Modelo de problemas teóricos de Física General que se corresponden con los
modos de actuación del Ingeniero Agrónomo y que contribuyen a la formación de valores
- Resumen.
- Desarrollo
- Modelo de problema
- Ejemplos de problemas en los que funciona la lógica de la habilidad.
- Conclusiones
- Bibliografía
La situación social presente en el objeto de la profesión del Ingeniero Agrónomo demandan eficiencia en la utilización de los recursos en el agroecosistema para una producción sostenible. Este trabajo presenta un modelo de problemas teórico cuya solución tiene una lógica al actuar que se corresponde con los modos de actuar del profesional y así contribuye a educar la personalidad de los futuros profesionales.
La Educación Superior Cubana perfecciona continuamente el proceso de formación de profesionales con el fin de educar personalidades con elevada capacidad de regulación y autorregulación, que enfrenten la realidad histórico-social de sus tiempos de forma dialéctica y creativa propiciando un mundo mejor para las futuras generaciones.
Esta labor de formación en la Universidad se realiza mediante un diseño curricular que toma como eje la necesidad social que deviene en la utilización de métodos y procedimientos basados en la resolución de problemas, en hacer del estudiante el centro de la actividad cognoscitiva, en la aplicación de estrategias grupales; diseño en el que se está consciente que la transmisión de conocimientos teóricos y el desarrollo de habilidades profesionales no son su única responsabilidad, que es elemento esencial del trabajo la formación de personalidades que junto a la sólida formación académica y científica muestren altos valores patrióticos, con una fuerte identidad nacional y tercermundista y que sean conscientes de sus responsabilidades como parte de nuestra civilización (1)
La disciplina Física General en la carrera del Ingeniero Agrónomo para el Plan C cuenta con un programa en el cual están presentes tendencias actuales tales como: incremento del desarrollo de habilidades, vinculación de los contenidos con la carrera, el desarrollo de métodos de enseñanza problémica y actualización de los contenidos (2) además presenta con gran claridad el aspecto de la interrelación dialéctica entre lo educativo y lo instructivo, de esa misma forma aparece en el programa para el Plan C perfeccionado.
No obstante, en estudios diagnósticos realizados con criterio de expertos y estudiantes se constató la existencia de insuficiencias en el grado de dominio de los contenidos de esta disciplina por parte de los estudiantes y se manifiestan en que en los años superior estos no muestran preparación necesaria una vez concluido el ciclo básico (3).
Teniendo en cuenta esta contradicción, en la Universidad de Granma se lleva a cabo una investigación que continúa buscando los puntos de contacto de esta disciplina en el orden vertical de carrera, a la luz de paradigmas educativos con enfoque humanista e histórico – cultural y necesidades de perfeccionamiento al nivel de año, como una estructura donde se logran niveles de integración en la carrera.
En este trabajo se presentan un modelo de problema teórico para cuya solución el actuar del estudiante se corresponde con los modos de actuación del futuro egresado y ejemplos de problemas teóricos diseñados para este fin así como la contribución de estos a la educación de valores profesionales; estos resultados se derivan de otros tales como un sistema de habilidades de resolución de problemas teóricos para esta carrera y un programa analítico.
En el Plan de Estudio para la carrera del Ingeniero Agrónomo se determina que el egresado de debe estar preparado para DIRIGIR EL PROCESO DE PRODUCCIÓN AGROPECUARIA EN LA UNIDAD BÁSICA DE PRODUCCIÓN, de hecho esto define los modos de actuación de este profesional.
Para lograr esta meta se trabaja no sólo en la educación del pensamiento sino también en la de los sentimientos, es necesaria una personalidad con la capacidad para hacer modificaciones del comportamiento a partir de las informaciones que vienen del medio, o sea, con capacidad de regulación y autoregulación (4a).
Los problemas del mundo actual y futuro que deberán enfrentar los especialistas demandan especial preparación científico-técnica y también en el plano de la conducta, donde un papel importante lo juegan las actitudes y los valores.
