítico y sintético. Contiene numerosos ejercicios, algunos de los cuales son moderadamente sencillos y están diseñados para estimular la aplicación de la Física a situaciones de la vida diaria, otros exigen un considerable razonamiento crítico, algunos son cuantitativos e implican cálculos sencillos y directos que ayudarán a los estudiantes a captar las ideas físicas sin que requieran de mucha habilidad en el manejo del álgebra. Las deducciones matemáticas aparecen en pies de página o en los apéndices. Alvarenga, B. y Máximo. Física General con experimentos sencillos. Oxford, México, 2002. En el texto se busca utilizar los conceptos de la Física en la explicación de las actividades experimentales, proponiendo para esto ejemplos y problemas que se resuelven en el mismo libro de manera detallada. Desarrolla de leyes generales de la Física, con un lenguaje sencillo buscando recapitulaciones al finalizar cada tema con sus respectivas preguntas. Hecht, E. Fundamentos de física. Addison-Wesley Iberoamericana, EUA, 1987. El libro presenta una descripción conceptual de hechos físicos, matizados de referencias históricas del contexto social en que se desarrollaron los trabajos científicos y de las distintas etapas del desarrollo de los conceptos, principios y leyes de la física. Revisa una variedad de situaciones cotidianas que logran captar la atención del estudiante. Tarásov, L. y Tarásova, A. Preguntas y problemas de Física. Mir-Moscú, URSS, 1984. Los autores abordan el estudio de la Física a través de diálogos entre profesor y estudiantes, haciendo énfasis en los conceptos físicos, sin olvidar en algunos casos el rigorismo matemático. Es un libro recomendable para el profesor, sobre todo, en el tema de Principio de Arquímedes, aborda la aplicación de ésta ley en el estado de imponderabilidad de los cuerpos. Jiménez, E. y García, C. Actividades de Apoyo para la enseñanza y la evaluación de Física II. Limusa, México, 2001. Los autores presentan diversas actividades que retoman situaciones de la vida cotidiana, con base en ellas promover un aprendizaje significativo en el alumno a partir de sus ideas previas, la reflexión, el análisis y el trabajo en equipo. Al profesor, le brinda una muestra de posibilidades, diferentes a las tradicionales para conciliar su práctica educativa. Cutnell, J. Física. Limusa, México, 2000. El libro presenta preguntas y problemas que se relacionan con situaciones reales, así mismo ofrece explicaciones de forma clara haciendo uso de los principios y leyes físicas involucradas en los fenómenos a estudiar. Considera la solución a algunos de los problemas e incluye breve resumen del contenido revisado en cada capítulo Rius, M, Castro, M. Calor y Movimiento, La ciencia para todos No. 85, Fondo de Cultura Económica 1998 Libro de divulgación científica, los autores tratan de forma clara, amena y con un lenguaje sencillo temas como: la temperatura y el termómetro; el calor y el trabajo (como base de la revolución industrial); tipos de sistemas, entre otros.

35

Créditos

El presente Programa de Estudios es el producto de la actualización 2011, que se realizó con la participación de: Coordinación: Gerardo Emiliano Vázquez Leal. Docente: María Concepción García Arana. La primera edición, 2010, del programa de estudios se realizó en grupo colaborativo, con la participación de:

Coordinación: Gerardo Emiliano Vázquez Leal. Docentes:

María Concepción García Arana. Andrés Luévano Calvo. Silvia Páez Bahena. Pedro Isaac Martínez Peña. Gerardo Emiliano Vázquez Leal.

36

Directorio

María Guadalupe Murguía Gutiérrez Directora General Luis Miguel Samperio Sánchez Secretario General Arturo Payán Riande Secretario de Servicios Institucionales Araceli Ugalde Hernández Secretaria Administrativa

Carlos David Zarrabal Robert Coordinador Sectorial de la Zona Norte Rafael Torres Jiménez Coordinador Sectorial de la Zona Centro Elideé Echeverría Valencia Coordinadora Sectorial de la Zona Sur

Miguel Ángel Báez López Director de Planeación Académica Martín López Barrera Director de Evaluación, Asuntos del Profesorado y

Orientación Educativa

Rafael Velázquez Campos Subdirector de Planeación Curricular María Guadalupe Coello Macías Jefa del Departamento de Análisis y Desarrollo Curricular Raymundo Tadeo García Jefe del Departamento de Coordinación de Academias

Colegio de Bachilleres Rancho Vistahermosa 105. Ex Hacienda Coapa, Coyoacán. 04920. México, D.F. www.cbachilleres.edu.mx