Los profesores vuelven a ser estudiantes en el taller de datos de física

30 de agosto de 2023 | Julianne Hodges

Nota del editor: Fermilab ofrece una amplia gama de programas educativos STEM. Este artículo es el primero de una serie de varias partes que destaca algunas de las oportunidades disponibles en el laboratorio.

Durante la primera mitad de un taller de una semana de duración en el Laboratorio del Acelerador Nacional Fermi del Departamento de Energía de EE. UU., un grupo selecto de profesores de secundaria se pusieron sus “sombreros de estudiantes” y aprendieron a utilizar escenarios del mundo real para exponer a sus estudiantes a la física de partículas.

Lo hicieron en el QuarkNet Data Camp. QuarkNet es un programa de educación científica aclamado a nivel nacional, financiado por la Fundación Nacional de Ciencias y coordinado por la Universidad de Notre Dame. Fermilab, uno de los principales contribuyentes al programa QuarkNet desde sus inicios, organizó el Data Camp anual del programa en julio.

El campamento dura una semana y atrae a unas dos docenas de profesores de secundaria, predominantemente profesores de física, de todo el país. Otros profesores de secundaria que son becarios de enseñanza y aprendizaje para QuarkNet dirigen el Data Camp e instruyen a los participantes. Además de las actividades principales, los profesores que participan en el taller pueden ver el Fermilab y aprender de los científicos.

Durante los primeros días del taller, los profesores trabajaron juntos en grupos para analizar datos reales de colisiones de partículas del detector Compact Muon Solenoid en el Gran Colisionador de Hadrones. Los profesores deben utilizar los datos (un poco limpiados para que sean más fáciles de usar) para calcular las masas de las partículas y buscar un tipo particular de evento de colisión de partículas. Las partículas creadas en la colisión se desintegran en otras partículas y, al encontrar esas partículas posteriores a la desintegración, los profesores pueden inferir qué tipo de evento están viendo.

“Fueron estudiantes durante la primera parte de la semana”, dijo Jodi Hansen, profesora de física de secundaria de Minnesota y becaria de enseñanza y aprendizaje de QuarkNet que ha ayudado a facilitar el programa durante más de una década. “Los presionamos; a veces se sentían incómodos y otras veces hacían cosas que les resultaban difíciles. Muchos de ellos no habían hecho física de esta manera antes, y esto es lo que hacen todo el tiempo los físicos que trabajan en el LHC”.

Un grupo de profesores que participan en el QuarkNet Data Camp presentan lo que han aprendido de su conjunto de datos durante los últimos días. Foto de : Spencer Pasero, Fermilab

Spencer Pasero, miembro de la Oficina de Educación y Participación Pública del Fermilab, dijo que darles a los profesores conjuntos de datos reales que los físicos han utilizado proporciona una experiencia más auténtica y les enseña que los datos reales pueden ser confusos y ambiguos. Un desafío para los profesores es distinguir señales o información útil del ruido de fondo que nubla los datos del mundo real.

“Hay que explorar y descubrir: '¿Qué me dice esto realmente?'”, dijo. “¿Hay cosas que podría suponer que no son exactas? ¿Cómo se distingue la señal del fondo? En muchos laboratorios de secundaria, no hay antecedentes, todo es señal, por lo que es útil poder separar esas cosas”.

Poner a los profesores en la posición de estudiantes y pedirles que resuelvan problemas puede ser desalentador, dijo Jeremy Smith, profesor de física de Baltimore y miembro de enseñanza y aprendizaje de QuarkNet que ayuda a facilitar el campo de datos. Pero tanto él como Pasero dijeron que el proceso es gratificante y deja a los maestros deseosos de compartir lo que han aprendido con sus alumnos.

“Puede ser realmente útil experimentar nuevos temas, nuevos contenidos, nuevas formas de pensar y trabajar, desde la perspectiva del estudiante”, dijo Pasero. "Les ayuda a adoptar esa mentalidad de, ahora que he experimentado esto y sé lo que necesitaba aprender para poder comprender estos datos, ¿cómo voy a dárselos a mis alumnos?"

Emily Rosen, profesora de Cincinnati y participante en el campamento de datos de este año, ha estado enseñando durante 18 años y ha estado involucrada con QuarkNet desde el comienzo de su carrera.