Para la Pedagogía la formación de valores constituye un problema de la educación de la personalidad (5). ¿Cuál es la base de la formación de valores?. Pues, el quehacer cotidiano de los hombres, sus conocimientos, creencias y representaciones en relación con los diversos fenómenos de la realidad, en la que participan como personalidades íntegras. De hecho el valor se educa a través de la interrelación sujeto-objeto y que en el proceso docente educativo se hace de una forma consciente (6).
Los agrónomos han de prepararse para la utilización eficiente de los recursos renovables, no renovables y la energía en el agroecosistema para la rentabilidad y la conservación del medio ambiente, fin para el cual debe adquirir conocimientos, desarrollar habilidades y a la vez educar su personalidad.
En el sistema carrera, cada año, disciplina y asignatura tiene aspiraciones al respecto; la Física, como disciplina juega un importante papel; las propiedades físicas de las sustancias, las interacciones y los intercambios energéticos en el agroecosistema lo estudia esta disciplina, lo que propiciará la mejor utilización de los recursos.
Este trabajo presenta uno de los resultados de una investigación que se realiza con el fin de estrechar los vínculos con la carrera y expone, luego de un minucioso estudio de los modos de actuación del agrónomo la propuesta de un sistema de habilidades y un diseño para la disciplina, modelos de problemas teóricos cuya solución implica un actuar que se corresponde con la actuación del profesional, y así contribuir a educar pensamiento y sentimientos.
Un análisis del Plan de Estudio, de la revisión bibliográfica y del resultado de entrevistas realizadas a expertos de la producción y docencia de la rama agrícola, permite realizar la siguiente descripción de los modos de actuación del Ingeniero Agrónomo:
Para garantizar la producción agrícola en el eslabón de base, el agrónomo explota el agroecosistema y de él obtiene la producción de animales y plantas. La meta es obtener máximo provecho, es decir, resultados rentables con máxima eficiencia.
El desarrollo agrícola se produce como consecuencia de la compleja interacción de una multitud de factores, no son causas aisladas y específicas las que pueden afectar la producción; el problema no es tan sólo tecnológico, la _necesidad_ de abastecer de alimentos a la población mientras se deben crear las vías positivas que otorguen al agroecosistema la capacidad de seguir o volver al estado innato de estabilidad natural (7).
En tanto una maquinaria, una industria, de antemano se diseña con capacidad productiva determinada con cierta exactitud, el agroecosistema debe explotarse para alcanzar una meta productiva, pero con una notable diferencia, que no está dado para rendir una medida determinada de productos. Por todo esto, el agrónomo además de conocer la meta a alcanzar, debe realizar un profundo estudio del agroecosistema con el que cuenta, lo que implica un análisis histórico de los resultados de producción que se han alcanzado, del comportamiento de los factores climáticos en la región y de las características de los suelos y cómo ha sido su explotación, de la ocurrencia de eventualidades (plagas, enfermedades, sequías, etc.) y de los recursos con que cuenta.
En dependencia de ese diagnóstico y guiado por los resultados que espera alcanzar, el especialista diseña la explotación del agroecosistema para lo cual no cuenta con una variante única, puede utilizar métodos intensivos o extensivos, determinar cuál especie, variedad o raza utilizar, entre otros aspectos.
El resultado a alcanzar depende de objetos o fenómenos cuyo comportamiento tiene carácter aleatorio como son: el clima, el desarrollo individual de los organismos (plantas o animales), de los agentes patógenos (vivos o no), etc. Para contrarrestar los efectos negativos del ambiente, deficiencias de minerales en el suelo, organismos nocivos, etc., él realiza de antemano el pronóstico, que le permite actuar con cierto nivel de certidumbre ante la ocurrencia de fenómenos de este tipo.
Al trabajar con sistemas abiertos, que intercambian masa y energía, este especialista, debe hacer un justo balance de los recursos renovables, no renovables y la energía, que lo conduzcan a la eficiente explotación de su objeto.
La explotación estará acompañada del constante control y evaluación de la marcha del proceso, lo que le sirve de retroalimentación y le permite la toma de decisiones a tiempo.
Esta descripción ha sido importante para comprender el modelo de los problemas teóricos y la lógica en la actuación al resolverlos, la cual constituye un sistema de habilidades descrito por Domínguez (3).
El tipo de problema al que se enfrentará el estudiante de esta especialidad, en esta disciplina, modelados para contribuir a formar la lógica de su modo de actuar, serán problemas en los que no se conocen a priori las condiciones (o sea, el estado) del sistema dado, sino en los que se busca ese estado para el cual, el sistema satisfaga determinadas exigencias; con esto se crean las condiciones para conducir a la solución del problema por la vía que vincula más a esta disciplina con las necesidades del futuro profesional.
Para darle solución al problema el alumno hará una identificación del objeto en movimiento que consiste previamente en la representación mental o gráfica de la situación que se presenta; seguidamente situará el objeto dentro del cuadro físico del mundo para poder comparar el objeto en movimiento con el modelo que corresponde, hará una extracción de los datos y realizará las necesarias conversiones de unidades y delimitará las magnitudes físicas que caracterizan el problema, es decir, el estado del objeto que se desea obtener.
Una vez identificado el objeto en movimiento se realizará el análisis que conlleva delimitar los factores que inciden en el comportamiento del objeto, clasificar estos en favorables o adversos y la medida de su carácter aleatorio y se precisará si existen niveles limitantes en cada factor.
A continuación se determina el método de solución a aplicar en el problema para lo cual se fundamentarán las leyes y principios a las que se somete el objeto en movimiento y se precisará el método específico de Física que se aplicará que, fundamentalmente serán el método dinámico, el método energético y el de las expresiones particulares, clasificación según Fuentes, H., (6).
El hallazgo de la solución comprende la deducción de aquellas expresiones matemáticas que relacionan las magnitudes involucradas, en caso de necesidad se consultarán bases de datos, se calculará el valor o valores y se determinará la variante, o las variantes más apropiadas para que el objeto alcance el estado buscado.
Finalmente se determinan las acciones en las cuales el estudiante someterá a crítica las variantes de solución de acuerdo con el planteamiento inicial del problema, arribará a conclusiones y generalizará los resultados al determinar las limitaciones de la solución
¿Cómo se explica que esta lógica de Resolución de Problemas se corresponde con la lógica que aplica este profesional al darle solución a un problema real en la Unidad Base de Producción?
La primera habilidad de este sistema propicia el análisis del problema para realizar un reconocimiento de la situación que se presenta, en el que debe buscar la información necesaria y representarse dicha situación, ubicarla dentro del marco pertinente que lo oriente en el contexto requerido y precisar lo desconocido y lo necesario para darle solución al problema. Esta forma de actuación se corresponde con la etapa diagnóstico de la lógica de la carrera.
Las dos siguientes habilidades generalizadoras prevén un análisis del objeto en movimiento y que conlleva precisar los factores que pueden influir en el resultado final, delimitando cuáles son favorables, cuáles no, si existen factores limitantes y los métodos a utilizar; estos términos y acciones son, en el lenguaje, propios del ingeniero agrónomo y que debe realizarlas en la etapa en que lleva a cabo la determinación del conjunto de procesos tecnológicos, económicos y administrativos, teniendo en cuenta los recursos materiales y humanos disponibles y que le permiten trazar las tareas y aspectos organizativos necesarios para acometer la solución del problema.
Hallar la solución del problema es aplicar el método y realizar los cálculos, determinando las vías más apropiadas para alcanzar los resultados, lo que en la etapa de ejecución en el proceso de producción agrícola significa materializar las tareas y ejecutar las acciones previstas, realizando los reajustes necesarios que lo conduzcan al éxito.
Por último se revisa la solución del problema, realizando un análisis crítico que permite valorar, interpretar y generalizar, operaciones que se corresponden con la etapa de control, que en el proceso de producción agrícola se realizan no solamente al final del mismo, sino durante su desarrollo y que permite garantizar su ejecución, tomando a tiempo las medidas pertinentes.