Para Rosen, analizar los datos la desafió de una manera que la enseñanza no puede hacerlo. La experiencia le dio la oportunidad de resolver un problema de física complejo y le recordó lo que es ser estudiante.

"Como profesores de una materia que a veces resulta intimidante y compleja, es realmente bueno recordar que la primera vez que un estudiante ve algo, no es tan sencillo como me parece a mí", dijo Rosen. "Es simplemente agradable tener desafíos académicos y recordarme a mí mismo cómo se siente eso y cómo se siente trabajar con otras personas cuando me siento desafiado".

Cuando los grupos de profesores terminaron su proyecto, pudieron colaborar y aprender de otros grupos que buscaban partículas con productos de desintegración similares. Esta colaboración ayudó a los grupos de profesores a elaborar presentaciones únicas que se centran en las diferencias entre las tareas de los diferentes grupos, dijo Hansen.

"Comparten con otros profesores que estudian el mismo canal de desintegración para ver qué hizo su partícula para producir esos electrones o esos muones, eso es diferente con diferentes partículas", dijo. “Les hicimos buscar qué era similar y qué era diferente. Cuando volvieron a reunirse con su grupo de partículas, les pedimos que señalaran cosas que eran diferentes de las otras partículas”.

Los asistentes al QuarkNet Data Camp de este año se encuentran frente al estanque reflectante frente al Wilson Hall del Fermilab. Foto de : Spencer Pasero, Fermilab

Después de que los profesores hicieran presentaciones sobre lo que aprendieron, pasaron los últimos días discutiendo formas de utilizar esta experiencia para incorporar la física de partículas a su plan de estudios. Además del campo de datos, QuarkNet proporciona una amplia biblioteca de actividades de datos que cubren diferentes aspectos de la física de partículas que los profesores pueden integrar en sus aulas.

"Durante la segunda mitad del taller, volvieron a ponerse el sombrero de maestro y se concentraron en pensar en formas en que pueden implementar lo que han aprendido en su plan de estudios", dijo Smith.

"Los profesores dicen que no tienen tiempo suficiente para enseñar lo que ya tienen, por no hablar de una unidad completamente nueva", continuó. “Más bien, a los profesores les resulta útil distribuir estas actividades a lo largo del plan de estudios y hacerlo como complemento o reemplazo de algo que ya tienen. Están incorporando conceptos de física de partículas en todo el curso”.

Hugo Delgado, un profesor de física de Puerto Rico, dijo que aprendió no sólo sobre física de partículas y Fermilab, sino también cómo sus compañeros profesores utilizan la física de partículas para construir un plan de estudios de física diverso y atractivo.

Delgado suele trabajar con otros profesores de ciencias y no tiene muchas oportunidades de conocer a otros profesores de física de la escuela secundaria. Durante el QuarkNet Data Camp, tuvo la oportunidad de aprender de sus compañeros.

“Aprender que las dificultades que tengo como maestra en Puerto Rico son similares a las que tienen personas de otros lugares de Estados Unidos, eso me dio esperanza de que estaba haciendo las cosas bien”, dijo Delgado. “Además, me dieron ideas sobre cómo abordar la física de partículas en mi clase”.

Discutir con otros profesores sobre oportunidades para llevar la física de partículas al aula también fue inspirador para Rosen.

"Enseñar ciencias es como disparar a un blanco en movimiento, porque si lo haces bien, está cambiando, y debemos mantenernos al día e incorporarlo a nuestro plan de estudios", dijo. “Aprecio profundamente las experiencias en las que puedo crecer y poder traer eso de vuelta a mis clases”.

QuarkNet Data Camp se lleva a cabo cada mes de julio. Los profesores que son miembros de QuarkNet pueden ser nominados por su mentor o por el personal de QuarkNet para participar en el campamento anual. La asistencia no tiene ningún costo (se pagan todos los gastos) y los educadores reciben un estipendio por su tiempo.

“Aunque fue sólo una semana, creo que ha sido lo más destacado de todo el verano”, dijo Delgado. "Ya comencé a planificar mi año y tendrá un gran impacto en cómo abordo mi clase este año".

El Laboratorio Nacional del Acelerador Fermi cuenta con el apoyo de la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía de Estados Unidos. La Oficina de Ciencias es el mayor patrocinador de la investigación básica en ciencias físicas en los Estados Unidos y está trabajando para abordar algunos de los desafíos más apremiantes de nuestro tiempo. Para obtener más información, visite science.energy.gov.