En la determinación de esta generalización en el sistema de habilidades está presente el análisis del objeto de la disciplina, que es la precisión de los conocimientos y habilidades con que tributa esta a la carrera. Esto propició la propuesta de una modificación de la estructura de la disciplina; a partir de este estudio se proponen dos asignaturas (en número coincide con lo actual), una primera asignatura dedicada al estudio de la Estructura de la Sustancia y otra asignatura al estudio de las Transformaciones Energéticas.
La asignatura Estructura de la Sustancia aportaría al futuro especialista la caracterización de propiedades físicas presentes en el agroecosistema que están determinadas por su estructura y con este presupuesto el podría determinar su utilización e importancia.
La asignatura Transformaciones Energéticas responde por la necesidad que tiene el agrónomo de la utilización eficiente de la energía en el agroecosistema, que se materializará sólo a partir de conocerla en su conservación, transformación y degradación.
EJEMPLOS DE PROBLEMAS EN LOS QUE FUNCIONA LA LÓGICA DE LA HABILIDAD.
Los problemas que se modelan para formar el sistema de habilidades generalizadoras en las que se estructura la lógica propuesta, tienen una particularidad, y es que se enfrenta al estudiante ante situaciones en las que debe buscar un posible estado del sistema que cumplirá con determinadas condiciones, para lo cual no cuenta con una variante única.
A continuación se relaciona una serie de ejemplos de situaciones que pueden dar lugar a problemas de este tipo. En cada caso se describe cómo opera la lógica.
A) Se pueden modelar problemas en los que se busque el estado más favorable de desarrollo de una especie vegetal en condiciones de invernadero. Se pedirá encontrar las condiciones de temperatura más favorables, que serán las más altas, dentro de cierto límite. En ese caso al elevarse la temperatura, desciende la humedad relativa, si la humedad absoluta permanece constante. Se planteará que para que el cultivo no se afecte la humedad relativa no debe descender por debajo de cierto valor y, por las características constructivas de la instalación, la humedad absoluta tiene un límite superior.
Identificación del objeto: La atmósfera, su temperatura en relación con la humedad absoluta y relativa.
Análisis del objeto en movimiento: Relación entre la temperatura y la humedad relativa. El aumento de la temperatura es un factor favorable (hasta cierto límite). El descenso de la humedad relativa es desfavorable y consustancial con el aumento de la temperatura.
Determinar el método de solución. Ecuación que relaciona la presión de vapor con la humedad absoluta y la temperatura, para aplicar el método de las leyes y expresiones particulares.
Hallar solución. Consultar tablas para la tensión del vapor saturado teniendo en cuenta las temperaturas posibles, luego se deduce la expresión matemática que relaciona la humedad absoluta con la presión del vapor, la humedad relativa y la temperatura, para su cálculo, comprobándose finalmente con cuáles variantes no se sobrepasa el límite impuesto a la humedad absoluta. La más apropiada sería la de mayor temperatura posible.
Interpretar los resultados. Comprobar que las precisiones de la variante escogida satisface los requisitos planteados en el lema.
B) Se trata de encontrar, dentro del conjunto de isótopos que actualmente se aplican en la agricultura y que sufren desintegraciones gamma, una muestra que tenga una actividad dada. El alumno tendrá que determinar, de acuerdo con las características del radioisótopo, que cantidad de sustancia radioactiva necesitará. Finalmente se le pedirá, para la muestra determinada cuál será la probabilidad de desintegración de un núcleo en la unidad de tiempo.
Identificación del objeto. Es un problema de radioactividad natural, caracterizado por las magnitudes período de semidesintegración, la constante de desintegración, el número de núcleos que hay en la muestra y la actividad de la misma.
Analizar el objeto en movimiento. Se podrá delimitar como factor favorable que el período de semidesintegración sea bajo, para lo cual será necesaria menos cantidad de material radioactivo para conseguir la actividad dada.
Determinar el método de solución del problema. Se aplicará la expresión de la ley de desintegración radioactiva, o sea, se aplicará el método de las expresiones particulares.
Hallar la solución del problema. Se aplicará esta expresión para determinar en cuál de los isótopos se requiere la menor cantidad de núcleos para lograr la actividad deseada.
Interpretar los resultados. Generalizar la relación inversa que existe entre la constante de desintegración y la cantidad de núcleos necesarios para lograr una actividad dada. Valorar la probabilidad de que se desintegre el núcleo para cada elemento de la familia considerado.
C) Se planteará la operación de traslado de un producto agrícola a lo largo de un plano
inclinado, de tal forma que el tiempo requerido para ella sea mínimo. Se ofrecerán en los datos la posibilidad de trabajar con plataformas de varias longitudes, para las cuales existen diferentes coeficientes de fricción con la mercancía. La relación entre estas magnitudes ofrecerá variantes, una de las cuales será seleccionada como respuesta.
Identificación del objeto. Representación gráfica de la situación, reconocimiento del objeto como el movimiento de un cuerpo a lo largo de un plano inclinado con fricción y se tabularán los datos que ofrece el problema.
Análisis del objeto en movimiento. Luego de hacer el diagrama del cuerpo aislado se reconocen como factores favorables la reducción de la longitud del plano, lo que trae consigo la reducción del tiempo por concepto de trayectoria. Como factor adverso resultarán los coeficientes de fricción que, de acuerdo con la elaboración del problema, resultarán mayores en las plataformas más cortas.
Determinar el método de solución. El objeto obedece al Teorema del Trabajo y la Energía, lo cual da lugar a la selección del método energético para la solución del problema.
Hallar la solución del problema. A partir de la aplicación del Teorema del Trabajo y la Energía, se obtendrá la ecuación del movimiento, de la cual se despejará el tiempo. Entonces se calculará el mismo para las características de cada plataforma, lo que conllevará a la solución del problema.
Interpretar los resultados. Este problema tiene solución directa, pero sus resultados no son generalizables, ya que se basan en características específicas del material de que están hechas las plataformas.
D) En el sistema foliar de una planta las hojas se encuentran expuestas a una irradiancia variable, desde los valores elevados para las hojas de las periferia que pueden llegar a 1 kW.m(-2), hasta valores que pueden alcanzar el 5% de este para aquellas de la parte baja e inferior. Las hojas necesitan de este energía radiante para asegurar la elaboración de los alimentos para la planta, la cual absorberán en una fracción que viene dada por la absorbancia (entre el 50 y el 80%) de la radiación incidente. Sin embargo, la utilización de dicha energía que realiza la planta para los procesos vitales imprescindibles es ínfima: casi toda debe ser liberada al medio, para lo cual existen diversas posibilidades, aunque aquí se supondrá que sólo la hoja puede hacerlo por radiación. El problema se planteará: encontrar las condiciones para las cuales una hoja puede satisfacer este requerimiento, sin que su temperatura quede fuera del intervalo que resulta apropiado para la productividad del cultivo que se dará como dato.
Identificación del objeto. Luego de una representación mental del objeto, que son las hojas sometidas a irradiancia variable y liberando energía hacia el ambiente por vía de la radiación térmica, se tendrá la situación del objeto en el cuadro físico del mundo. El objeto en este caso se aproxima el modelo, que es el radiador ideal; los resultados de la investigación aseguran la aproximación satisfactoria y los datos son los niveles de irradiancia, de absorbancia y el intervalo de temperaturas permisible.
Análisis del objeto en movimiento. El alumno planteará variantes con diversos grados de irradiancia, desde el máximo hasta un 5% de este y considerará diversas posibilidades o valores que puede tener la absorbancia (datos). Los factores en este caso (irradiancia y absorbancia), no resultan calificables de manera absoluta, ya que la variable que caracteriza el estado buscado, que aquí es la temperatura, debe encontrarse dentro de un intervalo. No obstante el alumno, al realizar este análisis, concluirá que los valores altos de exposición a la radiación y de absorbancia, determinarán las temperaturas más altas.
Determinar el método de solución. El objeto se considera, dentro de la aproximación planteada, un radiador ideal, para aplicar la Ley de Stefan Boltzman. De esta forma queda determinado la utilización del método de las expresiones particulares. La precisión de los niveles limitantes de los factores no se conocen de antemano, por lo que el estudiante elaborará una tabla con variantes, a partir de lo que se plantea en los datos, para valores de la irradiancia (que para el equilibrio se iguala a la emitancia) y la absorbancia.
Hallar la solución del problema. Luego de despejar la temperatura absoluta de la ley de Stefan Boltzman el alumno calculará su valor para las variantes elaboradas por el mismo, encontrando como solución del problema las variantes para las cuales la temperatura esté dentro del intervalo considerado como apropiado.
Interpretar los resultados. Este problema permite al alumno muchas posibilidades de crítica ya que puede valorar en qué medida incide, por ejemplo, la suposición de que la hoja es un radiador ideal. Por otra parte, de conjunto con el profesor, planteará que en la realidad, la radiación no es el único proceso disipativo, ya que existe la convección, y la evaporación.
E) La incidencia de la radiación solar sobre una comunidad vegetal (de cualquier tipo) da lugar a un conjunto de transformaciones energética de significación para el manejo agrícola. Por ejemplo, la energía neta (diferencia entre la que incide y la que se irradia o refleja (albedo) por el sistema) se comparte en los siguientes procesos: calentamiento del suelo, calentamiento del aire y el follaje de las plantas y la evaporación del agua (ya sea del suelo o de las plantas). La partición de la energía en estas formas es muy diversa, en dependencia de las características del cultivo y de las condiciones del tiempo. Sobre esta base puede plantearse el problema de encontrar las variantes apropiadas para conseguir que la energía invertida en la evaporación alcance los menores valores, lo que puede tener gran significación práctica para el ahorro del agua como recurso. El problema situaría como puntos de partida valores típicos de la radiación incidente y la irradiada, y plantearía la posibilidad de variar del albedo (reflexión) y del coeficiente de Bowen (relación entre la utilización de la energía para el calentamiento –calor sensible- y la evaporación -calor latente-), dentro de ciertos niveles o intervalos, de acuerdo con las condiciones ya mencionadas. Se pedirá encontrar una variante para la cual la energía disponible para la evaporación no sobrepase cierto valor, lo que de ocurrir, de acuerdo con la disponibilidad de agua, ocasionaría un estrés hídrico desfavorable para el cultivo.
Identificación del objeto en movimiento. El objeto consiste en los intercambios energéticos que ocurren en un terreno cultivado, con lo cual queda situado dentro del cuadro físico como un fenómeno de la Termodinámica. Se puede ofrecer como datos las componentes de la Radiación incidente, (de onda corta y de onda larga) para la localidad, y el valor de la energía disponible para el calor latente no debe exceder los 10 MJ, pues de lo contrario se presentaría un estrés hídrico desfavorable para el cultivo. Se fija que el 20% de la radiación neta pasa al suelo, y se conocen los intervalos de variación posibles para el albedo y el coeficiente de Bowen.
Analizar el objeto en movimiento. Se delimitan como factores que influyen en el objeto el albedo y el coeficiente de Bowen. Incrementos del albedo y del coeficiente de Bowen favorecerá la obtención del estado deseado.
Determinar el método de solución del problema. El objeto se somete al Primer Principio y la solución se obtiene por el método energético.
Hallar la solución del problema. A partir de valores para el albedo y el coeficiente de Bowen, determinados para las posibles variantes tecnológicas, se calculará la magnitud del calor latente en cada caso, escogiéndose como solución aquellas que tengan valores inferiores a 10 MJ.
Interpretar los resultados.. El problema se resuelve ya que se encuentran variantes que satisfacen las necesidades. El estudiante valorará el margen de error en su respuesta.
Un estudio de los modos de actuación del profesional contribuye al perfeccionamiento de una disciplina del ciclo básico en su diseño curricular y permite modelar problemas teóricos que estrechen el vínculo con la carrera no sólo en el conocimiento sino en el actuar, relación dialéctica que propicia la educación de valores propios de la profesión.
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MSc. Juana Domínguez Mora, profesora asistente
Dra C Lizette de la C. Pérez Mártinez., profesora titular.
Lic. Eduardo Velasco Benítez, profesor asistente
Lic. Martha Aguilar García, profesora asistente